Как рассчитать обмотку электродвигателя
Длительная эксплуатация асинхронных электродвигателей в режиме перегрузки или повышенное напряжение питающей сети в конечном итоге приводят к перегреву обмоток статора и возникновению межвитковых замыканий и пробою на корпус. В результате потребуется ремонт электрической машины с заменой статорных обмоток.
Если в документации на двигатель есть все обмоточные данные, то эта задача для квалифицированного персонала не составит особого труда. Но при отсутствии таковых восстановление электромашины становится более затруднительным. Перед перемоткой потребуется замерить диаметр обмоточного провода, посчитать количество витков в пазу, зарисовать схему расположения обмоток и их шаг, схему соединения обмоток и прочее.
Даже при сохранении необходимой исходной частоты вращения и мощности двигателя могут возникнуть затруднения, если в наличии не окажется провода нужного диаметра. Обмотка, выполненная проводом меньшего диаметра, будет изначально перегреваться даже в режиме номинальной нагрузки. При использовании проводников с большим диаметром существует вероятность того, что при сохранении исходного числа витков в катушке ее габариты не позволят уложить обмотку в пазы сердечника статора.
Кроме того, может возникнуть необходимость изменить частоту вращения ротора или величину питающего напряжения. Для этого требуется выполнить расчет обмотки электродвигателя.
Сущность этих расчетов сводится к нахождению оптимального соотношения между магнитными и электрическими характеристиками. Говоря более простым языком, требуется определить нужное количество витков для каждой фазы обмотки.
Какие данные нужны для расчета обмотки
Для выполнения расчетов необходимо предварительно очистить железо статора от остатков старой обмотки и изоляции. Важно помнить, что применение абразивных средств недопустимо. После этого производятся следующие замеры.
D — внутренний диаметр сердечника статора. Измерения выполняются штихмассом или штангенциркулем. Допускается использовать кронциркуль для внутренних измерений и масштабную линейку. Для большей точности делается несколько замеров, выполненных между центрами диаметрально расположенных зубцов, и вычисляется среднее значение.
Da – наружный диаметр сердечника по возможности измеряется с использованием штангенциркуля или кронциркуля для наружных замеров.
hс – высота тела статора определяется с помощью штангенциркуля.
l – полная длина сердечника. Замер производится масштабной линейкой по дну зубцов.
h – полная глубина зубца
Z1 – количество зубцов (пазов) статора.
Нужно учитывать форму и размеры пазов статора для последующего определения их объема.
Чтобы выполнить расчет обмотки асинхронного электродвигателя также нужно знать толщину электротехнической стали статора и тип ее изоляции, а также количество вентиляционных поперечных каналов, их ширину или диаметр (если таковые есть).
Обработка результатов измерений
Первоначально определяют величину полюсного деления. Этот параметр измеряется в миллиметрах и определяет длину части окружности внутренней расточки, на которой будет располагаться один полюс электродвигателя.
где p – количество пар полюсов
Далее определяется расчетная длина статора (l). Если в статоре отсутствуют вентиляционные каналы, то эта величина остается равной измеренной.Если в конструкции сердечника есть вентиляционные каналы, то для дальнейших расчетов из измеренной длины вычитается произведение количества пазов на их ширину. Однако в расчетах обмотки используется чистая длина стали lо, вычисляемая по формуле
Величина этого коэффициента (kо) зависит от толщины листов электротехнической стали и типа изоляции между ними.
Потом определяется площадь полюсного деления по формуле:
Площадь поперечного сечения всего тела статора высчитывают по формуле:
Число пазов на один полюс и фазу рассчитывают по формуле:
Формулы для определения площади пазов в зависимости от их формы есть на рис.2.
К сожалению, формат обзорной статьи не дает возможности полностью раскрыть эту тему, но зная данные и используя рекомендации из пособия Г.К. Жерве «Как рассчитать обмотку асинхронного двигателя» можно вычислить диаметр обмоточного провода, количество витков в катушках и подобрать шаг и схему их укладки. Следует помнить, что расчет обмотки однофазного электродвигателя имеет свои особенности.
Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту zakaz@cable.ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.
Электродвигатель
от чего зависит мощность электродвигателя? что измениться (и в какую сторону) при изменении диаметра проволоки, длины?
Желательно писать так: при увеличении диаметра .
при увеличении длины.
Лучший ответ
При увиличений длины чего. И диаметра чего. Ротора, статора? Берите формулу подключения звездой и треугольником и вычисляйте!
someoneУченик (194) 6 лет назад
таняУченик (103) 4 года назад
Ты плуг, написано же: проволоки.
Остальные ответы
Давайте будем проще.. .
при увеличении диаметра проволоки вы не сможете намотать на такой же сердечник такое же количество проволоки, значит её длина будет меньше, соответственно мощность будет ниже. если при этом не изменяются параметры питания этого двигателя.
при увеличении длины провода увеличивается количество витков. Соответственно и мощность двигателя. в общем вопрос поставлен немного некорректно, соответственно и ответ такой же 🙂
Александр МубиновПрофи (746) 13 лет назад
я так понимаю, если увеличить количество витков, то двигатель станет мощнее? а при увеличении диаметра, НО одновременное сохранение количества витков, он будет мощнее?
Guido Fawkes Мыслитель (6430) при увеличении количества витков якоря двигателя он действительно станет мощнее. при увеличении диаметра витков он мощнее не станет, т.к. якорь станет тяжелее, объем его из за увеличения диаметра проволоки станет больше, соответственно вырастут габариты двигателя, значит мощность его упадет. а вообще то можно на него подать большее напряжение, тогда мощност возрастет.
AbyУченик (236) 1 год назад
Сечение активного железа и сечение провода. Влияет на мощность двигателя.
Понятие длины проволоки означает то, какое количество витков будет на статоре или роторе. Изменение сечения провода, производится в том случае, если у нас входные параметры большие по напряжению. Как известно, двигатель имеющий большую мощность, имеет и большие размеры, а большие размеры следствия изменения длины и сечения проволоки.
Возьмём к примеру двигатель малых напряжений, вольт так на 9 от кроны. У него видно, что сечение проводов маленькое. И считая внутренне сопротивление кроны, можно узнать ток кроны, следовательно и мощность, которую она может дать. Но здесь рассматривается двигатель маленькой мощности, поэтому как известно, провод малого сечения имеет большее сопротивление чем провод большего сечения, следовательно, исходя из закона Ома, мы возьмём малое сечения, для того чтобы поднять сопротивление обмотки, тем самым уменьшив ток, а если мы уменьшаем ток, значит и уменьшается мощность. Т. е. чем больше сопротивление обмотки, тем меньший ток протекает в этой обмотке, и следовательно тем меньше протекает и мощность.
Вот и вывод на ваш вопрос. При изменении сечения в большую сторону, то сопротивление меньше, а ток увеличивается, и вместе с ним и мощность, а если длина увеличивается, то сопротивление больше и ток ограничивается и мощность падает.
все о электродвигателях
Любой электродвигатель обладает следующими основными характеристиками:
— Потребляемая мощность
— Максимальный КПД
— Номинальная частота вращения вала
— Номинальный момент.
Потребляемая мощность электродвигателя определяется как произведение напряжения питания, которое подведено к щеткам (речь идет исключительно о коллекторных асинхронных двигателях постоянного тока — к которым относятся все без исключения двигатели, применяемые в приводах) на ток, протекающий через двигатель: P(Вт)=U(В)*I(А).
Максимальный КПД двигателя показывает, какая часть от подведенной энергии при номинальной нагрузке и номинальных оборотах преобразуется в механическую. КПД используемых в ЭПО коллекторных моторов составляет примерно 65..70%.
Механическая мощность двигателя есть произведение оборотов на момент: Pмех(Вт)=N(Рад/с)*M(Н*м), либо произведение электрической мощности на КПД: Pмех=P*КПД.
Стоит также сказать, что любой двигатель характеризуется зависимостью момента от оборотов — это называется механической характеристикой двигателя. У электродвигателей механическая характеристика : двигатель развивает примерно одинаковый по величине момент практически при любых оборотах вала, не превышающих максимальное значение. В зависимости от соотношения момента и оборотов, правда, значительно меняется КПД двигателя и потребляемый им ток. Так, например, при уменьшении оборотов двигателя потребляемый ток возрастает, а КПД падает (это очевидно из того, что произведение U*I (потребляемая мощность) возросло, а произведение N*M (механическая мощность) уменьшилось).
Габаритные размеры электродвигателя определяются в первую очередь количеством тепла, которое необходимо рассеивать в единицу времени. Предположив, что тип и КПД мотора фиксированы, масса двигателя линейно-пропорциональна его мощности. Отсюда следует первый важный вывод: максимальная достижимая мощность электродвигателей одного форм-фактора, КПД и массы идентична.
Соотношение числа полюсов ротора и статора определяет соотношение оборотов и момента на валу двигателя. Чем больше полюсов имеет ротор (соответственно увеличивается и число ламелей коллектора), тем выше будет номинальный момент двигателя и ниже номинальные обороты (при которых двигатель обладает наивысшим КПД).
Мощность постоянных магнитов статора определяет максимальный КПД двигателя, влияет на соотношение оборотов и момента на валу и на максимальную мощность. Двигатель со слабыми магнитами при прочих равных условиях будет вращаться с более высокими оборотами, но со значительно меньшим моментом. При попытке мотор механической нагрузкой будет наблюдаться значительное снижение оборотов и значительное увеличение потребляемого тока с одновременным понижением КПД. Двигатель с мощными магнитами будет менее оборотистым и с более высоким моментом на валу. Мощные магниты являются одним из ключевых условий для возможности работы мотора на максимальной мощности.
Обмотки ротора характеризуются следующими основными параметрами: числом витков на зуб и активным сопротивлением. Между собой обмотки могут быть соединены двумя способами: звездой — у каждой обмотки один конец к отдельной ламели коллектора, а другой — в общий с другими обмотками узел, либо треугольником: к каждой ламели присоединен конец предыдущей обмотки и начало следующей. При числе полюсов более 3х конец и начало одной обмотки могут быть подсоединены не к двум последовательным ламелям, а через одну или несколько. В случае идентичного числа витков и толщины провода, соединение треугольником дает меньшее суммарное сопротивление, больший ток и бОльшую мощность при фиксированном напряжении питания. В заводских моторах обмотки всегда соединены треугольником.
Толщина провода и число витков связаны между собой, поскольку геометрическое пространство для обмотки фиксировано. Сечение провода всегда стараются максимизировать, чтобы максимально использовать доступное пространство: это снижает активное сопротивление обмоток и позволяет получить максимально высокий КПД, что в свою очередь позволяет снимать с мотора бОльшую мощность.
Провод обмоток может быть одножильным или многожильным. Многожильный провод проще мотать в домашних условиях (проще заполнить доступное для обмотки пр-во) и он дает чуть более высокий КПД за счет минимизации скин-эффекта, если использована, к примеру, высокочастотная широтно-импульсная модуляция питающего напряжения для плавного управления мощностью. Для коллекторных моторов обычно не актуально и поэтому обмотка выполнена в одну жилу.
Так как обмотки двигателя всегда занимают доступное пространство максимально плотно, максимальная мощность мотора не зависит от числа витков обмоток. Число витков определяет соотношение напряжения и тока при который двигатель развивает максимальную мощность. Двигатель с меньшим числом витков при неизменном напряжении питания будет потреблять бОльший ток и развивать более высокие обороты и момент. Двигатель с большим числом витков будет менее моментным и оборотистым при том же напряжении. Для работы с идентичной мощностью для маловиткового мотора требуется меньшее напряжение питания и больший ток, для многовиткового мотора — наоборот. При этом максимальная допустимая мощность обоих моторов будет одинакова и ограниченна условиями отвода тепла. Отсюда следует второй важный вывод: мощность мотора не зависит от типа намотки, тип намотки определяет лишь напряжение и ток, при которых двигатель разовьет свою максимальную мощность.
Дополнительным источником потерь и тепловыделения является щеточно-коллекторный узел. Контакт между щетками и вращающейся поверхностью коллектора обладает значительным активным сопротивлением, приводящим к нагреву. Кроме того, коллекторный узел создает дополнительное механическое сопротивление вращению вала, что также съедает часть мощности, преобразуя ее в тепло.
Что происходит с двигателем при перегреве?
В случае перегрева постоянных магнитов статора выше определенной температуры, называемой точкой Кури, те резко теряют свои магнитные свойства (на то время, пока температура превышает точку Кури). Лишившись на внешнее магнитное поле, в обмотках ротора резко уменьшается генераторное ЭДС, противостоящее ЭДС источника питания — что эквивалентно уменьшению реактивного сопротивления обмоток. Ток через обмотки резко возрастает и тепловыделение значительно увеличивается, при этом двигатель не начинает производить больше механической работы: его момент и обороты остаются неизменными или даже понижаются. Точка Кури для обычных ферритовых магнитов наступает примерно при 80 градусах, для неодимовых может превышать 120 градусов Цельсия. Таким образом, перегрев мотора выше определенной температуры крайне опасен еще более резким нагревом и последующим выходом из строя.
По внешним признакам определить перегрев мотора очень сложно: частота вращения на слух не меняется и двигатель продолжает работать, а резкое увеличение тока и усиление нагрева невооруженным глазом не видно — до тех пор, пока из мотора не повалит дым.
При нагреве обмоток ротора выше 130-150 градусов начинается разрушение лакового изоляционного покрытия поводов, возможны межвитковые замыкания, увеличивающие ток и интенсивность нагрева еще сильнее. И хотя медь проводов обычно не плавиться (гораздо раньше сгорают щетки коллекторного узла или предохранитель — если есть), обмотки даже визуально становятся более темными или черными, для восстановления работоспособности мотора требуется перемотка.
В случае перегрева коллекторного узла поверхность ламелей начинает покрываться продуктами сгорания щеток, что значительно повышает сопротивление контакта щетки-коллектор и приводит к еще большему увеличению скорости нагрева. Увеличение тока через обмотки также приводит к увеличению тока через коллектор. Прежде, чем начнут плавиться и гореть открытым пламенем ламели и щетки, зачастую начинает плавиться и гореть изоляционная основа под ламелями коллектора.
Подводя итог, следует важный вывод: перегрев электродвигателя приводит к еще более быстрому усугублению ситуации и мотор выходит из строя очень быстро, скорость процесса ограничивается лишь теплоемкостью элементов двигателя и потребляемой мощностью. В случае начала перегрева до опасной температуры мотор нагревается за время от 5 до 30 секунд. Однако мотор не начнет перегреваться без определенных к этому предпосылок.
Ситуации, приводящие к перегреву мотора
Электродвигатель может перегреться в случае нарушения условий его работы, приводящих к внутреннему тепловыделению сверх допустимого уровня. Увеличение температуры внутри двигателя растет в трех случаях:
— При нарушении условий внешнего охлаждения (внешнего отвода тепла);
— При превышении допустимого тока;
— При превышении допустимого момента на валу.
Предположив, что условия воздушного охлаждения мотора неизменны, тогда имеем два способа перегреть мотор: повысив напряжение питания (при этом возрастает и ток) и/или увеличив механическую нагрузку на валу. Конкретизируя ситуацию до случая с электроприводным автоматом, увеличение момента на валу достигается установкой более жесткой боевой пружины, а увеличение напряжения — установкой аккумулятора с бОльшим числом элементов или меньшим внутренним сопротивлением. В большинстве случаев подобный прием не приводит к каким либо ощутимым последствиям потому, что мотор в приводе с запасом и изначально не работает на полную мощность в целях продления срока службы, а стрельба ведется относительно короткими очередями и мотор не успевает нагреться до опасной температуры.
Чтобы сохранить условия работы мотора неизменными, необходимо обеспечивать неизменные значения нагрузки на валу и напряжения питания. При установке более мощной пружины для сохранения момента на валу двигателя следует установить шестерни с бОльшим передаточным отношением ( ). При удачном подборе момент и обороты двигателя останутся неизменными (либо, по крайне мере, мало отличающимися от номинальных), однако будет наблюдаться некоторое снижение скорострельности, так как один цикл сжатия пружины будет происходить за большее число оборотов двигателя.
Чтобы легально повышать напряжение и момент без риска спалить движок, можно воспользоваться улучшением условий охлаждения двигателя: насверлить дополнительных отверстий в корпусе мотора и пространства вокруг него, установить на вал мотора небольшую крыльчатку для принудительной циркуляции воздуха, привинтить мотор к мощным металлическим элементам или радиаторам и т.д.
Подводя итог, можно сделать вывод относительно оправданности покупки моторов и их х-ках. Первое и самое главное: так как габариты мотора неизменны, максимальная мощность, которую можно снять с такого мотора, мало отличается от максимальной мощности штатного мотора. Положительные отличия могут заключатся в наличии в фирменном моторе более мощных редкоземельных магнитов и меньшем числе витков — такой двигатель будет обладать более высоким КПД, а максимальную мощность развивать при меньшем питающем напряжении. Однако, маловитковый мотор можно легко спалить, подав (к примеру) те же 14 вольт, которыми приходилось питать старый мотор для работы в паре со 140-ой (150-ой, 160-ой. ) пружиной, так как двигатель с малым числом витков разовьет значительно бОльшую мощность. Таким же образом можно повредить саму механику внутри компрессора.
Каким проводом мотаются электродвигатели
Когда предстоит ремонт или перемотка двигателя, может возникнуть вопрос о том, каким проводом мотаются электродвигатели. В этой статье вы найдете информацию, которая поможет подобрать наиболее подходящую разновидность провода.
Каким проводом мотаются электродвигатели — разнообразие марок
Подразделение обмоточных проводов на марки осуществляется по следующим критериям:
- материал, из которого изготовлена токоведущая жила (наиболее распространенный вариант – медь);
- сечение (прямоугольное или круглое);
- вид изоляции (в этом качестве могут использоваться волокнистые материалы, эмаль или комбинация материалов);
- способ наложения изоляционного покрытия.
Изоляция волокнистого типа производится из хлопчатобумажной пряжи, а также из кабельной или телефонной бумаги, шелка (натурального или искусственного), стекловолокна, асбеста. Материалы накладываются методом обмотки или чулка (оплетки).
Для производства эмалевого изоляционного слоя применяются поливинилцеталевые соединения (винифлекс), полиуретан, кислотные полиэфиры, разные типы лаков (полиамиднорезольный, металвин и пр.), кремнийорганические материалы.
Комбинированная изоляция представляет собой слой эмали, расположенный под волокнистым покрытием. Например, лакостойкая эмаль плюс шелк (ПЭЛШО) или хлопчатобумажная пряжа (ПЭЛБО).
Расшифровка названий марок проводов
Название марки провода содержит информацию о его характеристиках. Большая часть названий начинается с буквы П, которая обозначает «провод обмоточный медный». Для проводов с волокнистой изоляцией применяются следующие условные обозначения:
- Б для хлопчатобумажной пряжи;
- С для стекловолокна;
- А для асбестовых волокон;
- Ш для шелка (натурального), ШК (К) – для искусственного.
Буква Э указывает на эмалевую изоляцию, которая может быть лакостойкой (ЭЛ), теплостойкой (ЭТ), полиамиднорезольной (ЭЛР), полиуретановой (ЭВТЛ). Вариант ЭВ обозначает винифлекс.
О количестве слоев волокнистой изоляции говорят О (1) или Д (2). Буквенные сочетания в названиях марок в ряде случаев сопровождаются цифрами 1 или 2, указывающими на нормальную или усиленную толщину изоляционного слоя.
Как правильно выбрать провод для перемотки электродвигателя
На выбор марки провода непосредственно влияют такие факторы, как устойчивость к нагреванию, минусовым температурам, механическим повреждениям, действию влаги и агрессивных химических составов. Допустимое значение толщины изоляции можно определить при известном коэффициенте заполнения паза. Зная модель электродвигателя и условия эксплуатации, можно подобрать марку провода с требуемыми характеристиками.
Например, при необходимости использования проводов с небольшой толщиной изоляционного слоя (для моделей двигателя с высоким коэффициентом заполнения паза), оптимальным вариантом является эмалевая изоляция. Гладкая поверхность такого покрытия обеспечивает более легкую укладку провода в пазы. При этом следует учитывать, что эмаль менее устойчива к температурному и химическому воздействию.
Основные требования к качеству провода касаются таких аспектов, как:
- равномерность изоляционных слоев;
- плотность наложения рядов оплетки;
- поставка в катушках (бухтах, барабанах) с ровной намоткой и надлежащей последовательностью витков;
- соблюдение правил транспортировки и хранения.
Приобретение обмоточных проводов именно той марки, которая соответствует техническим требованиям двигателя и условиям использования, является залогом успешной эксплуатации оборудования после ремонта и перемотки.