Charakterystyka mechaniczna i elektryczna silników indukcyjnych

W tym artykule omówiony zostanie charakterystyka mechaniczna i elektryczna silników elektrycznych. Korzystając z silnika asynchronicznego jako przykładu, rozważ takie parametry jak moc, praca, wydajność, cosinus phi, moment obrotowy, prędkość kątowa, prędkość liniowa i częstotliwość. Wszystkie te cechy są ważne przy projektowaniu urządzeń, w których silniki elektryczne służą jako silniki napędowe. Szczególnie asynchroniczne silniki elektryczne są dziś szczególnie rozpowszechnione w branży, więc zastanowimy się nad ich właściwościami. Rozważmy na przykład AIR80V2U3.

Znamionowa moc mechaniczna silnika indukcyjnego

Tabliczka znamionowa (na tabliczce znamionowej) silnika zawsze wskazuje znamionową moc mechaniczną na wale silnika. Nie jest to energia elektryczna, którą ten silnik elektryczny pobiera z sieci.

Na przykład w przypadku silnika AIR80V2U3 moc 2200 watów dokładnie odpowiada mocy mechanicznej na wale. Oznacza to, że w optymalnym trybie pracy silnik ten jest w stanie wykonać pracę mechaniczną 2200 dżuli na sekundę. Oznaczamy tę moc jako P1 = 2200 W.

Znamionowa moc czynna silnika indukcyjnego

Aby określić znamionową moc czynną silnika indukcyjnego, na podstawie danych z tabliczki znamionowej, należy wziąć pod uwagę sprawność. Tak więc dla tego silnika elektrycznego sprawność wynosi 83%.

Co to znaczy Oznacza to, że tylko część mocy czynnej dostarczanej z sieci do uzwojeń stojana silnika i nieodwołalnie pobierana przez silnik, jest przekształcana w moc mechaniczną na wale. Moc czynna wynosi P = P1 / Sprawność. W naszym przykładzie, zgodnie z przedstawioną tabliczką znamionową, widzimy, że P1 = 2200, wydajność = 83%. Zatem P = 2200 / 0,83 = 2650 watów.

Znamionowa pozorna moc elektryczna silnika indukcyjnego

Całkowita energia elektryczna dostarczana do stojana silnika elektrycznego z sieci jest zawsze większa niż moc mechaniczna na wale i większa niż moc czynna nieodwołalnie pobierana przez silnik elektryczny.

Aby znaleźć pełną moc, wystarczy podzielić moc czynną na cosinus phi. Zatem całkowita moc wynosi S = P / Cosφ. W naszym przykładzie P = 2650 W, Cosφ = 0,87. Dlatego łączna moc S = 2650 / 0,87 = 3046 VA.

Znamionowa moc bierna silnika indukcyjnego

Część całkowitej mocy dostarczanej do uzwojeń stojana silnika indukcyjnego jest zwracana do sieci. Jest moc bierna Q.

Q = √(S.² - P²)

Moc bierna jest związana z mocą pozorną poprzez sinφ i jest związana z mocą czynną i pozorną poprzez pierwiastek kwadratowy. W naszym przykładzie:

Q = √(3046² - 2650²) = 1502 VAR

Moc bierna Q jest mierzona w VAR - w biernych woltamperach.

Spójrzmy teraz na charakterystykę mechaniczną naszego silnika indukcyjnego: nominalny moment obrotowy na wale, prędkość kątową, prędkość liniową, prędkość wirnika i jego związek z częstotliwością silnika elektrycznego.

Prędkość wirnika silnika indukcyjnego

Na tabliczce znamionowej widzimy, że przy zasilaniu prądem przemiennym 50 Hz, wirnik silnika działa przy obciążeniu nominalnym 2870 obrotów na minutę, tę częstotliwość oznaczamy jako n1.

Co to znaczy Ponieważ pole magnetyczne w uzwojeniach stojana jest wytwarzane przez prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz, dla silnika z jedną parą biegunów (którym jest AIR80V2U3) częstotliwość „rotacji” pola magnetycznego, częstotliwość synchroniczna n, jest równa 3000 obr / min, co jest identyczne z 50 obr / min. Ale ponieważ silnik jest asynchroniczny, wirnik obraca się o poślizg o s.

Wartość s można określić, dzieląc różnicę między częstotliwościami synchronicznymi i asynchronicznymi przez częstotliwość synchroniczną i wyrażając tę ​​wartość jako procent:

s = ((n – n1)/n)*100%

W naszym przykładzie s = ((3000 – 2870)/3000)*100% = 4,3%.

Prędkość kątowa silnika asynchronicznego

Prędkość kątowa ω jest wyrażana w radianach na sekundę. Aby określić prędkość kątową, wystarczy przełożyć prędkość wirnika n1 na obroty na sekundę (f) i pomnożyć przez 2 Pi, ponieważ jeden pełny obrót to 2 Pi lub 2 * 3,14159 radianów. W przypadku silnika AIR80V2U3 częstotliwość asynchroniczna n1 wynosi 2870 obr./min, co odpowiada 2870/60 = 47,833 obr./min.

Mnożąc przez 2 Pi, mamy: 47,833 * 2 * 3,14159 = 300,543 rad / s. Możesz przeliczyć na stopnie, zamiast 2 Pi zastąpimy 360 stopni, wtedy w naszym przykładzie otrzymujemy 360 * 47,833 = 17220 stopni na sekundę. Jednak takie obliczenia są zwykle przeprowadzane dokładnie w radianach na sekundę. Dlatego prędkość kątowa ω = 2 * Pi * f, gdzie f = n1 / 60.

Prędkość liniowa silnika indukcyjnego

Prędkość liniowa v odnosi się do urządzeń, na których silnik indukcyjny jest zamontowany jako napęd. Tak więc, jeśli koło pasowe lub, powiedzmy, szmerglowy dysk o znanym promieniu R jest zainstalowany na wale silnika, wówczas prędkość liniową punktu na krawędzi koła lub tarczy można znaleźć według wzoru:

v = ωR

Znamionowy moment obrotowy silnika indukcyjnego

Każdy silnik indukcyjny charakteryzuje się znamionowym momentem obrotowym Mn. Moment obrotowy M odnosi się do mocy mechanicznej P1 poprzez prędkość kątową w następujący sposób:

P = ωM.

Moment obrotowy lub moment siły działającej w pewnej odległości od środka obrotu jest utrzymywany dla silnika, a wraz ze wzrostem promienia siła maleje, a im mniejszy promień, tym większa siła, ponieważ:

M = FR

Im większy promień koła pasowego, tym mniejsza siła działa na jego krawędź, a największa siła działa bezpośrednio na wał silnika elektrycznego.

Na przykład dla silnika AIR80V2U3, moc P1 wynosi 2200 W, a częstotliwość n1 wynosi 2870 obr / min lub f = 47,833 obr / min. Dlatego prędkość kątowa wynosi 2 * Pi * f, tj. 300,543 rad / s, a nominalny moment obrotowy Mn wynosi P1 / (2 * Pi * f). Mn = 2200 / (2 * 3,14159 * 47,833) = 7,32 N * m.

Zatem na podstawie danych wskazanych na tabliczce znamionowej silnika indukcyjnego można znaleźć wszystkie główne parametry elektryczne i mechaniczne.

Mamy nadzieję, że ten artykuł pomógł ci zrozumieć, jak powiązana jest prędkość kątowa, częstotliwość, moment obrotowy, moc czynna, użyteczna i pozorna, a także wydajność silnika elektrycznego.