Как правильно выбрать асинхронный электродвигатель

Большой сайт про электричество и его использование: Школа для электрика

Электрические двигатели — машины, по назначению обратные генераторам. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, двигатели, наоборот, электрическую энергию — в механическую. Чаще всего применяются асинхронные двигатели переменного тока.

Принцип действия и устройство электродвигателя (подробно)

Принцип действия асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, образуемого в обмотке статора с током, индуктированным этим полем в обмотке ротора.

Вращающееся магнитное поле создается статором — системой из трех обмоток, токи в которых сдвинуты по фазе между собой на 120°. Это вращающееся поле возбуждает в роторе токи, которые, в свою очередь, создают свое магнитное вращающееся поле.

В результате взаимодействия этих двух полей образуется одно общее магнитное поле, под действием которого ротор вращается. Происходит преобразование электрической энергии в механическую. 

В асинхронном двигателе ротор вращается с меньшей скоростью. Поэтому скорость вращения ротора является асинхронной, а сам двигатель называется асинхронным. Для определения отставания скорости вращения ротора от скорости вращения поля статора применяется определение, называемое скольжением.

Скорость вращения ротора изменяется также в зависимости от нагрузки на валу двигателя.

При изменении направления вращения поля статора изменится и направление вращения ротора. Практически этого можно достичь, поменяв местами два любых провода, соединяющих обмотку статора с питающей сетью.

Наиболее массовое применение нашли асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Двигатель с фазным ротором, по сравнению с короткозамкнутым, более сложен в эксплуатации и стоимость его более высока. Он обладает несколько меньшим к. п. д. и cos фи. К достоинствам двигателя с фазным ротором относятся несложность регулировки скорости вращения и то, что пусковой ток его намного меньше, чем двигателя с коротко-замкнутым ротором.

Пусковой ток у короткозамкнутого двигателя в 5—7 раз больше номинального тока, а пусковой ток у двигателя с фазным ротором лишь в 2,5—3 раза превышает номинальный ток. Поэтому двигатели с фазным ротором находят применение на тех машинах, которые относительно тяжело включаются (пускаются) в работу.

Двигатели с повышенным пусковым моментом наиболее целесообразно применять на машинах с тяжелым пуском в работу, дробилках, мельницах и т. п.

Двигатели с повышенным скольжением используются на машинах, которые имеют резко неравномерную нагрузку по времени. К ним относятся молоты механические, ножницы и т. п.

Многоскоростные двигатели позволяют регулировать скорость ступенями за счет переключения статорной обмотки на разное число полюсов. Многоскоростные двигатели имеют две, три, четыре скорости. Внешне многоскоростные двигатели отличаются от обычных большим количеством выводных проводов. Двухскоростные имеют шесть выводных проводов, трехскоростные — девять, а четырехскоростные — двенадцать.

При выборе электродвигателя необходимо иметь в виду, что его мощность соответствовала максимальной нагрузке. Во время работы двигателя происходят потери мощности. Эти потери подразделяются на постоянные потери и переменные.

Постоянные потери не зависят от нагрузки. К ним относятся потери в стали в результате перемагничивания и вихревых токов, а также потери механические (из-за трения в подшипниках и др.). Переменные потери зависят от величины нагрузки и происходят в проводниках обмотки. Чем больше ток, потребляемый двигателем, тем больше переменные потери.

Если двигатель перегревается сверх допустимой температуры, то это приводит к преждевременному старению изоляции обмоток, а следовательно, к выходу двигателя из строя. Изоляция различных классов может работать при определенных пределах температуры.

При работе двигателя нагрузка обычно не постоянная. В то же время и характер работы двигателей не одинаков. Режим работы двигателя может быть: кратковременный, повторно-кратковременный и длительный. Нагрев двигателя при каждом и» этих режимов будет различный. Режим работы тоже нужно учитывать при выборе мощности двигателя.

Производя выбор двигателя по конструктивному типу, принимается во внимание как способ соединения его с рабочей машиной, так и условия окружающей среды, в которых он будет работать. По способу соединения с машиной применяются двигатели с горизонтальным или вертикальным валом. Бывают и встроенные, когда двигатель является как бы составной деталью машины.

В зависимости от условий окружающей среды выбирается тип двигателя (открытый, закрытый, защищенный). Учитывается также скорость вращения двигателя, род тока и напряжения.

Полезные ссылки:

Трансформаторы и электрические машины

Основы электропривода

Воздушные линии электропередачи (ВЛ, ВЛЭП)

 

Электрическая энергия передается по воздушным и кабельным линиям. В сельской местности она почти полностью подается по воздушным линиям.

Провода воздушных линий изготавливаются в основном из алюминия и стали. Для предохранения от коррозии поверхность стальных проводов покрывается тонким слоем другого металла, чаще всего цинка.

Сочетание алюминия и стали в одном проводе (сталеалюминиевые провода) обеспечивает одновременно удовлетворительную электропроводность и требуемую механическую прочность проводника.

В обозначении проводов прописные буквы характеризуют материал, из которого они изготовлены, а цифры обозначают площадь поперечного сечения многопроволочных проводов (мм2) или диаметр однопроволочных проводов (мм).

Например, провод АС-35 означает, что он сталеалюминиевый, сечением 35 мм2, провод ПСО-5 стальной оцинкованный, диаметром 5 мм. Применяются также биметаллические провода, состоящие из двух разных металлов, один из которых является основным, а второй — покрывает его тонким слоем. 

В последнее время на напряжении до 1000 В получили распространение самонесущие изолированные провода (СИП).

Основным металлом является сталь, покрытая по поверхности слоем меди или алюминия. Слой меди или алюминия, улучшая электропроводность проводника, в то же время предохраняет его от коррозии.

На воздушных линиях напряжением до 1000 В провода располагаются следующим образом: нижний — нулевой, выше него — фазный (фонарный) наружного освещения (если оно предусмотрено), верхние — фазные. На линиях выше 1000 в имеются только фазные провода.

Действующими правилами для линий различного напряжения предусматриваются определенные расстояния как между проводами, расположенными на опорах, так и от проводов до земли и различных объектов.

Опоры подразделяются на концевые, угловые и промежуточные. Бывают еще ответвительные и перекрестные, к которым чаще всего относятся промежуточные. Все опоры по конструктивному выполнению, в зависимости от назначения, подразделяются на одностоечные из одного столба и анкерные, состоящие из двух или более столбов.

Материалом для опор служит дерево и железобетон. Железобетонные опоры, по сравнению с деревянными, имеют значительно больший срок службы и более надежны в эксплуатации, но в то же время они дороги и требуют больших затрат труда и использования механизмов при их изготовлении, транспортировании, установке и эксплуатации.

Широкое применение получили комбинированные опоры, в которых стойка (основная часть) изготавливается из дерева, а приставка (пасынок) из железобетона. Этим самым совмещаются достоинства различных материалов, так как в землю заглубляется железобетонная приставка, а сама стойка пропитывается противогнилостным составом. Тем самым удается намного продлить срок службы таких опор.

Для крепления проводов к опорам применяются специальные изоляторы из фарфора или стекла. Помимо изоляционных свойств, они должны обладать определенной прочностью, выдерживать механические нагрузки от веса закрепленных на них проводов. Нагрузки могут периодически усиливаться в результате воздействия на них ветра, а так же гололеда. Поэтому изоляторы выпускаются промышленностью с определенным запасом механической прочности.

Для укрепления изоляторов на опорах применяются специальные крючья или штыри.

Устройство воздушных ЛЭП разного напряжения

Охранные зоны ЛЭП и правила нахождения в них

Почему у электростанций низкий коэффициент полезного действия

 

Коэффициент полезного действия тепловых электростанций не превышает 40%. Еще ниже к. п. д. атомных электростанций. Это означает, что энергетические потери в полтора — два раза превышают выработанную электроэнергию. Более того, тепло, рассеянное в окружающей среде, во многих случаях наносит ей значительный экологический ущерб.

Чем объяснить столь низкий к. п. д. современных электростанций и каковы возможности его повышения? Эти вопросы стали особенно актуальными в наше время, когда стоимость топлива резко возросла, а истощение топливных ресурсов стало проблемой обозримого будущего.

Схема любой электростанции предусматривает цепь последовательных преобразований энергии. Так на ТЭС в процессе сжигания топлива химическая энергия превращается в тепловую.

Далее тепловая энергия преобразуется в механическую, а последняя — в электрическую. На АЭС ядерная энергия также сначала преобразуется в тепловую и лишь затем в механическую и далее в электрическую. Все эти процессы подчинены закону сохранения энергии. Однако этот закон, устанавливая количественную меру энергетических превращений, не определяет направление процесса.

Простейшим примером такой направленности может служить теплообмен в изолированной системе двух тел, находящихся при разных температурах. С точки зрения закона сохранения энергии тепло может переходить в любом направлении. Единственным требованием является равенство количества тепла, отданного одним телом и полученного другим.

Опыт же показывает, что процесс идет только в одном направлении — тепло переходит от горячего тела к холодному. Диктуемая природой направленность тепловых процессов оказывается принципиально важной во всех случаях преобразования тепловой энергии в другие виды.

Объективные закономерности, отражающие особые свойства тепловой энергии, нашли свое отражение во втором законе термодинамики. Именно этот закон природы накладывает определенные ограничения на процессы преобразования тепловой энергии и в конечном итоге обусловливает относительно низкий к, п. д. электростанций.

Новые возможности повышения к. п. д. электростанций открывают методы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Долгое время наиболее перспективным для большой энергетики считался магнито-гидродинамический метод.

В общих чертах принцип МГД-метода преобразования энергии сводится к следующему: продукты сгорания топлива, ускоренные в результате прохождения через сопло, поступают в канал МГД-генератора. Предварительно к ним добавляется небольшая легко ионизируемая присадка (атомы калия, цезия или их соединения). Высокая температура смеси (3000 К) обеспечивает ее значительную электропроводность.

Движение такой среды (плазмы) в специально созданном поперечном магнитном поле вызывает появление электродвижущей силы, которая и создает ток во внешней цепи. Энергия продуктов сгорания по мере движения в канале МГД-генератора преобразуется в электроэнергию.

В МГД-генераторе нет движущихся конструкционных элементов, испытывающих большие механические напряжения. Это обстоятельство и определяет возможность преобразования энергии при высоких температурах.

К сожалению, действующих МДГ-генераторов до сих пор так построить и не получилось.

Принцип работы раздличных электростанций:

Как производится электроэнергия на тепловой электростанции (ТЭЦ)

Устройство и принцип работы гидроэлектростанций

Как работает атомная электростанция (АЭС)