Пересчет асинхронных двигателей на другое напряжение, частоту вращения и частоту питания

Пересчет обмотки статора на другое напряжение без изменения основных характеристик двигателя возможен, если класс напряжения не изменяется (двигатели с напряжением до 600–690 В), либо если пересчет ведется на более низкое напряжение[25]. В этих случаях не увеличивается площадь изоляции в пазу и удается сохранить электромагнитные нагрузки машины, ее номинальную мощность и энергетические показатели без изменений.

Изменение частоты вращения асинхронных двигателей связано с изменением числа пар полюсов. При увеличении частоты вращения следует проверять механическую прочность ротора и индукцию в ярме статора. При снижении частоты вращения внимание следует уделять вопросам нагрева обмотки статора из-за ухудшения условий охлаждения, поскольку площадь охлаждения и вентилятор остаются без изменений.При изменении частоты питающего напряжения следует проверять механическую прочность ротора в случае увеличения частоты, индукцию в ярме статора и нагрев –в случае уменьшения частоты.

Пересчет обмотки статора на другое напряжение. Для сохранения рабочих свойств двигателя необходимо, чтобы магнитный поток (или индукция в воздушном зазоре), а также линейная нагрузка (или объем тока в пазу) оставались без изменений.

Из условия постоянства магнитного потока следует, что

u_п.ст/u_п.нов = U_ст/U_нов, откуда u_п.нов = (u_п.стU_нов)/U_ст, (3.70)

где u _п.ст , u _п.нов –старое и новое число эффективных проводников в пазу;

U _ст , U _нов –старое и новое значения фазного напряжения обмотки статора.

Из условия постоянства линейной нагрузки следует, что

u_п.ст q_ст = u_п.новq_нов откуда q_нов= q_стu_п.ст /u_п.нов (3.71)

где q _ст, q _нов –старое и новое сечения эффективного проводника.

Полученное значение u _п следует округлить в соответствии с рекомендациями § 13.3, сечение q _нов –в соответствии с сортаментом провода. Округленные значения u _п и q не должны отличаться от рассчитанных более чем на 5%.

Пересчет двигателя на другую частоту вращения. Пересчет двигателя на другую скорость путем изменения числа пар полюсов при неизменном напряжении сети, схеме соединения обмотки статора, частоте питающей сети и индукции в воздушном зазоре связан с изменением магнитного потока [см. формулу (13.5)].

Мощность двигателя при заданных размерах магнитопровода и неизменном обмоточном коэффициенте можно определить по формуле

P₂ = knAВ_δ, (3.72)

где А, В_δ –линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре; п –частота вращения; k –коэффициент пропорциональности, характерный для данной машины.Тогда при изменении частоты вращения получается

(3.73)

Из формулы (3.73) вытекает, что при неизменных электромагнитных нагрузках мощность двигателя изменяется пропорционально изменению частоты вращения. Однако с ростом частоты вращения увеличиваются полюсное деление и магнитный поток на полюс, что может привести к чрезмерному росту индукции в ярмах статора и ротора, поскольку магнитная система машины остается неизменной. Поэтому часто необходимо уменьшать индукцию в воздушном зазоре, чтобы сохранить на приемлемом уровне индукцию в ярмах, которая рассчитывается по формуле

(3.74)

Индукция в зубцах определяется отношением ширины зубца к зубцовому делению и при неизменной В_δ остается без изменений.Предельные индукции в ярме статора составляют 1,4—1,6 Тл (см. [7, 19]), что примерно в два раза больше индукции в воздушном зазоре В_δ, т. е. В_а ≈ 2,0В_δ. Кроме того, для асинхронных двигателей без радиальных каналов длину активной стали можно принять равной расчетной длине машины. Тогда из формул (3.73) и (3.74) находим минимальное число полюсов

p ≈ 0,25D₁/h_a, (3.75)

где D₁ –внутренний диаметр статора, м; h_a –высота ярма статора, м.

Полученное значение р следует округлить до ближайшего большего целого и проверить, удовлетворяет ли оно требуемой частоте вращения при сохранении неизменных электромагнитных нагрузок. Если требуемая частота вращения не удовлетворяется, то пересчет на требуемую частоту вращения должен проводиться при уменьшенных значениях В_δ, а следовательно, и индукции в зубцах. В этом случае мощность двигателя будет расти в меньшей степени, чем частота вращения.Вторая проверка, которую следует производить при пересчете на более высокую частоту вращения, –проверка механической прочности ротора. Так как механические усилия в роторе пропорциональны его окружной скорости, то проверка ведется по этому последнему показателю без проведения подробных механических расчетов. Окружная скорость ротора не должна превышать 30—40 м/с для ротора с фазной обмоткой и 40–60 м/с –для ротора с литой обмоткой.

Если пересчет ведется на более низкую частоту вращения, то отпадает необходимость в этих проверках, поскольку механические усилия в роторе и индукция в ярме при этом будут уменьшаться. Если зубцы статора и ротора имели недостаточную магнитную нагрузку (В_z1(2)< В_zдоп), то можно увеличивать индукцию в воздушном зазоре, доводя ин­дукцию в зубцах до предельных значений. В этом случае мощность двигателя будет уменьшаться в меньшей мере, чем частота вращения. На этом этапе расчета линейную нагрузку оставляют без изменения.

При пересчете должны быть известны паспортные данные старого двигателя (номинальные напряжение, ток, мощность и частота вращения), геометрические размеры его сердечника и зубцового слоя, его обмоточные данные и размеры провода. Порядок пересчета следующий.В случае пересчета на более высокую скорость проводят проверку механической прочности ротора. При этом в случае положительного решения проворяют возможность сохранения неизменной индукции в воздушном зазоре по формуле (13.19). Определяют сечения отдельных участков магнитной цепи и значения индукции в этих участках (В_δ, В_z1(2), В_a(j)), соответствующие старой машине. Определяют электрические нагрузки старой машины (∆, А, ∆А). Проводят корректировку индукции в воздушном зазоре по допустимой индукции в ярме (повышение скорости) или в зубцах (снижение скорости) в соответствии с рекомендациями [7, 19]. Полагая неизменным фазное напряжение и частоту питающей сети, число параллельных ветвей обмотки статора и коэффициенты k_E, k _{об 1} определяют новое число эффек­тивных проводников в пазу. Из формулы (3.74) следует

(3.76)

Далее определяют новое сечение эффективного проводника по формуле (3.71), подбирают необходимое число элементарных проводников и их размеры, а также новое число параллельных ветвей обмотки, если это необходимо. Полагая неизменной плотность тока, находят новое значение линейной нагрузки

(3.77)

Определяют новую мощность двигателя по формуле (13.17) и ток при неизменных энергетических показателях

I _ф.нов = I _ф.ст P _2нов/ P _2ст. (3.78)

В случае пересчета на более высокую скорость условия охлаждения улучшаются и тепловой расчет можно не выполнять. При переходе на меньшую скорость охлаждение обычно ухудшается, что требует проведения теплового расчета для обоснования принятых электромагнитных нагрузок.

Пересчет двигателя на другую частоту питания.

Как правило, пересчеты осуществляются с 50 на 60 Гц или с 60 на 50 Гц.В обоих случаях изменение индукции и частоты вращения при неизменном напряжении и числе эффективных проводников составляет около 20%. При пересчете двигателя с 50 на 60 Гц не требуется проверка механической прочности ротора, так как он обладает достаточно большим запасом прочности.

Изменение частоты питающего напряжения приводит к изменению магнитного потока и индукции в отдельных участках магнитопровода. Поэтому при указанных пересчетах стремятся сохранить неизменной индукцию в воздушном зазоре (за счет изменения числа эффективных проводников u _п), чтобы сохранить требуемую перегрузочную способность двигателя.

Поэтому ход пересчета при неизменном напряжении пита­ния следующий.

Определяют новое значение числа эффективных проводов в пазу. При неизменном магнитном потоке

ω_1стf_ст = ω_1новf_нов = u_п.стf_ст = u_п.новf_нов

или

u_п.нов = u_п.стf_ст/f_нов. (3.79)

Округляют u _п.нов до ближайшего целого и уточняют значение индукции в воздушном зазоре В_δнов. Определяют сечение эффективных (или элементарных) проводников по формуле (3.71) и проводят выбор нормированного провода. По формуле (3.77) определяют новое значение линейной нагрузки, по формуле (3.73)—новую мощность, по формуле (3.78) –ток. При расчетах полагают, что n _нов/ n _ст = f _нов/ f _ст .

Если хотят оставить электрическую мощность неизменной, то уменьшают расчетные электрические нагрузки при переходе на большую частоту питания. При переходе на меньшую частоту питания ограничителем электрических нагрузок (А, ∆ А ∆) является допустимый перегрев обмоток, так как охлаждение двигателя ухудшается.