Трехфазного асинхронного двигателя схема: Трехфазный асинхронный двигатель

Содержание

Устройство и схема трехфазного асинхронного двигателя

Высокий показатель КПД, обеспечение требований защиты и безопасности, потребление электроэнергии сравнительно с выходной мощностью составляет 40%: низковольтный двигатель асинхронный трехфазный в странах с развитыми отраслями промышленности востребован буквально при любом типе производства.

За счет использования статора и подвижного ротора создается электромагнитный момент с передачей вращения на приводимый механизм. Разницы скорости вращения магнитного поля ротора и статора обусловила название асинхронный трехфазный двигатель, для определения разницы используется термин «скольжение».

Продуманная система вентиляции, двухслойная обмотка с использованием нагревостойких материалов, стандартизированные установочные размеры с использованием фланцев, лап или одновременно оба крепления – низковольтные асинхронные двигатели характеризуются максимально высокими показателями безопасности и долговечности эксплуатации.

Двигатель асинхронный трехфазный имеет следующие конструктивные и опциональные возможности: установка температурных и вибрационных датчиков, возможно вращение в обе стороны – реверс, удобный монтаж. Схема трехфазного асинхронного двигателя может включать антиконденсатный обогрев – продуманная система охлаждения, отвода тепла, циркуляционный, принудительный вентилятор, охлаждение водяное или через ребра.

Материал ротора – медь или литой под давлением алюминий, корпус – чугун, при необходимости наносится дополнительная защита от коррозии.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

1 — вал

8 — кожух вентилятора

2, 6 — подшипники

9 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой

3, 7 — подшипниковые щиты

10 — сердечник статора с обмоткой

4 — коробка выводов

11 — корпус

5 — вентилятор

12 — лапы

Асинхронные двигатели – преимущества, сферы применения

Номинальная мощность двигателя – это фактически механическая мощность вала в рабочем режиме, согласно ГОСТ 12139 эти показатели варьируются от 0,06 до 400 кВт. Синхронная частота вращения регламентируется ГОСТ 10683 – 73, её показатели: 500, 600, 750, 1500, 3000 об/минуту при частоте 50 Гц. Установочные размеры классифицируются согласно ГОСТ 4541 (устройство трехфазного асинхронного двигателя определяет конкретный вид установки)

Полная реализация преимуществ использования асинхронных трехфазных двигателей зависит от правильного подбора устройства по характеристикам и использования защитных систем пуска. К примеру, тиристорные пусковые устройства (ТПУ) обеспечивают плавное нарастание тока, стабилизируют ток в условиях ограничений по мощности, при работе насосных систем исключают удар обратного клапана, так называемый, обратный «гидродинамический удар», и обеспечивают защиту двигателя при любых аварийных режимах работы сети.

Устройство трехфазного асинхронного двигателя подходит для дерева, металлообработки, производства строительных материалов, вентиляционных, насосных систем, котельного оборудования. Практически везде, где имеют место моторы с вращающимися частями, применение низковольтных асинхронных двигателей целесообразно с точки зрения надежности, безопасности, и выгодно с позиции экономии расходов на обслуживание и оплату электроэнергии.

Схема трехфазного асинхронного двигателя и устройство агрегата приведены выше.

Схема и способы подключения электродвигателя

В промышленности наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные двигатели. Такие привода обладают массой достоинств, как, например, жесткая характеристика. Это выражается в том, что при увеличении нагрузки и снижении оборотов крутящий момент резко возрастает. Схема подключения трехфазного асинхронного двигателя имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при монтаже и ремонте устройств.

Условия для подключения электродвигателя

Основным условием для нормальной работы трехфазных двигателей является стабильность напряжения и тока в каждой из фаз электрической сети. Обрыв хотя бы одной фазы приведет к тому, что двигатель потеряет значительную часть мощности и при нагрузке на валу свыше 50 % нормативной остановится и выйдет из строя. Пуск на двух фазах возможен только при полном отсутствии нагрузки и только в то время, когда ротор сохраняет хотя бы небольшую угловую скорость.

Асинхронный двигатель

К сведению! В момент пуска асинхронный двигатель потребляет ток, в 3-5 раз превышающий номинальный до тех пор, пока ротор не наберет определенные обороты. Это явление исходит из принципа работы двигателя.

Таким образом, если в рабочем режиме ток двигателя позволяет использовать обычные автоматические выключатели, то для обеспечения нормального пуска коммутацию следует производить через мощный контактор (магнитный пускатель).

Магнитный пускатель

В отдельных случаях возможно подключение трехфазного двигателя в бытовую однофазную сеть. При этом сильно падают мощностные характеристики. Такая ситуация возникает очень часто, когда необходимо использовать промышленный привод в бытовых условиях. Используя специальную схему включения, обеспечивают нормальную работу мотора с учетом снижения мощности.

Как подготовить для подключения

Для правильного включения трехфазного двигателя необходимо помнить, что существует несколько схем соединения обмоток, среди которых:

  • «Звезда». Одни концы обмотки соединяют вместе, а другими подключаются к фазным проводам сети;
  • «Треугольник». Все три обмотки соединяются последовательно — конец каждой обмотки с началом следующей. Напряжение сети подается на точки соединения.

Обратите внимание! Для получения одинаковой мощности при соединении типа «звезда» требуется напряжение в √3 раз больше, чем при «треугольнике». Для двигателей, у которых допускается произвольное переключение обмоток, на шильдике обязательно указывается рабочее напряжение «220/380» или «127/220». Первое значение относится к соединению «треугольник», второе к «звезде».

Колодка двигателя, соединение «звезда»

В таких электродвигателях на клеммную колодку попарно в три ряда выведены начало и концы всех обмоток:

  • начало первой обмотки — конец второй;
  • начало второй — конец третьей;
  • начало третьей — конец первой.
Колодка двигателя, соединение «треугольник»

Для соединения «звезда» подключают один ряд из трех клемм двумя перемычками, а для соединения «треугольник» замыкают каждую пару тремя перемычками.

Как правильно подсоединить электродвигатель

От правильности включения обмоток электродвигателя зависит как ток потребления, так и направление вращения. Ток потребления вырастает, если двигатель, у которого на данное напряжение сети обмотки должны быть соединены «звездой», переключить на «треугольник». Такой режим работы является аварийным и приведет к выходу из строя.

Из теории трехфазного тока известно, что направление вращения электрической машины можно изменить, поменяв любые две фазы из трех местами. На этом основана схема реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей.

Важно! Схема реверсирования должна обеспечивать невозможность переключения фаз до момента остановки двигателя (прекращения подачи питания). В противном случае произойдет короткое замыкание сети.

Как подключить с 3 или 6 проводами

В большинстве случаев соединение двигателя с питающей сетью производится при помощи трех проводов. Даже если на клеммную колодку выведено шесть проводов, что соответствует трем парам обмотки, то путем соединения в нужную схему для подключения к питанию используется три провода.

Для мощных устройств учитывается, что асинхронный двигатель в момент запуска потребляет в несколько раз больший ток, поэтому используется сложная схема запуска, в которой в момент пуска обмотки подключаются «звездой», а после того как ротор наберет необходимые минимальные обороты, обмотки переключаются в «треугольник».

Шестипроводная схема включения

Важно! Для таких схем включения нужно подсоединять все шесть проводов обмоток электрической машины.

Схема подключения асинхронного электродвигателя

Асинхронные двигатели бывают не только трехфазные. Разработаны конструкции, которые могут подключаться в бытовую однофазную сеть. Схема электродвигателя для подключения к однофазной сети состоит из двух обмоток — рабочей и пусковой. Пусковая обмотка предназначена для формирования внутри статора вращающегося магнитного сдвига в момент пуска. Это необходимо для обеспечения начала вращения ротора. Фазный сдвиг осуществляется за счет включения пусковой обмотки через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя

После того как ротор наберет обороты, пусковая обмотка уже не нужна. Маломощный однофазный привод будет работать нормально в таком режиме, но мощность двигателя возрастет, если оставить в работе пусковую обмотку, включенную через рабочий конденсатор.

Обратите внимание! Емкость рабочего конденсатора меньше, чем у пускового, так как нет необходимости сильного сдвига фазы. При высокой емкости через пусковую обмотку будет проходить большой ток, что приведет к ее перегреву.

В трехфазную электрическую сеть электромоторы включаются согласно их характеристикам и напряжению сети. Здесь главное — правильно выполнить необходимые соединения обмоток в соответствии с напряжением питания.

Нестандартная схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя применяется при использовании промышленных устройств в быту.

Подсоединение производят по нескольким вариантам:

  • с использованием частотного преобразователя;
  • через конденсатор.

Электронный частотный преобразователь (инвертор) позволяет не только сохранить мощность, но и улучшить целый ряд характеристик, недостижимых при включении по стандартной схеме. Это:

  1. Плавный пуск.
  2. Регулирование мощности.
  3. Регулирование оборотов.

Частотный преобразователь преобразует однофазное питание в полноценную трехфазную сеть, в которой можно менять частоту, амплитуду, выполнять стабилизацию тока и напряжения в фазных проводах.

Обратите внимание! Большой недостаток частотных инверторов — их высокая стоимость.

Схема с конденсатором разработана таким образом, чтобы получить на одной из трех обмоток сдвиг фазы, достаточный для работы двигателя. Конденсаторная электросхема работоспособна как для «треугольника», так и для «звезды». Включение электромотора через конденсатор является наиболее простым решением проблемы, но имеет несколько недостатков:

  • максимальная мощность двигателя снижается до 50 %;
  • емкость фазосдвигающего конденсатора сильно зависит от нагрузки на электродвигатель.

То есть при работе на холостом ходу емкость должна быть минимальна и достигать максимума на полной мощности двигателя. Наиболее высокий ток потребления у асинхронного двигателя в момент запуска.

Подключение в однофазную сеть

Обратите внимание! На практике используют усредненное значение емкости для наиболее ожидаемого режима работы, поскольку малое значение не даст необходимую мощность, а высокое приведет к перегреву обмоток.

Правильный расчет емкости учитывает напряжение сети, схему включения обмоток и мощность двигателя. Конденсаторная схема включения должна предусматривать запуск двигателя через отдельный пусковой конденсатор, емкость которого должна быть выше рабочей в 2-3 раза.

Принципиальный момент — реверс обеспечивается подключение конденсатора к любой другой обмотке.

Однолинейная схема подключения электродвигателя

В энергетике часто применяются однолинейные схемы, в которых все линии питания вне зависимости от количества проводов и фаз обозначаются одной линией. Однолинейный чертеж не перегружен мелкими деталями, и это упрощает его чтение.

По однолинейной схеме удобно получать общее представление о работе и устройстве электроустановки. Трехфазные электродвигатели также обозначаются на однолинейных схемах. Важно учитывать при этом, что при разных способах коммутации фаз необходимо на чертеже указывать каждую фазу во избежание путаницы.

Чтобы подключать электрический двигатель к сети важно правильное определение назначения выводов обмоток и уже на основании имеющихся данных количество фаз, напряжение, мощность. Немаловажно выбрать наиболее подходящую схему включения.

Схема управления двигателем. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пост кнопочный

На сегодняшний день чаще всего применяются релейно-контакторные схемы управления. В таких системах главными приборами являются электромагнитные пускатели и реле. Кроме того, в качестве привода для станков и других установок чаще всего применяется такое устройство, как асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.

Описание двигателей

Такие типы приводов стали активно использоваться из-за того, что они просты в эксплуатации, обслуживании, ремонте и устройстве. У них имеется лишь один серьезный минус, который заключается в том, что пусковой ток превышает номинальный примерно в 5-7 раз, а также отсутствует возможность простыми способами управления плавно изменять скорость вращения ротора.

Данный тип машин стал активно использоваться из-за того, что в схемы электроустановок начали активно внедряться такие приборы, как преобразователи частоты. Еще одно весомое преимущество асинхронного двигателя с трехфазным током и коротко замкнутым ротором в том, что он обладает достаточно простой схемой подключения в сеть. Для его включения в работу потребуется лишь подать трехфазное напряжение на статор, и устройство тут же запустится. В наиболее простых схемах управления для его запуска используется такое устройство, как пакетный выключатель или же трехфазный рубильник. Однако данные приборы, несмотря на свою простоту и удобство в эксплуатации, являются элементами ручного управления.

Это является огромным минусом, так как в схемах большинства установок необходимо использовать схему включения двигателя именно в автоматическом режиме. Также необходимо предусматривать автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя, то есть его реверс и очередность включения в работу нескольких двигателей.

Основные схемы подключения

Чтобы обеспечить все необходимые функции, которые были описаны выше, необходимо использовать именно автоматические режимы работы, а не элементы ручного управления приводом. Однако справедливо будет отметить, что некоторые старые образцы станков для резки металла все еще используют пакетные переключатели для смены числа пар полюсов или же для обеспечения реверса.

Применение в схемах подключения асинхронных двигателей (АД) не только пакетных выключателей, но и рубильников возможно, но они выполняют лишь одну функцию — подключение схемы к подаче напряжения. Все остальные операции, которые предусматривает схема управления двигателем, выполняются под руководством электромагнитного пускателя.

При подключении схемы АД с короткозамкнутым ротором через такой тип пускателя обеспечивается не только удобный режим управления, но и создается еще и нулевая защита. Чаще всего в качестве схем управления двигателем в станках, установках и других машинах используется три метода включения:

  • первая схема применяется для управления нереверсивным двигателем, использует лишь один пускатель электромагнитного типа и две кнопки — «Пуск» и «Стоп»;
  • вторая схема управления двигателем реверсивного типа предусматривает использование трех кнопок и двух пускателей обычного типа или одного реверсивного типа;
  • третья схема управления отличается от предыдущей лишь тем, что из трех кнопок управления две имеют спаренные контакты.

Схема с пускателем электромагнитного типа

Пуск асинхронного двигателя в такой схеме подключения осуществляется с нажатия соответствующей кнопки. Когда она нажимается, то на катушку пускателя подается ток с напряжением в 220 В. У пускателя имеется подвижная часть, которая при подаче напряжения притягивается к неподвижной, из-за чего контакты устройства замыкаются. Данные силовые контакты подают входящее напряжение на двигатель. Параллельно этому процессу замыкается также и блокировочный контакт. Его включение осуществляется параллельно кнопке «Пуск». Именно благодаря этой функции при отпускании данной кнопки катушка все еще остается под напряжением и продолжает питать двигатель, чтобы он функционировал.

Если по какой-либо причине во время пуска асинхронного двигателя, то есть при нажатии на «Пуск», блокировочный контакт не замыкался бы или, к примеру, отсутствовал, то сразу при отпускании ток переставал бы подаваться на катушку, силовые контакты пускателя размыкались бы, и работа двигателя тут же прекращалась. Такой режим работы называется «толчковым». Он имеет место, к примеру, при управлении кран-балкой.

Для того чтобы остановить трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, необходимо нажать на кнопку «Стоп». Принцип работы в таком случае достаточно прост и основан на том, что нажатие кнопки создает разрыв в цепи, разъединяя силовые контакты пускателя, останавливая тем самым работу двигателя. Если в момент работы исчезнет напряжение на источнике питания, то двигатель также остановится, так как такой дефект равносилен нажатию на «Стоп» и дальнейшему созданию разрыва в цепи прибора.

После того как устройство было остановлено отключением или пропажей питания, запустить его повторно можно лишь с кнопки. Именно это и называется нулевой защитой в схемах управления двигателем. Если бы вместо пускателя здесь был установлен переключатель или рубильник, то при повтором возникновении напряжения в источнике двигатель автоматически бы запустился и продолжил работу. Это считается небезопасным для обслуживающего персонала.

Применение двух пускателей в реверсивном устройстве

Схема управления асинхронным двигателем такого типа, по сути, работает таким же образом, как и предыдущая. Основное отличие здесь заключается в том, что появляется возможность при необходимости изменять направление вращения ротора. Чтобы это осуществить, необходимо изменить работающие фазы, имеющиеся на обмотке статора. К примеру, если нажать на кнопку «Пуск» КМ1, то порядок рабочих фаз будет А-В-С. Если же включить устройство со второй кнопки, то есть с КМ2, то порядок работающих фаз сменится на противоположный, то есть С-В-А.

Таким образом получается, что для управления асинхронным двигателем схемой такого типа необходимо две кнопки «Пуск», одна кнопа «Стоп» и два пускателя.

При нажатии на первую кнопку, которая в схеме обычно обозначается как SB2, произойдет включение первого контактора и вращение ротора в одну из сторон. Если возникает необходимость смены направления вращения на противоположную, необходимо нажать на «Стоп», после чего запуск двигателя осуществляется кнопкой SB3 и включением в работу второго контактора. Другими словами, чтобы использовать данную схему, необходимо промежуточное нажатие на кнопку остановки.

Так как управление работой двигателя с такой схемой усложняется, возникает необходимость в дополнительной защите. В данном случае речь идет об эксплуатации в пускателе нормально-закрытых (размыкающих) контактов. Они необходимы для того, чтобы обеспечить защиту от одновременного нажатия на обе кнопки «Пуск». Их нажатие без остановки приведет к возникновению короткого замыкания. Дополнительные контакты в таком случае препятствуют одновременному включению обоих пускателей. Это происходит из-за того, что при одновременном нажатии один из них включится на секунду позже второго. За это время первый контактор успеет разомкнуть свои контакты.

Недостаток управления электрическим двигателем с такой схемой заключается в том, что пускатели должны обладать большим количеством контактов или же контактными приставками. Любой из этих двух вариантов не только усложняет всю электрическую конструкцию, но еще и удорожает ее сборку.

Третья разновидность схемы управления

Основное отличие данной схемы системы управления двигателем от предыдущей в том, что в цепи каждого из контакторов, кроме общей кнопки «Стоп», имеется еще по два контакта. Если рассматривать первый контактор, то в его цепи имеется дополнительный контакт у SB2 — это нормально-открытый (замыкающий), а SB3 имеет нормально-закрытый (размыкающий) контакт. Если рассматривать схему подключения второго электромагнитного пускателя, то его кнопка «Пуск» будет иметь те же контакты, но расположенные наоборот относительно первого.

Таким образом удалось добиться того, что при нажатии на одну из них при работающем двигателе цепь уже эксплуатирующейся будет размыкаться, а другая, наоборот, замыкаться. У такого типа подключения имеется несколько преимуществ. Во-первых, данная схема не нуждается в защите от одновременного включения, а значит, отпадает необходимость в наличии дополнительных контактов. Во-вторых, появляется возможность выполнения реверсом без промежуточного нажатия на «Стоп». При таком подключении эта контактор используется лишь для полной остановки работающего АД.

Стоит отметить, что рассмотренные схемы управления пуском двигателя являются несколько упрощенными. В них не рассматривается наличие различных дополнительных аппаратов защиты, элементов сигнализации. Кроме того, в некоторых случаях возможно осуществлять питание электромагнитной катушки пускателя от источника в 380 В. В таком случае появляется возможность подключения лишь от двух фаз, к примеру А и В.

Схема управления с прямым пуском и функцией времени

Запуск двигателя осуществляется как обычно — кнопкой, после чего напряжение будет подаваться на катушку пускателя, которая подключит АД к источнику питания. Особенность схемы состоит в следующем: вместе с замыканием контактов у пускателя (КМ) произойдет замыкание одного из его контактов в другой цепи (КТ). Из-за этого происходит замыкание цепи, в которой располагается контактор торможения (КМ1). Но его срабатывание в этот момент не осуществляется, так как перед ним располагается размыкающий контакт КМ.

Для отключения служит другая кнопка, размыкающая цепь КМ. В это время осуществляется отключение устройства от сети переменного тока. Однако же вместе с этим происходит замыкание контакта, который находился в цепи реле торможения, который ранее упоминался как КМ1, а также осуществляется отключение цепи в реле времени, которое обозначается как КТ. Именно это приводит к тому, что в работу включается контактор КМ1. В этом случае осуществляется переход схемы управления двигателем на постоянный ток. То есть подача питающего напряжения осуществляется от встроенного источника через выпрямитель, а также резистор. Все это приводит к тому, что агрегат осуществляет динамическое торможение.

Однако на этом работа схемы не заканчивается. В цепи имеется реле времени (КТ), которое начинает отсчет времени торможения сразу после того, как отключается от питания. Когда отведенное время на отключение двигателя истекает, КТ размыкает свой контакт, который имеется в цепи КМ1, он отключается, из-за чего подача тока постоянного типа на двигатель также останавливается. Только после этого происходит полная остановка, и можно считать, что схема управления двигателем вернулась в начальное положение.

Что касается интенсивности торможения, то ее можно регулировать силой постоянного тока, который следует через резистор. Для этого нужно выставить необходимое сопротивление на данном участке.

Схема для работы многоскоростного двигателя

Такая схема управления может обеспечить возможность получения двух скоростей двигателя. Для этого осуществляется подключение секций полуобмоток статора в двойную звезду или же в треугольник. Кроме того, в таком случае также обеспечивается возможность реверсирования. Чтобы избежать неисправностей системы управления двигателем, в такой сложной цепи имеется два тепловых реле, а также предохранитель. На схемах они обычно маркируются как КК1, КК1 и FA соответственно.

Изначально возможен пуск ротора с низкой частотой вращения. Для этого в схеме обычно предусмотрена кнопка, которая помечается как SB4. После ее нажатия происходит запуск на низкой частоте. Статор прибора в таком случае подключается по схеме обычного треугольника, а имеющееся реле замыкает два контактора и подготавливает двигатель к подключению питания от источника. После этого нужно нажать на кнопку SB1 или SB2, чтобы определить направление вращения — «Вперед» или «Назад» соответственно.

Когда разбег до низких частот осуществлен, появляется возможность разогнать двигатель до высоких показателей вращения. Для этого нажимается кнопка SB5, которая отключает один из контакторов от схемы и подключает другой. Если рассматривать это действие с точки зрения работы цепи, то подается команда на переход от треугольника на звезду двойного типа. Для того чтобы полностью остановить работу, имеется кнопка «Стоп», которая на схемах маркируется как SB3.

Кнопочный пост

Данное оборудование предназначается для коммутации, то есть соединения цепей, в которых протекает переменный ток с максимальным напряжением в 660 В и частотой 50 или 60 Гц. Можно эксплуатировать такие устройства и в сетях с постоянным током, но тогда максимальное рабочее напряжение ограничивается 440 В. Возможно применение даже в качестве пульта управления.

Обычный кнопочный пост имеет следующие особенности своей конструкции:

  • Каждая из его кнопок лишена фиксации.
  • Имеется кнопка «Пуск», которая чаще всего имеет не только зеленый цвет, но и контакты нормально-разведенного типа. Некоторые модели даже обладают подсветкой, которая включается после нажатия. Предназначение — введение в работу какого-либо механизма.
  • «Стоп» — это кнопка, обладающая красным цветом (чаще всего). Располагается она на замкнутых контактах, а ее основное предназначение — это отключение какого-либо прибора от источника питания с целью остановки его работы.
  • Отличие между некоторыми приборами состоит в материале, который используется для изготовления каркаса. Он может быть сделан из металла или пластмассы. В данном случае корпус играет важную роль, так как имеет определенную степень защиты, зависящую от материала.

Основные преимущества

Среди основных преимуществ таких приборов выделяются следующие:

  • комплектация данного прибора не всегда может быть стандартной, она может корректироваться по пожеланиям заказчика;
  • корпус обычно изготавливается из негорючей тугоплавкой пластмассы или же из металла;
  • имеется хорошая герметизация, которая достигается за счет наличия резиновой прокладки между крышкой и контактами внутри;
  • уплотнитель для данного кнопочного поста находится под хорошей защитой от воздействия каких-либо агрессивных факторов со стороны окружающей среды;
  • сбоку имеется дополнительное отверстие, чтобы было удобно вводить нужный кабель;
  • все крепления, имеющиеся у поста, изготавливаются из высокопрочной нержавеющей стали.

Тип постов

Существует три типа поста — это ПКЕ, ПКТ и ПКУ. Первый обычно применяется для работы со станками для деревообработки промышленного или домашнего назначения. ПКУ применяется в промышленности, но лишь на тех объектах, где отсутствует опасность взрыва, а концентрация пыли и газа не поднимается выше того уровня, который способен вывести устройство из строя. ПКТ — это именно те посты, которые могут использоваться в схемах управления трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а также другими двигателями электротехнического типа. Кроме того, они также активно используются для управления таким оборудованием, как кран-балки, мостовые краны и прочие устройства, предназначенные для подъема тяжелого груза.

подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети

За счет простой конструкции и легкости обслуживания асинхронные электрические двигатели находят широкое применение практически в любой сфере от промышленных предприятий до бытовой техники. Из-за особенности рабочего принципа они по-разному подключаются к трехфазным и однофазным электросетям.

Содержание:

  1. Принцип работы
  2. Подключение к однофазной сети через конденсатор
  3. Подключение без конденсатора
  4. Реверс двигателя в однофазной сети
  5. Подключение к трехфазной сети двигателя с короткозамкнутым ротором
  6. Подключение двигателя с фазным ротором

Принцип работы

Асинхронный трехфазный электродвигатель представляет собой конструкцию из двух основных компонентов: статора – большого неподвижного элемента, служащего одновременно и корпусом двигателя, и ротора – подвижной детали, передающей механическую энергию на вал. Читайте более подробно о принципе работы асинхронного двигателя в отдельной статье. Очень рекомендуем сделать это, т.к. информация там может быть полезна в работе!

Коротко, статор представляет собой корпус, внутри которого находится сердечник или магнитопровод. Внешне он похож на беличье колесо и собирается из электротехнической стали, изолированный с помощью нанесения специального лака. Такая конструкция снижает количество вихревых токов, появляющихся при воздействии с круговым магнитным полем двигателя. В пазах сердечника располагаются три обмотки, на которые подается питание.

беличье колесо

Ротор представляет собой шихтованный сердечник и вал. Стальные листы, используемые в роторном сердечнике, не обрабатываются лаком-изолятором. Обмотка ротора – короткозамкнутая.

Рассмотрим принцип действия этой конструкции. После подачи энергии на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на фиксированных обмотках статора создается магнитное поле. При подключении к сети с синусоидальным переменным током, характер поля будет изменяться с изменением показателей сети. Поскольку обмотки статора смещены относительно друг друга не только в пространстве, но и во времени, возникают три магнитных потока со смещением, в результате взаимодействия которых возникает вращающееся результирующее поле, проводящее ротор в движение.

Несмотря на то, что фактически ротор неподвижен, вращение магнитных полей на обмотках статора создает относительно вращение, что и приводит его в движение. Результирующее поле, «собранное» потоками обмоток, в процессе вращения наводит электродвижущую силу в проводники ротора. Согласно правилу Ленца, основное поле буквально пытается догнать поток на обмотках с целью сокращения относительной скорости.

Асинхронные двигателя относятся к электрическим машинам и, следовательно, могут использоваться не только в качестве моторов, но и как генераторы. Для этого необходимо, чтобы вращение ротора осуществлялось через некий внешний источник энергии, например, через другой двигатель или воздушную турбину. При наблюдении остаточного магнетизма на роторе, то в обмотках статора также будет генерироваться переменный поток, что приведет к получению напряжения на них за счет принципа индукции. Такие генераторы называют индукционными, они находят в бытовой и хозяйственной сфере для обеспечения бесперебойной работы непостоянных сетей переменного тока.

Подключение к однофазной сети через конденсатор

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети невозможно в чистом виде, без изменения схемы питания. Дело в том, что для создания вращающегося магнитного потока необходимо наличие как минимум двух обмоток со сдвигом по фазе, за счет которого и создает относительное движение статора. Если мотор подключить к бытовой однофазной сети напрямую, подав питание на одну из обмоток статора, он не будет работать. Это связано с тем, что одна работающая фаза создает пульсирующее поле, которое может обеспечивать движение вращающегося ротора, но не способно запустить его.

Для решения этой проблемы в двигателе размещается дополнительная обмотка под углом в 90˚ относительно основной, в цепь которой последовательно включен фазосмещающий элемент. В этом качестве могут выступать резисторы, индукционные катушки и другие устройства, однако лучшую эффективность показало применение конденсаторов.

Дополнительная обмотка, создаваемая с помощью конденсаторов, чаще всего выступает в роли пускателя двигателя, поэтому её называют пусковой. По достижении определенной температуры и скорости вращения вала срабатывает переключатель, размыкающий цепь. После этого работа двигателя обеспечивает взаимодействием между ротором и пульсирующим полем рабочей обмотки, как уже было описано выше.

Для обеспечения максимальной эффективности работы необходимо использование конденсаторов, чья ёмкость подходит под сетевые показатели. Кроме того, нередко в таких двигателях используется магнитный пускатель или реле тока для автоматического управления рабочим процессом. В видео ниже, будет и про магнитный пускатель.

Функциональные особенности подключения асинхронного двигателя с одним конденсатором отличаются хорошими пусковыми характеристиками, но сравнительно небольшой мощностью. Поскольку частота бытовой сети с напряжением 220 В составляет 50 Гц, такие моторы не могут вращаться со скоростью более 3000 об/мин. Это сокращает сферу их использования до бытовых приборов: пылесосов, холодильников, триммеров, блендеров и т.д.

Очень настоятельно рекомендуем посмотреть два видео ролика в этом разделе (одно сверху, другое снизу), т. к. наглядное пособие, может быть крайне полезным.

Подключение без конденсатора

Для подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть без использования конденсаторов существуют две популярные схемы. Для обеспечения работы двигателя берутся синисторы с разнополярными импульсами управления и симметричный динистор.

Первая схема предназначена для электродвигателей с величиной номинального вращения от 1500 об/мин. В качестве фазосмещающего элемента выступает специальная цепочка. Схема соединения обмоток статора – треугольник.

Необходимо создать сдвинутое напряжение на конденсаторе путем изменения сопротивления. После того, как напряжение конденсатора достигнет нужного уровня, динистор переключится и включит заряженный конденсатор в схему запуска.

Вторая схема подходит для электродвигателей с большим пусковым сопротивлением или номинальной скоростью вращения от 3000 об/мин.

Очевидно, в данной ситуации необходимо создать сильный пусковой момент. Именно по этой причине в машинах этого типа для подключения статорных обмоток используется треугольник. Вместо фазосдвигающих конденсаторов в этой схеме применяются электронные ключи. Первый из них последовательно включается в цепь рабочей фазы, а второй – параллельно. В результате этой хитрости создается опережающий сдвиг тока. Однако данный способ эффективен только для двигателей 120˚ электрическим смещением.

Трехфазный электромотор можно подключить с помощью тиристорного ключа. Это, пожалуй, самый простой и эффективный способ подключения асинхронного двигателя в однофазную сеть без конденсаторов. Принцип его действия таков: ключ остается закрытым во время максимального сопротивления. Благодаря этому создается наибольший фазовый сдвиг и, соответственно, пусковой момент. По мере ускорения вала сопротивление снижается до оптимального уровня, сохраняющего сдвиг по фазе в пределах значения, обеспечивающего работу двигателя.

При наличии тиристорного ключа можно и вовсе отказаться от конденсаторов – он демонстрирует лучшие рабочие и пусковые характеристики даже для двигателей мощностью более 2 кВт.

Реверс электродвигателя в однофазной сети

При подключении асинхронного двигателя в сеть с однофазным током управлять реверсом (обратным вращением) ротора можно с помощью третьей обмотки. Для этого необходим тумблер или аналогичный двухпозиционный переключатель. Сначала с ним через конденсатор соединяется третья обмотка. Два контакта тумблера подключаются к двум другим обмоткам. Такая простая схема позволит управлять направлением вращения, переводя переключатель в нужное положение.

Подключение к трехфазной сети двигателя с короткозамкнутым ротором

Самыми эффективными и часто используемыми способами подключения асинхронного двигателя к трехфазной сети являются так называемые звезда и треугольник.

В конструкции двигателя с короткозамкнутым ротором есть всего шесть контактов обмоток – по три на каждой. Для того чтобы подключить асинхронный двигатель звездой необходимо соединить концы обмоток в одном месте, подобно лучам звезды. Примечательно, что в такой схеме напряжение у начал обмоток составляет 380 В, а на участке цепи, пролегающем между их соединением и местом подключения фаз – 220 В. Возможность включения двигателя данным методом указывается на его бирке символом Y.

Главное достоинство этой схемы в том, что она предотвращает возникновение перегрузок по току на электродвигателе при условии использования четырехполюсного автомата. Машина запускает плавно, без рывков. Недостаток схемы в том, что пониженное напряжение на каждой из обмоток не дает двигателю развивать максимальную мощность.

схема подключения звезда

Если электродвигатель с короткозамкнутым ротором был подключен по схеме звезда, это можно заметить по общей перемычке на концах обмоток.

Асинхронный двигатель, звезда в сборе

Для обеспечения предельной рабочей мощности трехфазного электродвигателя его подключают к сети треугольником. В этой схеме обмотки статора соединяются друг с другом по принципу конец-начало. При питании от трехфазной сети нет необходимости в соединении с рабочим нулем. Напряжение на участках цепи между выводами будет равняться 380 В. На табличке двигателя, подходящего для подключения треугольников, изображается символ ∆. Иногда производитель даже указывает номинальную мощность при использовании той или иной схемы.

схема подключения «треугольник»

Главный недостаток треугольника – пусковые токи слишком большой величины, которые иногда перегружают проводку и выводят её из строя. В качестве оптимального решения изредка создают комбинированную схему, в которой запуск и набор скорости происходит при «звезде», а затем обмотки переключают на «треугольник».

Подключение с фазным ротором

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют высокие пусковые и регулировочные характеристики, благодаря чему применяются в высокомощных машинах и приборах малой мощности. Конструктивно этот асинхронный двигатель отличается от обычного трехфазного тем, что на роторе есть своя трехфазная обмотка со сдвинутыми катушками.

Для подключения электродвигателей с фазным ротором применяются описанные выше схемы звезда и треугольник (для 380 В и 220 В сетей соответственно). Стоит заметить, что для того или иного двигателя может быть использована только одна схема, указанная в паспорте. Пренебрежение этим требованием может привести к сгоранию мотора.

Соединение обмоток в клеммной коробке производится так же, как на схемах из предыдущего способа. Изменение рабочих характеристик так же закономерно: треугольник выдает практически в полтора раза большую мощность, а звезда, в свою очередь, мягче функционирует и управляется.

В отличие от моделей с короткозамкнутым ротором, асинхронный двигатель с трехфазным ротором имеет более сложную конструкцию, но это позволяет получать улучшенные пусковые характеристики и обеспечивать плавную регулировку вращения. Используются такие машины в оборудовании, требуемом регулировки частоты вращения и запускаемом под нагрузкой, к примеру, в крановых механизмах.

Трехфазный двигатель: асинхронный, схема — подключение

С незапамятных времен человек стремился облегчить свое существование, используя различные приспособления и двигатели. С открытием электричества особое место в его помыслах занимают электродвигатели, а развитие современных технологий заставляет, казалось бы, обыденные вещи и явления рассматривать под иным углом. Нередко желание удовлетворить интерес в какой-либо области заставляет нас двигаться от простого к сложному с прояснением непонятных деталей.

Электродвигатели, как незаменимые помощники, постоянно сопровождают нас на протяжении всей жизни. Поэтому среди домашних мастеров, например, проблема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети занимает далеко не последнее место.

Основная причина состоит в том, что асинхронный трехфазный мотор отличается низкой себестоимостью, простой в изготовлении и эксплуатации, обладает высоким КПД и в силу этих причин получил массовое распространение.

В быту такими электродвигателями оснащаются различные устройства и механизмы (вентилятор, насос, циркулярная пила и прочее), но сфера их использования ограничивается наличием электросети с одной фазой и ее возможности не позволяют их использовать на полную мощность.

В этом направлении создано немало схем подключения трехфазных электромоторов, и их множество различается по сложности реализации. Тогда понятие о составе и принципе функционирования асинхронного двигателя приведет к осмысленному решению задачи.

Особенности асинхронного электродвигателя

Применительно к используемому роду тока электродвигатели разделяются на две большие группы: электродвигатели постоянного и переменного тока. Среди устройств переменного тока разнятся синхронные и асинхронные двигатели. Наряду с рядом достоинств асинхронного двигателя, его основной недостаток заключается в сложности регулирования скорости вращения его вала традиционными методами.

Основными элементами любого электродвигателя является неподвижный статор и подвижный ротор. Момент вращения в электродвигателе создается при взаимодействии статорного магнитного поля с роторным, когда возникает разность частоты их вращения.

Синхронный мотор переменного тока, по сравнению с асинхронным, имеет иную конструкцию ротора. В первом варианте ротором является постоянный магнит или электромагнит. В асинхронном двигателе может быть фазный ротор или короткозамкнутый из металлических стержней, соединенных с обеих сторон и называемых «беличьей клеткой».

Статор трехфазного электродвигателя содержит мощные рабочие обмотки, и их концы выводятся на общую клеммную колодку. При протекании по ним переменного тока создается движущееся по кругу магнитное поле, поэтому скорость вращения определяется частотой тока и числом создаваемых полюсов.

Между токами, протекающими по обмоткам, создается сдвиг между фазами, который определяется месторасположением обмоток на статоре. Для трехфазных электромоторов эта величина представляется 120 градусами.

В без коллекторном асинхронном двигателе под действием статорного магнитного поля протекающий ток в короткозамкнутой обмотке ротора превращает его в электромагнит с присущими ему противоположными полюсами. Подключенная нагрузка обуславливает протекание больших токов по обмоткам, и вся конструкция нагревается, поэтому для охлаждения асинхронного двигателя на валу ротора устанавливается вентилятор.

Главная особенность асинхронного электромотора в том, что под нагрузкой наблюдается «отставание» вращения ротора от движения магнитного поля статора. Иными словами неодновременный процесс отличается асинхронностью, а возникающее явление названо скольжением. В этом случае скорость вращения статорного магнитного поля в действительности всегда выше, чем у ротора.

В роторе мощных синхронных двигателей изменяемое электромагнитное поле создается за счет размещенных на нем обмоток, подключенных к коллектору. В момент пуска и разгона мотора кратковременно создается асинхронный режим, когда обмотки ротора нередко через реостат или накоротко замыкаются. При приближении скорости вращения к номинальной величине к проводникам ротора прикладывается постоянное напряжение, поэтому нередко моторы такого типа включают обмотку возбуждения.

Разность потенциалов на обмотки ротора подается посредством щеток, и протекающий ток в проводах изменяется одновременно с переменой полюсов магнитного поля, то есть синхронно. По этой причине скорость вращения вала синхронного электродвигателя практически не зависит от нагрузки, и он всегда вращается в одну сторону. В то же время, нагрузка должна быть согласована, чтобы мотор мог ее выдержать. В противном случае, неизбежны поломки синхронного электродвигателя.

По внешнему виду без разборки синхронный мотор переменного тока трудно отличить от асинхронного двигателя, который обычно имеет ребристый корпус и наличие вентилятора. Однако указанная на шильдике скорость вращения мотора однозначно характеризует его тип.

Синхронному устройству присуще обозначение скорости вращения в круглых значениях, например, для частоты 50 Гц 3000 об/мин или 1500 об/мин. Для асинхронного двигателя указанные значения отклоняются в меньшую сторону. Так, для таких моторов, к примеру, мощностью 750 Вт характерны значения 2730 или 1325 оборотов в минуту, то есть с величиной скольжения 0,053.

Проектирование и создание электродвигателей осуществляется с учетом работы их в трехфазной сети, так как в таком режиме они работают с минимальными потерями электроэнергии и имеют высокий КПД. Как правило, в заводском исполнении их обмотки соединены в виде треугольника или звезды. Иногда при подключении звездой нейтральный провод присоединяется к нулевой точке, что делать не нужно.

Когда применяется подключение трехфазного двигателя к однофазной сети, то он работает с отдачей неполной мощности. Ее потери в большинстве вариантов могут превышать 50%, что с чем необходимо считаться.

Создание режима работы трехфазного асинхронного двигателя при имеющейся единственной фазе добиваются многими способами. Поэтому неизбежно возникает вопрос, на каком же выборе схемы подключения остановиться? Для решения этой задачи рассмотрено несколько подходов, на основании которых предоставляется возможность выбрать приемлемое решение.

Кстати, самый простой запуск трехфазного электродвигателя, подключенного к однофазной сети с напряжением 220 вольт, осуществляется с помощью шнура. При этом шнур обматывается вокруг вала мотора, после чего, следует резкий рывок за свободный его конец. При таком способе большие потери мощности, он малоэффективный и им пользуются редко, но и он может пригодиться.

Фазосдигающий конденсатор для трехфазного двигателя

В домашних условиях электродвигатели по большей части применяются в подсобном хозяйстве. Когда к частному дому подключение электричества выполнено тремя фазами, то проблем обычно не возникает. Однако далеко не у всех домовладельцев имеется трехфазная электросеть, а острая необходимость вынуждает использовать электромоторы для удовлетворения возникающих потребностей.

Наиболее популярным и доступным подключением асинхронного трехфазного устройства к однофазной электрической сети является способ с применением фазосдвигающего конденсатора. Когда обмотки мотора спроектированы на оптимальное напряжение 127 В, то в существующей электросети применяется расположение их по схеме «звезда».

Для номинального разности потенциалов 220 В аналогичный способ используется редко, так как приводит к дополнительной потери мощности до 30%. Тогда используется соединение обмоток электромотора по схеме «треугольник».

В процессе включения и работы устройства может использоваться в схеме, как рабочий, так и пусковой конденсатор. В практическом плане рабочий конденсатор подбирается в среднем из расчета 7 мкФ на 100 Вт мощности устройства, а пусковая емкость, как правило, превышает вычисленную величину в 2-3 раза.

Под пусковой емкостью подразумевается суммарное значение емкости рабочего и пускового конденсатора. Надобность в нем нередко отпадает, если мотор запускается без нагрузки, но, когда он нагружен, то не в состоянии запуститься или обороты им набираются с замедлением.

Оптимальное значение конденсаторов определяется экспериментальным путем в избранном режиме работы электродвигателя. Если величина рабочей емкости больше требуемой, то мотор начинает перегреваться, а при слишком малом значении наблюдается пониженная им отдача мощности.

Когда же электродвигатель работает не под нагрузкой, то в обмотке с подключенной емкостью присутствует ток на 20-30% больше оптимального. Мотор работает в недогруженном режиме, и, следовательно, величину емкости рабочего конденсатора надо уменьшить.

В маломощных устройствах рабочая емкость нередко отсутствует, а используется лишь конденсатор в начале работы. Мотору требуется пусковая емкость для облегчения ускоренного запуска, но когда он набирает порядка 70% оборотов, то конденсатор пуска через 2-3 с отключается и разряжается.

Подобную операцию сподручнее делать с помощью специального переключателя, когда при утопленной клавише «Пуск» первая пара контактных соединений замыкается, а при ее освобождении размыкается, но в замкнутом состоянии остается другая пара соединителей, и они разрываются при нажатии клавиши «Стоп».

Конденсаторы выбираются из числа металлобумажных или пленочных типа: МБГО, МБГП, КГБ, МБГ4, БГТ, СВВ-60, К75-12, К78-17. Для улучшенного запуска электрического мотора на исполнение роли емкости пуска подыскивается специализированный конденсатор, а полярные конденсаторы обычно не используются.

Применяемые конденсаторы должны выдерживать предельное рабочее напряжение как минимум в 1,5 раза выше реального его значения, присутствующего в однофазной электросети. Так, в сетях с разностью потенциалов 220 В считается величина такого напряжения не ниже 350 В.

Конденсаторы большой емкости сподручнее применять в виде пусковых, а рабочий конденсатор практично набирать из более мелких путем их параллельного соединения. Тогда легче осуществлять маневрирование при подборе оптимальной емкости.

Известно более эффективное подключение трехфазного двигателя к однофазной сети с высоким КПД, когда в одной из обмоток используется фазосдвигающий конденсатор, сдвигающий фазу вперед, а во второй дроссель с индуктивным сопротивлением, сдвигающий ее в другом направлении. В третью обмотку включается резистор.

В этом варианте, конечно, увеличивается мощность асинхронного двигателя, но усложняется конструкция преобразователя и он потребляет столько же электроэнергии, что и мотор. Отсюда очевидно, что такое преобразование экономически не выгодно.

Использование фазосдвигающего конденсатора наиболее простой метод подключения трехфазного электромотора. Не меньшей популярностью пользуются без конденсаторные схемы на основе электронных ключей, использующих тиристоры и симисторы, но они отличаются сложностью реализации.

Преобразование однофазного напряжения в трехфазное

По самой сути электродвигатель является обратимым механизмом. С одной стороны, он преобразует электроэнергию в механическую энергию, а, с другой стороны, способен совершать обратные действия, выполняя функции генератора.

Неоднократно было подмечено, что после случайного исчезновения напряжения на одной из обмоток асинхронного двигателя вращение его вала не останавливается, а между выводами отключенной обмотки возникает ЭДС. Наличие этого факта натолкнуло на задействование трехфазного электродвигателя с целью преобразования однофазного напряжения в трехфазное.

Не вдаваясь в тонкости имеющегося явления, следует подчеркнуть, что трехфазный асинхронный двигатель, включенный в однофазную сеть, когда вращается в режиме холостого хода, является своего рода трансформатором.

Однако, тем не менее, возникающей разности потенциалов на его обмотках, вполне достаточно для питания других потребителей электроэнергии и, в частности, трехфазных электродвигателей. Если же придать мотору вращение от других источников энергии, например, от бензиновых или дизельных двигателей, то конструкцию успешно превращается в резервный источник питания.

Мощность асинхронного двигателя, функционирующего в этом режиме должна составлять по величине не менее 80% суммарной мощности предполагаемых потребителей. К однофазной электрической сети он подключается вначале без нагрузки, и для запуска можно обойтись небольшой емкостью фазосдвигающего конденсатора.

Так, для электрического мотора мощностью 3-4 кВт достаточно примерно 40-60 мкФ. В режиме использования обмоток по схеме «звезда» с выхода снимается 380 В, а вариант «треугольника» позволяет снимать 220 В, но нужно не упускать из внимания, что разность потенциалов 380 В более опасно для жизни человека.

Запуск мотора осуществляется без нагрузки после нажатия кнопки. Когда ротор достигнет оптимальных оборотов, кнопка отпускается и подключается нагрузка. Такой преобразователь мощностью 4 кВт на холостом ходу потребляет порядка 200 Вт электроэнергии.

Частота, вырабатываемого трехфазного тока по такой схеме, несколько отличается от 50 Гц, а слабым ее местом является некоторый перекос фаз, то есть на одной из обмоток присутствует повышенное напряжение. Вследствие этого незначительно уменьшается КПД преобразователя, а также электродвигателей, подключенных к нему.

В принципе, большинство потребителей нечувствительны к такому отклонению величины напряжения и работают стабильно. Однако для повышения эффективности преобразователя в обмотку с повышенным напряжением можно дополнительно включить автотрансформатор, который позволит в то же время регулировать потребляемую мощность. С этой целью подойдет ЛАТР или специально изготовленный трансформатор на основе торроидального магнитопровода от сгоревшего мощного электродвигателя.

Так, например, самодельный автотрансформатор на магнитопроводе от электродвигателя 5 кВт может содержать 300 витков эмалированного провода сечением до 4 мм2 с отводами от каждых 30 витков. Если используется магнитопровод других размеров, то число витков уточняется по формуле:

W=220·45/S,
где S = a x bплощадь магнитопровода, в см2.

Итак, преобразование однофазного напряжения в трехфазное с помощью электродвигателя сопряжено с основными требованиями:

  • электродвигатель-преобразователь с малым числом оборотов в минуту (от 1000 и ниже), по сравнению с высокоскоростным, легче запускается и создает более «мягкую нагрузку на электросеть;
  • мощность используемого мотора должна превышать суммарную мощность подключенных потребителей;
  • величина потребляемого электродвигателем тока в рабочем режиме должна соответствовать паспортным данным;
  • на число оборотов вала двигателя-генератора напряжение однофазной электросети практически не оказывает влияния;
  • вырабатываемые значения напряжений пропорциональны аналогичной разности потенциалов питающей сети, но немного меньше;
  • первым обязательно включается электродвигатель–преобразователь, а затем уже нагрузка, но выключение осуществляется в обратном порядке.

Частотный преобразователь для трехфазного двигателя

Скорость вращения трехфазного электродвигателя переменного тока, как известно, зависит от числа создаваемых полюсов и от того насколько быстро движется в нем магнитное поле. В существующей трехфазной сети число полюсов ограничено, а частота вращения магнитного поля жестко связана с аналогичным параметром сети. Поэтому регулировка скорости вращения трехфазного электродвигателя, а, следовательно, и отдаваемая им мощность ограничена узким диапазоном.

Частотный метод регулирования скорости асинхронного двигателя основан на принципе изменения частоты f напряжения питания по известной со школьной скамьи формуле изменять скорость движения магнитного поля статора при постоянном числе пар полюсов р:

Теория управления электроприводами при помощи частоты известна с 30-х годов прошлого столетия с использованием тиристоров, но практическую реализацию она получила совсем недавно. Разработка устройств на ее основе сдерживалась развитием элементной базы.

С созданием биполярных GBT-транзисторов с изолированным затвором и силовых схем на их базе, появились широкие возможности использования инверторов. Разработка микропроцессорных систем с высокой производительностью позволило создавать современные частотные преобразователи с приемлемой стоимостью.

Основная задача частотных преобразователей заключается в широком диапазоне регулировки скорости вращения асинхронных трехфазных двигателей, то есть с их выходов снимается переменное трехфазное напряжение с регулируемой частотой. Суть работы любого инвертора состоит в преобразовании постоянного тока в переменный. Поэтому для него не важен источник происхождения постоянного напряжения: будь то трехфазная или однофазная сеть.

Поэтому частотный преобразователь, в принципе, осуществляет трансформацию однофазного напряжения в трехфазное без существенных потерь. По своим характеристикам он выгодно отличаются от других аналогичных способов преобразования для трехфазного двигателя, что оказалось основной причиной применения их в быту.

Принцип действия частотного преобразователя

Стабильная работа электродвигателя зависит от формы подаваемого на него напряжения, каковой является синусоида. Преобразователь частоты формирует синусоиду из дискретного, то есть цифрового сигнала.

В соответствии с теоремой Котельникова дискретные отсчеты разные по амплитуде или скважности любого аналогового сигнала, пропущенные через фильтр низкой частоты (ФНЧ), восстанавливают исходную его форму. Это явление относится к основополагающему принципу работы частотного преобразователя, где роль ФНЧ нередко исполняют обмотки электродвигателя.

Современный частотный преобразователь включает несколько основных электронных каскадов:

  • однофазное или трехфазное выпрямительное устройство;
  • сетевой фильтр;
  • каскад инверторов;
  • схему управления с встроенной или независимой панелью;
  • импульсный источник электропитания;
  • систему охлаждения.

При включении пульсации выпрямленного напряжения электросети сглаживаются фильтром, где также частично компенсируется реактивная составляющая. В блоке силовых ключей на IGBT-транзисторах методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в каждом из трех каналов (по количеству фаз) формируется соответствующее двух уровневое ШИМ-регулируемое напряжение. Управление выходными транзисторами в каскаде инвертирования осуществляется от драйверов ШИМ посредством оптической развязки.

За управление и настройку частотного преобразователя отвечает микроконтроллер по алгоритму заложенному в программное обеспечение. В измерении параметров устройства участвуют датчики тока Холла. Выходного напряжения приближается к синусоидальной форме с повышением частоты работы ШИМ. Наиболее часто в этом каскаде используются значения частот 4кГц, 8 кГц, 16 кГц, которые могут меняться  при подготовке к функционированию.

Однако, чем выше частота переключения инвертора, тем более сложное устройство выходного фильтра, компенсирующего импульсные помехи, что отражается на производительности системы.

Окончательный результат работы частотного преобразователя представляется в виде трехфазного напряжения близком к синусоидальной форме. Частота этого напряжения может регулироваться от 1 до 800 Гц.

Выбор частотного преобразователя

Определяющим критерием выбора частотного преобразователя является его стоимость. Сейчас доступно множество моделей таких устройств и чем больше в них заложено функций, тем они дороже. Однако в быту обычно применяются асинхронные двигатели мощностью не выше 3 кВт, поэтому возможности мощного и «накрученного» частотного преобразователя далеко не всегда востребованы. Тогда достаточно обойтись простой моделью, которая выполняет основное назначение в конкретных условиях.

В то же время, следует выбирать модель устройства с некоторым запасом мощности, так как в критических условиях у него сработает защита по температуре или, в худшем случае, выйдет из строя. Во всех частотных преобразователях используется общий принцип действия, а основное различие в схеме управления ими и используемой элементной базы. С встроенным микроконтроллером, конечно, изделие дороже.

В своем выборе лучше остановиться на простой схеме управления частотным преобразователем, но с повышенной его мощностью. Покупать устройство лучше у проверенных поставщиков и с обязательным условием гарантии. От предлагаемых изделий частными лицами по сравнительно низким ценам сомнительно ожидать высоких результатов от такого ответственного узла.

Наибольшей популярностью пользуется продукция от таких производителей, как Siemens, ABB или Danfoss, которая проста в наладке, но ее цены «кусаются». Торговую сеть в подавляющем большинстве заполонили азиатские компании. Имеются неплохие устройства и у отечественных производителей, но их качество зависит от многих, порой даже непредсказуемых факторов, например, зависящих от дня недели сборки изделия.

При выборе частотного преобразователя следует учитывать следующее.

  1. Согласование мощности с используемой нагрузкой.
  2. Какой основной источник питания: однофазная или трехфазная электросеть или постоянное напряжение.
  3. Какие типы электродвигателей поддерживаются: асинхронные, синхронные и др.
  4. Скалярный или векторный механизм управления двигателем, который предпочтительнее.
  5. Допустимых диапазон регулировок и питающих напряжений, когда устройство работает без сбоев.
  6. Возможности программного обеспечения, панели управления прибором и варианты ее использования: встроенная, выносная.
  7. Длительность гарантированного срока эксплуатации в соответствии с техническими характеристиками.

Как подключить частотный преобразователь

Устройство предназначено для прямого подключения к электросети с использованием дополнительного электрооборудования и силовых кабелей сечением, соответствующих требованиям ПУЭ. Когда источником частотного преобразователя мощностью до 3 кВт служит однофазная электросеть, к нему подключается трехфазный электродвигатель с обмотками, соединенными треугольником, чтобы не потерялась его мощность.

При питании от трехфазной электросети обмотки электродвигателя соединяются звездой. Если в моторах мощностью более 5 кВт предусмотрена возможность работы в обоих режимах, то с целью сокращения момента пуска вначале используется схема треугольника, а после достижении оптимальных оборотов следует переход к звезде.

При переключении на вторую схему обороты электродвигателя могут существенно снизиться. Тогда восстановление скорости вращения мотора осуществляется путем повышения силы тока, но такая система отличается сложностью и, как правило, в быту не используется.

Собранную систему к электросети рекомендуется подключать через соответствующий автоматический выключатель. Тогда в случае короткого замыкания она отключится полностью. В дополнение ко всему не повредит включение в цепь внешнего тормозного резистора. Для измерения величины напряжения на выходе можно использовать также вольтметр.

Отсюда очевидно, что частотный преобразователь для трехфазного двигателя, по сравнению с другими методами его пуска и работы отличается универсальностью, компактностью и наименьшими потерями мощности. Его преимущества заключаются в следующем:

  • возможность создания почти синусоидальной формы трехфазного тока;
  • создаются условия, исключающие потери мотором мощности;
  • обеспечивается работа любой конструкции электродвигателей;
  • простота конструкции устройства и небольшое потребление ею мощности.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное своими руками

В домашней однофазной сети обычно используются электродвигатели, мощность которых колеблется в пределах 1 кВт. Поэтому нет резона отказываться от преобразователей однофазного напряжения в трехфазное, созданными своими руками.

Эта задача не представляет собой сложности, а в интернете размещено множество схем и инструкций по сборке аналогичных устройств. Однако для более мощных моторов все-таки лучше использовать промышленные образцы.

На выбор схемы преобразователя оказывают влияние не только его конечная стоимость, но и условия, в которых ему предстоит работать. Главное, чтобы устройство было надежное и успешно решало назревшие задачи в бытовых условиях. Особо тщательно следует выбрать переключающие транзисторы, рассчитанные на большое значение протекающего тока, например, типа IRG4BC30W или аналогичные.

С целью компактности в самодельных конструкциях, как и заводских, используются импульсные блоки питания, которые вырабатывают необходимые значения напряжений. Если схема ориентирована на использование микроконтроллера, то потребуется программатор и жидкокристаллический индикатор. Приведенные ниже для примера схемы не отличаются оригинальностью, но заслуживают внимания по причине простоты и доступности электронных элементов.

Схема инвертора


Схема блока питания.

Вследствие большого объема материала порядок сборки и отладки не приводится, но аналогичные сведения и соответствующая схема размещены в журнале «Радио» 2001 г. №4.

Таким образом, схема подключения трехфазного двигателя к однофазной сети может быть создана на основе различных способов. В быту обычно возникает такая задача с подключением маломощных асинхронных трехфазных двигателей, которая наиболее эффективно решается применением частотного преобразователя. В домашнем хозяйстве находят применение простейшие схемы таких устройств, созданные своими руками.

P.S. Основным инструментом заработка в сети и не только является компьютер. Как придать ему надежность, сделав быстрым и бессмертным, а также ускорить его работу до 30 раз приводится в следующей рассылке: barabyn.ru/wp/computer.

Подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети | Денис Прокошенков

  • Основные схемы подключения
  • Использование схемы «звезда-треугольник»
  • Трехфазный двигатель с магнитным пускателем
  • Видео

Работа трехфазных электродвигателей считается гораздо более эффективной и производительной, чем однофазных двигателей, рассчитанных на 220 В. Поэтому при наличии трех фаз, рекомендуется подключать соответствующее трехфазное оборудование. В результате, подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети обеспечивает не только экономичную, но и стабильную работу устройства. В схему подключения не требуется добавление каких-либо пусковых устройств, поскольку сразу же после запуска двигателя, в обмотках его статора образуется магнитное поле. Основным условием нормальной эксплуатации таких устройств является правильное выполнение подключения и соблюдение всех рекомендаций.

Схемы подключения

Магнитное поле, создаваемое тремя обмотками, обеспечивает вращение ротора электродвигателя. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в механическую.

Подключение может выполняться двумя основными способами – звездой или треугольником. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Схема звезды обеспечивает более плавный пуск агрегата, однако мощность двигателя падает примерно на 30% от номинальной. В этом случае подключение треугольником имеет определенные преимущества, поскольку потеря мощности отсутствует. Тем не менее, здесь тоже есть своя особенность, связанная с токовой нагрузкой, которая резко возрастает во время пуска. Подобное состояние оказывает негативное влияние на изоляцию проводов. Изоляция может быть пробита, а двигатель полностью выходит из строя.

Особое внимание следует уделить европейскому оборудованию, укомплектованному электродвигателями, рассчитанными на напряжения 400/690 В. Они рекомендованы к подключению в наши сети 380 вольт только методом треугольника. В случае подключения звездой, такие двигатели сразу же сгорают под нагрузкой. Данный метод применим только к отечественным трехфазным электрическим двигателям.

В современных агрегатах имеется коробка подключения, в которую выводятся концы обмоток. Их количество может составлять три или шесть. В первом случае схема подключения изначально предполагается методом звезды. Во втором случае электродвигатель может включаться в трехфазную сеть обоими способами. То есть, при схеме звезда три конца, расположенные в начале обмоток соединяются в общую скрутку. Противоположные концы подключаются к фазам сети 380 В, от которой поступает питание. При варианте треугольник все концы обмоток последовательно соединяются между собой. Подключение фаз осуществляется к трем точкам, в которых концы обмоток соединяются между собой.

Использование схемы «звезда-треугольник»

Сравнительно редко используется комбинированная схема подключения, известная как «звезда-треугольник». Она позволяет производить плавный пуск при схеме звезда, а в процессе основной работы включается треугольник, обеспечивающий максимальную мощность агрегата.

Данная схема подключения довольно сложная, требующая использования сразу трех магнитных пускателей. устанавливаемых в соединения обмоток. Первый МП включается в сеть и с концами обмоток. МП-2 и МП-3 соединяются с противоположными концами обмоток. Подключение треугольником выполняется ко второму пускателю, а подключение звездой – к третьему. Категорически запрещается одновременное включение второго и третьего пускателей. Это приведет к короткому замыканию между фазами, подключенными к ним. Для предотвращения подобных ситуаций между этими пускателями устанавливается блокировка. Когда включается один МП, у другого происходит размыкание контактов.

Работа всей системы происходит по следующему принципу: одновременно с включением МП-1, включается МП-3, подключенный звездой. После плавного пуска двигателя, через определенный промежуток времени, задаваемый реле, происходит переход в обычный рабочий режим. Далее происходит отключение МП-3 и включение МП-2 по схеме треугольника.

Трехфазный двигатель с магнитным пускателем

Подключение трехфазного двигателя с помощью магнитного пускателя, осуществляется также, как и через автоматический выключатель. Просто эта схема дополняется блоком включения и выключения с соответствующими кнопками ПУСК и СТОП.

Одна нормально замкнутая фаза, подключенная к двигателю, соединяется с кнопкой ПУСК. Во время нажатия происходит смыкание контактов, после чего ток поступает к двигателю. Однако, следует учесть, что в случае отпускания кнопки ПУСК, контакты окажутся разомкнутыми и питание поступать не будет. Чтобы не допустить этого, магнитный пускатель оборудуется еще одним дополнительным контактным разъемом, так называемым контактом самоподхвата. Он выполняет функцию блокировочного элемента и препятствует разрыву цепи при выключенной кнопке ПУСК. Окончательно разъединить цепь можно только с помощью кнопки СТОП.

Таким образом, подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети может быть выполнено различными способами. Каждый из них выбирается в соответствии с моделью агрегата и конкретными условиями эксплуатации.

Подключение двигателя на 380 Вольт

Трёхфазный асинхронный двигатель это самый распространённый из всех электромоторов. Говорят, что электротехника – это наука о контактах. Большинство проблем, которые возникают в электрических цепях, вызваны теми или иными контактами. В конструкции асинхронного движка контактов нет. Этим и объясняется его надёжность. При правильной эксплуатации такие движки работают до износа подшипников. Правильность эксплуатации обеспечивает оптимальный температурный режим и наиболее медленное изменение свойств изоляции. Подшипники, а также нарушение изоляции обмоток – это две основные причины неисправностей асинхронных двигателей .

В трёхфазных электросетях применяются две схемы соединения обмоток движков – «треугольник» и «звезда». Эти схемы как раз и определяют температурные режимы обмоток и нагрузку на изоляцию. Напряжение 380 В действует либо на каждую обмотку при соединении в «треугольник», либо на электрическую цепь из двух обмоток при соединении в «звезду». Поэтому в одном и том же устройстве обмотки соединённые в «треугольник» работают в более тяжёлых режимах по напряжению и температуре. Однако при этом достигается и более высокая механическая мощность на вале двигателя.

  • При соединении обмоток по схеме «треугольник» получается в полтора раза большее значение мощности по сравнению со схемой «звезда».

Переходный процесс от пуска движка и до постоянных оборотов ротора также получается более энергичным по величине пускового тока. В маломощных электросетях это будет приводить к значительному уменьшению напряжения на время разгона ротора. Поэтому рекомендуется в таких электросетях использовать асинхронные двигатели с фазным ротором и пускорегулирующими устройствами. Из-за больших пусковых токов «звезда» является основной схемой соединения обмоток. Напряжение U для каждого движка является важнейшим параметром и поэтому всегда указывается на шильдике и в сопроводительной документации.

Поскольку в мире производится большое количество моделей двигателей перед соединением его обмоток для подключения к электросети напряжением 380 В, надо удостоверится в соответствии отечественных стандартов и модели. Если на шильдике указаны более высокие напряжения придётся применить соединение «треугольник» вместо обычно используемого соединения «звезда».

Наилучший способ пуска

Для наиболее эффективного использования асинхронного двигателя целесообразно применять комбинированные режимы его эксплуатации. Это означает использование переключений выводов обмоток для получения по выбору одного из двух вариантов соединения обмоток. Запуск и разгон двигателя происходит по схеме соединения «звезда». После того как завершится переходный процесс и величина пускового тока достигнет минимального значения происходит переключение на схему «треугольник».

Достигается такое управление тремя группами контактов по три контакта в каждой группе. Чтобы переход от одной схемы к другой не привёл к аварии, должна соблюдаться определённая последовательность срабатывания контактов.

  • При пуске асинхронного двигателя первая и вторая группы замыкаются. При этом не имеет особого значения, какая из них замкнёт контакты первой.
  • Третья группа остаётся разомкнутой до окончания разгона ротора.
  • Когда ротор разогнался, вторая группа размыкает контакты.
  • Через некоторое время, которое необходимо для завершения размыкания второй группы контактов замыкаются контакты третьей группы.
  • Отключение электродвигателя от трёхфазной сети 380 В происходит размыканием контактов первой и второй группы.
  • Чтобы сделать переход от одной схемы к другой более безопасным надо отключить контакты первой группы на время отключения контактов второй группы и включения контактов третьей группы.

Для схемы потребуется три магнитных пускателя с контактами пригодными для отключения токов управляемого двигателя.

Трехфазный асинхронный двигатель представляет собой устройство, состоящее из двух частей: статора и ротора, которые разделены воздушным зазором и не имеют никакой механической связи друг с другом.

На статоре расположены три обмотки, намотанные на специальном магнитопроводе, который набран из пластин специальной электротехнической стали. Обмотки намотаны в пазах статора и расположены под углом в 120 градусов друг к другу.

Ротор представляет собой конструкцию, опирающуюся на подшипники, имеющую крыльчатку для вентиляции. В целях электропривода ротор может иметь прямую связь с механизмом либо через редукторы или другие системы передачи механической энергии. Роторы в асинхронных машинах могут быть двух видов:

  • Короткозамкнутый ротор, который представляет собой систему проводников соединенных с торцов кольцами. Образуется пространственная конструкция, напоминающая беличье колесо. В роторе индуцируются токи, создающее свое поле, взаимодействующее с магнитным полем статора. Это и приводит в движение ротор.
  • Массивный ротор – это цельная конструкция из ферромагнитного сплава, в которой одновременно индуцируются токи и являющаяся магнитопроводом. Благодаря возникновению в массивном роторе вихревых токов идет взаимодействие магнитных полей, которое и является движущей силой ротора.

Главной движущей силой в трехфазном асинхронном двигателе является вращающееся магнитное поле, которое возникает, во-первых, благодаря трехфазному напряжению, а, во-вторых, взаимному расположению обмоток статора. Под его воздействием в роторе возникают токи, создающее поле, которое взаимодействует с полем статора.

Асинхронным двигатель называют из-за того, что частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля, ротор постоянно пытается «догнать» поле, но его частота всегда меньше.

Главные преимущества асинхронных двигателей

  • Простота конструкции, которая достигается за счет отсутствия коллекторных групп, имеющие быстрый износ и создающие дополнительное трение.
  • Для питания асинхронного двигателя не требуется дополнительных преобразований, он может питаться прямо из промышленной трехфазной сети.
  • За счет сравнительно небольшого количества деталей асинхронные двигатели очень надежны, имеют долгий срок эксплуатации, просты в техническом обслуживании и ремонте.

Конечно, трехфазные машины не лишены недостатков

  • Асинхронные электродвигатели имеют чрезвычайно малый пусковой момент, что ограничивает сферу их применения.
  • При запуске эти двигатели потребляют большие токи при пуске, которые могут превышать допустимые в конкретной системе электроснабжения.
  • Асинхронные двигатели потребляют немалую реактивную мощность, которая не приводит к увеличению механической мощности двигателя.

Различные схемы подключения асинхронных двигателей к сети 380 вольт

Для того чтобы заставить работать двигатель существует несколько различных схем подключения, наиболее используемые среди них — звезда и треугольник.

Как правильно подключить трехфазный двигатель «звездой»

На табличке электродвигателя указывается возможность подключения по способу «звезда» в виде символа Y, а также может указываться и можно ли подключить по другой схеме. Соединение по такой схеме может быть с нейтралью, которая подключается к точке соединения всех обмоток.

Такой подход позволяет эффективно защитить электродвигатель от перегрузок при помощи четырехполюсного автоматического выключателя.

Соединение «звездой» не позволяет электродвигателю, приспособленному для сетей 380 вольт развить полную мощность в силу того, что на каждой отдельной обмотке будет напряжение в 220 вольт. Однако, такое соединение позволяет не допустить перегрузки по току, старт электродвигателя происходит плавно.

В клеммной коробке будет сразу видно, когда электродвигатель соединен по схеме «звезда». Если есть перемычка между тремя выводами обмоток, то это однозначно говорит о том, что применяется именно эта схема. В любых других случаях применяется другая схема.

Выполняем соединение по схеме «треугольник»

Выводы обмоток соединяют следующим образом: C4 соединяют с C2, С5 с C3, а С6 с C1. При новой маркировке это выглядит так: U2 соединяется с V1, V2 с W1, а W2 cU1.

В трехфазных сетях между выводами обмоток будет линейное напряжение 380 вольт, а соединение с нейтралью (рабочим нулем) не требуется. Такая схема имеет особенность еще и в том, что возникают большие пусковые токи, которые может не выдержать проводка.

На практике иногда применяют комбинированное подключение, когда на этапе запуска и разгона используется подключение «звездой», а в рабочем режиме специальные контакторы переключают обмотки на схему «треугольник».

В клеммной коробке подключение треугольником определяется наличием трех перемычек между клеммами обмоток. На табличке двигателя возможность подключения треугольником обозначается символом. а также может указываться мощность, развиваемая при схеме «звезда» и «треугольник».

Трехфазные асинхронные двигатели занимают значительную часть среди потребителей электроэнергии благодаря своим очевидным достоинствам.

Реверсивная и не реверсивная схема магнитного пускателя

Магнитный пускатель позволяет осуществить дистанционное управление, включать и отключать потребителя на расстоянии с пульта управления. Самое распространенное применение магнитного пускателя получили асинхронные двигателя, при помощи его осуществляется пуск, стоп и реверс (смена направления вращение вала) двигателя.

Еще магнитный пускатель служит для разгрузки маломощных контактов. Например, возьмем простой выключатель, который стоит дома, он рассчитан включать и отключать нагрузку не более 10 Ампер, определяем мощность: ток умножаем на напряжение 10*220 = 2200 Вт. Это значит, что через этот выключатель, можно, включить не более двадцати двух лампочек мощностью 100Вт.

Разгрузим контакт простого выключателя с помощью магнитного пускателя третьей величины, у которого силовые контакты рассчитаны включать и отключать ток 40 Ампер, мощность, которую он сможет включать и отключать: 40*220 = 8800 Вт. В итоге сможем одним щелчком выключателя, включать и отключать всю алею уличного освещения через контакты магнитного пускателя.

Управляется магнитный пускатель третьей величины с помощью электромагнитной катушки, которая потребляет 200Вт в момент срабатывания, а в сработанном состоянии потребляет всего 25Вт, что получается 200/380 = 0,52 А — это ток которым необходим, чтобы пускатель сработал и включил основную силовую цепь. Теперь представьте, что можно поставить маленький компактный выключатель, который будет управлять магнитным пускателем, а он своими силовыми контактами будет включать и отключать большие мощности.

Причины однофазного режима: перегорела плавкая вставка на одной фазе, подгорел контакт на клемме или выкрутился винт на клеммнике магнитного пускателя и выпал фазный провод от вибрации, плохой контакт на силовых контактах пускателя.

При перегрузке двигателя или работе в неполнофазном режиме увеличивается ток, проходящий через тепловое реле. В тепловом реле нагреваются токопроводящие биметаллические пластины, под действием тепла они выгибаются, и механически воздействует на размыкание контакта в тепловом реле, который отключает питание катушки магнитного пускателя, происходит отключение двигателя по средствам пускателя.

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЧЕРЕЗ МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ.

Схема состоит:
из QF — автоматического выключателя; KM1 — магнитного пускателя; P — теплового реле; M — асинхронного двигателя; ПР — предохранителя; кнопки управления (С-стоп, Пуск). Рассмотрим работу схемы в динамике.
Включаем питание QF — автоматическим выключателем, нажимаем кнопку «Пуск» своим нормально разомкнутым контактом подает напряжение на катушку КМ1 — магнитного пускателя.

КМ1 – магнитный пускатель срабатывает и своими нормально разомкнутыми, силовыми контактами подает напряжение на двигатель. Для того чтобы не удерживать кнопку «Пуск», чтобы двигатель работал, нужно ее зашунтировать, нормально разомкнутым блок контактом КМ1 – магнитного пускателя.
При срабатывании пускателя блок контакт замыкается и можно отпустить кнопку «Пуск» ток побежит через блок контакт на КМ1 — катушку.

Отключаем двигатель, нажимаем кнопу «С – стоп», нормально замкнутый контакт размыкается и прекращается подача напряжение к КМ1 – катушке, сердечник пускателя под действием пружин возвращается в исходное положение, соответственно контакты возвращаются в нормальное состояние, отключая двигатель. При срабатывании теплового реле — «Р», размыкается нормально замкнутый контакт «Р», отключение происходит аналогично.

Трехфазный асинхронный двигатель: конструкция и принцип работы

Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее широко используемыми электродвигателями в промышленности. Они работают по принципу электромагнитной индукции.

Из-за схожести принципа работы трансформатора он также известен как вращающийся трансформатор .

Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты и, следовательно, эти двигатели не легко адаптируются к управлению скоростью .

Мы обычно предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Давайте разберемся с конструкцией трехфазного асинхронного двигателя, прежде чем изучать принцип работы.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор . Статор имеет трехфазную обмотку (называемую обмоткой статора), а ротор несет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора).

От трехфазной сети питается только обмотка статора. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора с внешним питанием через электромагнитную индукцию и, следовательно, название.

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей

  1. Статор
  2. Ротор

Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором , размер которого составляет от 0,4 мм до 4 мм в зависимости от мощности двигателя.

1. Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор состоит из стальной рамы, в которую заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин кремнистой стали для уменьшения потерь на гистерезис и вихревых токов.

Ряд равномерно расположенных пазов предусмотрен на внутренней периферии пластин. Изолированные жилы соединены в симметричную трехфазную схему, соединенную звездой или треугольником.

Внешний корпус и статор трехфазного асинхронного двигателя

Обмотка трехфазного статора намотана на определенное число полюсов в соответствии с требованием скорости.Чем больше число полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот.

Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, создается вращающееся магнитное поле постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

2. Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии. Обмотка, размещенная в этих пазах (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

  1. Беличья клетка, тип
  2. Ротор с обмоткой Тип

Принцип работы Трехфазный асинхронный двигатель

Для объяснения принципа работы трехфазного асинхронного двигателя рассмотрим часть трехфазного асинхронного двигателя, как показано на рисунке.

Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на принципе электромагнитной индукции.

Когда трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя питается от трехфазного источника питания, создается вращающееся магнитное поле , которое вращается вокруг статора с синхронной скоростью (N s ).

Часть вращающегося магнитного поля в трехфазном асинхронном двигателе

Синхронная скорость,

Н с = 120 в/п

Где,

f = частота

P = количество полюсов

(Подробнее о вращающемся магнитном поле см. в разделе Создание вращающегося магнитного поля).

Это вращающееся поле проходит через воздушный зазор и разрезает неподвижные проводники ротора.

ЭДС индуцируется в каждом проводнике ротора из-за относительной скорости между вращающимся магнитным потоком и неподвижным ротором. Поскольку цепь ротора закорочена, в проводниках ротора начинают протекать токи.

Токонесущие проводники ротора помещаются в магнитное поле, создаваемое статором. Следовательно, на проводники ротора действует механическая сила .Сумма механических сил, действующих на все проводники ротора, создает крутящий момент , который стремится сдвинуть ротор в том же направлении, что и вращающееся поле.

Тот факт, что ротор вынужден следовать за полем статора (т. е. ротор движется в направлении поля статора), можно объяснить законом Ленца .

Согласно закону Ленца направление токов ротора будет таким, что они будут иметь тенденцию противодействовать причине их возникновения.

Итак, причиной появления токов ротора является относительная скорость между вращающимся полем и неподвижными проводниками ротора.

Следовательно, чтобы уменьшить эту относительную скорость, ротор начинает двигаться в том же направлении, что и поле статора, и пытается его поймать. Так начинает работать трехфазный асинхронный двигатель.

Проскальзывание асинхронного двигателя

Выше мы видели, что ротор быстро ускоряется в направлении вращающегося магнитного поля.

На практике ротор никогда не может достичь скорости потока статора. Если бы это было так, не было бы относительной скорости между полем статора и проводниками ротора, не было бы индуцированных токов ротора и, следовательно, не было бы крутящего момента для привода ротора.

Трение и ветер немедленно заставят ротор замедлиться. Следовательно, скорость вращения ротора (N) всегда меньше скорости вращения поля статора (N s ). Эта разница в скорости зависит от нагрузки на двигатель.

Разница между синхронной скоростью N s вращающегося поля статора и фактической скоростью N ротора называется скольжением в трехфазном асинхронном двигателе .

Скольжение обычно выражается в процентах от синхронной скорости i.д.,

Скольжение, с = (N с – N)/N с × 100 %

Величину N s – N иногда называют скоростью скольжения .

Когда ротор неподвижен (т. е. N = 0), скольжение, s = 1 или 100 %.

В асинхронном двигателе изменение скольжения от холостого хода до полной нагрузки едва ли составляет 0,1% до 3% , так что, по существу, это двигатель с постоянной скоростью .

Видео: Работа трехфазного асинхронного двигателя

Видео от Learnengineering показывает работу трехфазных асинхронных двигателей в анимированной форме.

Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель похож на многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого замкнута накоротко. Таким образом, при нормальном напряжении питания, как и в трансформаторах, начальный ток, потребляемый первичной обмоткой, кратковременно очень велик. В отличие от двигателей постоянного тока большой ток при пуске обусловлен отсутствием противо-ЭДС. Если асинхронный двигатель включается напрямую от источника питания, он потребляет в 5-7 раз больше тока полной нагрузки и развивает крутящий момент, равный всего 1.В 5-2,5 раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Этот большой пусковой ток вызывает большое падение напряжения в линии, что может повлиять на работу других устройств, подключенных к той же линии. Следовательно, не рекомендуется запускать асинхронные двигатели более высокой мощности (как правило, выше 25 кВт) непосредственно от сети.
Различные способы запуска асинхронных двигателей описаны ниже.

Пускатели прямого пуска (DOL)

Небольшие трехфазные асинхронные двигатели можно запускать напрямую от сети, что означает, что номинальная мощность напрямую подается на двигатель.Но, как упоминалось выше, здесь пусковой ток будет очень большим, обычно в 5-7 раз больше номинального тока. Пусковой крутящий момент, вероятно, будет в 1,5–2,5 раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Асинхронные двигатели можно запускать непосредственно от сети с помощью пускателя DOL, который обычно состоит из контактора и защитного оборудования двигателя, такого как автоматический выключатель. Пускатель DOL состоит из контактора с катушкой, которым можно управлять с помощью кнопок пуска и останова. При нажатии кнопки пуска на контактор подается питание, и он одновременно замыкает все три фазы двигателя на фазы питания.Кнопка останова обесточивает контактор и отключает все три фазы, чтобы остановить двигатель.
Чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в линии питания из-за большого пускового тока, для двигателей мощностью менее 5 кВт обычно используется пускатель DOL.

Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором

Пусковой ток в двигателях с короткозамкнутым ротором регулируется путем подачи на статор пониженного напряжения. Эти методы иногда называют методами пониженного напряжения для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором .Для этого используются следующие методы:
  1. С использованием первичных резисторов
  2. Автотрансформатор
  3. Переключатели звезда-треугольник

1. Использование первичных резисторов:

Очевидно, назначение первичных резисторов состоит в том, чтобы понизить некоторое напряжение и подать пониженное напряжение на статор. Учтите, пусковое напряжение снижено на 50%. Тогда по закону Ома (V=I/Z) пусковой ток также уменьшится на такой же процент. Из уравнения крутящего момента трехфазного асинхронного двигателя пусковой крутящий момент примерно пропорционален квадрату приложенного напряжения.Это означает, что если приложенное напряжение составляет 50 % от номинального значения, пусковой момент будет составлять только 25 % от его нормального значения напряжения. Этот метод обычно используется для плавного пуска небольших асинхронных двигателей . Не рекомендуется использовать тип пуска с первичными резисторами для двигателей с высокими требованиями к пусковому моменту.
Резисторы обычно выбираются таким образом, чтобы к двигателю можно было приложить 70 % номинального напряжения. В момент пуска последовательно с обмоткой статора включается полное сопротивление, которое постепенно уменьшается по мере увеличения скорости двигателя.Когда двигатель достигает соответствующей скорости, сопротивления отключаются от цепи, а фазы статора напрямую подключаются к линиям питания.

2. Автотрансформаторы:

Автотрансформаторы также известны как автостартеры. Их можно использовать как для двигателей с короткозамкнутым ротором, соединенных звездой, так и с соединением треугольником. По сути, это трехфазный понижающий трансформатор с различными ответвлениями, которые позволяют пользователю запускать двигатель, скажем, при 50%, 65% или 80% сетевого напряжения.При автотрансформаторном пуске ток, потребляемый от линии питания, всегда меньше тока двигателя на величину, равную коэффициенту трансформации. Например, когда двигатель запускается при отводе 65 %, приложенное к двигателю напряжение будет составлять 65 % от линейного напряжения, а приложенный ток будет составлять 65 % от начального значения линейного напряжения, а линейный ток будет составлять 65 %. % от 65 % (т.е. 42 %) начального значения сетевого напряжения. Эта разница между линейным током и током двигателя возникает из-за действия трансформатора.Внутренние соединения автостартера показаны на рисунке. При пуске переключатель находится в положении «пуск», и на статор подается пониженное напряжение (которое выбирается отводом). Когда двигатель набирает соответствующую скорость, скажем, до 80% от его номинальной скорости, автотрансформатор автоматически отключается от цепи, когда переключатель переходит в положение «Работа».
Переключатель, переводящий соединение из положения пуска в положение работы, может быть с воздушным прерывателем (малые двигатели) или масляным (большие двигатели).Предусмотрены также условия для отсутствия напряжения и перегрузки со схемами выдержки времени на автостартере.

3. Стартер звезда-треугольник:

Этот метод используется в двигателях, которые предназначены для работы на статоре, соединенном треугольником. Двухпозиционный переключатель используется для соединения обмотки статора в звезду при пуске и в треугольник при работе на нормальной скорости. Когда обмотка статора соединена звездой, напряжение на каждой фазе двигателя будет уменьшено в 1/(кв. 3) по сравнению с обмоткой, соединенной треугольником.Пусковой крутящий момент будет в 1/3 раза больше, чем для обмотки, соединенной треугольником. Следовательно, пускатель звезда-треугольник эквивалентен автотрансформатору с коэффициентом 1/(кв. 3) или пониженным напряжением на 58%.

Пуск двигателей с контактными кольцами

Двигатели с контактными кольцами запускаются при полном сетевом напряжении, так как внешнее сопротивление можно легко добавить в цепь ротора с помощью контактных колец. Реостат, соединенный звездой, соединен последовательно с ротором через контактные кольца, как показано на рис. Введение сопротивления в ток ротора уменьшит пусковой ток в роторе (и, следовательно, в статоре).Кроме того, он улучшает коэффициент мощности и увеличивает крутящий момент. Подключенный реостат может быть ручным или автоматическим.
Поскольку введение дополнительного сопротивления в ротор улучшает пусковой момент, двигатели с контактными кольцами можно запускать под нагрузкой.
Введенное внешнее сопротивление предназначено только для запуска и постепенно отключается по мере того, как двигатель набирает скорость.

Основная структура трех

двигателей (двигателей) (трехфазный асинхронный двигатель) представляет собой передачу электрической энергии в механическое оборудование, это использование силовой катушки в магнитном поле за счет явления силы, создаваемого распределением различных пользователи, двигатель в зависимости от использования различной мощности в двигателе постоянного тока и двигателе переменного тока, большая часть двигателя в системе питания представляет собой двигатель переменного тока, может быть синхронным двигателем или асинхронным двигателем (скорость магнитного поля статора двигателя и скорость вращения ротора не поддерживаются синхронная скорость).Двигатель в основном состоит из статора и ротора. Направление проводника силы в магнитном поле связано с направлением тока и направлением магнитной индукции (направлением магнитного поля). Принцип работы двигателя заключается в воздействии магнитного поля на силу тока, так что двигатель вращается.

(А) статор (неподвижная часть)

1, сердечник статора

Назначение: Часть магнитной цепи двигателя и обмотка статора на ней.

Конструкция: Сердечник статора обычно изготавливается из листа кремнистой стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм с изолирующим слоем на поверхности и ламинируется с равномерно распределенным пазом по внутреннему кругу сердечника для заделки обмоток статора.

Тип паза сердечника статора имеет следующие виды:

Полузакрытый слот: КПД двигателя и коэффициент мощности выше, но обмотка и изоляция более сложные. Обычно используется в небольшом низковольтном двигателе.

Полуоткрытая прорезь: может быть встроена литая обмотка, обычно используемая для больших и средних низковольтных двигателей. Так называемая обмотка или обмотка может быть предварительно изолирована, а затем помещена в бак.

Открытый слот: используется для вставки формовочной обмотки, метод изоляции удобен, в основном используется в высоковольтном двигателе.

2, обмотки статора

Роль: часть схемы двигателя, доступ к трехфазному переменному току, в результате чего возникает вращающееся магнитное поле.

Конструкция: тройкой в ​​пространстве под электрическим углом 120°, строением очереди называется одна и та же структура, соединенная с одной и той же обмоткой, обмотка каждой катушки по определенным правилам вкладывалась в пазы статора.

Основная изоляция обмоток статора бывает следующих трех видов: (для обеспечения токопроводящих частей обмотки и надежной изоляции между сердечником и самой изоляцией между изоляцией).

(1) Изоляция: Изоляция между обмотками статора и сердечниками статора.

(2) межфазная изоляция: изоляция между обмотками статора.

(3) Межвитковая изоляция: Изоляция между витками каждой обмотки статора.

Электропроводка в клеммной коробке двигателя:

Распределительная коробка двигателя имеет монтажную плату, трехфазную обмотку из шести линий, расположенных в верхнем и нижнем рядах, и обеспечивает верхний ряд из трех проводов слева направо, ранжированных слева направо. номер 1 (U1), 2 (V1), 3 (W2), 4 (U2), 5 (V2), а трехфазные обмотки соединить звездой или треугольником.Все производство и обслуживание должны быть организованы в соответствии с этим серийным номером.

3, основание

Роль: фиксированный сердечник статора и передняя и задняя крышка для поддержки ротора, а также от защиты, тепла и так далее.

Конструкция: основание обычно из чугуна, шасси большого асинхронного двигателя обычно сварено из стали, основание микродвигателя из литых алюминиевых деталей. Закрытое основание двигателя снаружи охлаждающих ребер для увеличения площади рассеивания тепла, защитное шасси двигателя на обоих концах торцевой крышки, открытые вентиляционные отверстия, так что воздух внутри и снаружи двигателя может напрямую конвекционно перемещаться для облегчения рассеивания тепла.

(B) ротор (вращающаяся часть)

1, сердечник ротора трехфазного асинхронного двигателя:

Функция: как часть цепи двигателя и размещение обмоток ротора в пазу сердечника.

Конструкция: Используемый материал и статор, из листа кремнистой стали толщиной 0,5 мм штампованного, ламинированного, лист кремнистой стали с равномерным распределением отверстий, используемый для размещения обмотки ротора. Обычно с сердечником статора, промытым за листом кремнистой стали, чтобы пробить сердечник ротора.Как правило, сердечник ротора малого асинхронного двигателя запрессовывается непосредственно на вал, а сердечник ротора асинхронного двигателя большого и среднего размера (диаметр ротора 300-400 мм и более) прижимается к вращающемуся валу. с помощью кронштейна ротора.

2, обмотка ротора трехфазного асинхронного двигателя

Функция: резка магнитного поля вращения статора для создания индуцированной электродвижущей силы и тока, а также формирование электромагнитного момента и вращения двигателя.

Конструкция: разделена на короткозамкнутый ротор и фазный ротор.

(1) Ротор с короткозамкнутым ротором: Обмотки ротора состоят из множества направляющих стержней, вставленных в пазы ротора, и двух кольцевых концевых колец. Если убрать сердечник ротора, то форма всей обмотки напоминает беличью клетку, так называемая клеточная обмотка. Небольшой двигатель с короткозамкнутым ротором с литой алюминиевой обмоткой ротора для двигателя мощностью более 100 кВт с медным и медным концевым кольцом, сваренными вместе. Ротор с короткозамкнутым ротором делится на: ротор импедансного типа, ротор с одинарной короткозамкнутой клеткой, ротор с двойной короткозамкнутой клеткой, несколько роторов с глубокими канавками, пусковой крутящий момент и другие характеристики различаются.

(2) Обмотка ротора: Обмотка обмотки ротора и обмотка статора аналогичны, но также представляют собой симметричную трехфазную обмотку, обычно соединенную в звезду, три выхода соединены с валом трехтоковой петли, а затем через щетку Соединить с внешней цепью.

Особенности: конструкция более сложная, поэтому область применения обмотки двигателя не так широка, как у двигателя с короткозамкнутым ротором. Но через коллекторное кольцо и щетку в цепи обмотки ротора последовательно с дополнительным сопротивлением и другими компонентами, чтобы улучшить асинхронный двигатель с точки зрения тормозных характеристик и скоростных характеристик, в определенном диапазоне требуется оборудование плавного регулирования скорости, такое как краны , лифты, воздушные компрессоры и так далее.

(C) трехфазный асинхронный двигатель, другие принадлежности

1, торцевая крышка: опорная роль.

2, подшипник: соединение вращающейся части и неподвижной части.

3, торцевая крышка подшипника: для защиты подшипника.

4, вентилятор: двигатель охлаждения.

Трехфазный асинхронный двигатель Буквенное обозначение модели означает следующее:

J — асинхронный двигатель; О — закрытый; L — алюминий, обмотанный вокруг;

Вт — наружный; Z — металлургический подъем; Q — высокое стартовое колесо;

Д — многоскоростные; Б — взрыв; R обмотка;

S — двойной сепаратор; К — высокая скорость; H — высокая скорость скольжения.

ECE 494 — Лабораторная работа 5: Нагрузочные испытания трехфазного асинхронного двигателя и измерение пускового тока


Объективы

  • Для измерения пускового тока при запуске двигателя.
  • Для получения нагрузочных характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Оборудование

  • Два цифровых мультиметра и измеритель качества электроэнергии Fluke с банановыми кабелями со склада
  • Один тахометр со склада.
  • Измеритель мощности One Black Box
  • Одна стойка для нагрузки резисторов. (тележка с регулируемой нагрузкой HMRL)
  • Один трехфазный вариатор.
  • Один настольный многодиапазонный источник питания постоянного тока (PSW 250-4.5)

Фон

Трехфазный асинхронный двигатель имеет трехфазную обмотку на статоре. Ротор либо намотанного типа, либо состоит из меди стержни закорочены на каждом конце, и в этом случае он известен как короткозамкнутый ротор.Трехфазный ток, потребляемый статором от трехфазное питание создает магнитное поле, вращающееся с синхронной скоростью в воздушном зазоре. Магнитный поле режет проводники ротора, индуцирующие электродвижущие силы, которые циркулируют в них токи. По закону Ленца электромагнитные поля должны противодействовать причина, которая их производит; это означает, что ротор должен вращаться в направлении магнитного поля. поле, созданное статор. Если бы ротор мог достигать синхронной скорости, в нем не было бы ЭДС индукции.Но за счет потерь скорость всегда меньше синхронной скорости.

В этом эксперименте асинхронный двигатель приводит в действие генератор постоянного тока. Поле генератора постоянного тока возбуждается отдельно. Загрузка Генератор с помощью стойки резисторной нагрузки, в свою очередь, нагружает двигатель. Когда двигатель приводит в движение нагрузку, он должен создавать больший крутящий момент. Поскольку крутящий момент пропорционален произведению потока на ток, с увеличением нагрузки относительная скорость (скольжение) между ротором и вращающееся магнитное поле также должно увеличиваться.

Трехфазный асинхронный двигатель ведет себя как трансформатор, вторичная обмотка которого может вращаться. Принципиальное отличие состоит в том, что нагрузка механическая. Кроме того, сопротивление магнитному полю больше из-за наличия воздушного зазора, через который мощность статора передается ротору. Ток холостого хода двигателя иногда достигает 30–40 % от полной нагрузки. стоимость. Рабочие характеристики асинхронного двигателя можно определить косвенно, нагрузив генератор постоянного тока, соединенный с его валом. сделано в этом эксперименте.


Соответствующие уравнения

  1. Данные без нагрузки:
  2. I a0 = Ток линии в амперах

    (5.1)


    V t = Напряжение на клеммах в вольтах.

    (5.2)


    P 0 = Входная мощность (сумма показаний обоих ваттметров).

    (5.3)


    N 0 = Скорость двигателя в об/мин.

    (5.4)


  3. Данные теста нагрузки:

  4. I a = Ток линии в амперах.

    (5,5)


    V t = Напряжение на клеммах в вольтах.

    (5,6)


    P = входная мощность (сумма показаний обоих ваттметров).

    (5.7)


    N = скорость двигателя в об/мин.

    (5.8)

  5. Прочие данные:
  6. R a = Измеренное сопротивление статора на фазу

    (5,9)


  7. Потери в сердечнике (включая потери на трение и сопротивление воздуха), данные по
  8. (5.10)


  9. Выходная механическая мощность
  10. (5.11)

    Где

    (5.12)


    (5.13)


    N s = 120 f/p синхронная скорость

    (5.14)


    f = частота = (60 Гц)

    (5.15)


    p = количество полюсов = 4

    (5.16)


  11. Поскольку одна лошадиная сила равна 746 Вт, мы используем преобразование

  12. (5.17)

    P м (л.с.) = P м (ватт) / 746

  13. Крутящий момент

  14. (5.18)

  15. Коэффициент мощности при любой нагрузке рассчитывается с использованием

  16. (5.19)

  17. Эффективность определяется

  18. (5.20)

Prelab

Асинхронным двигателям присваиваются коды NEMA, которые указывают возможный диапазон их пускового тока.


Буквы кода NEMA KVA
Код KVA/HP Код KVA/HP
А 0-3.14

 

л 9,0-9,99
Б 3,15-3,54 М 10.0-11.19
С 3,55-3,99 Н 11.2-12.49
Д 4,0-4,49 Р 12,5-13,99
Е 4,5-4,99 Р 14,0-15,99
Ф 5,0-5,59 С 16.0-17.99
Г 5,6-6,29 Т 18.0-19.99
Н 6.3-7.09 У 20.0-22.39
Дж 7,1-7,99 В 22.4 и выше
К 8,0-8,99  

В таблице приведено отношение пусковой кВА (суммарно по всем трем фазам) к номинальной мощности в л.с.

  1. Учитывая, что наши двигатели имеют мощность 3 л.с. и соответствуют коду NEMA J, рассчитайте пиковый пусковой ток на однофазный при линейном напряжении 208В (фазное напряжение 120В).
  2. Определить, как подключить счетчики в схему рисунка 5.1 для измерения:
    1. Суммарная мощность (Вт) асинхронного двигателя. Показать связи с аналоговыми ваттметрами и измерителями качества электроэнергии (Флюк 43В). Подсказка: двухваттметровый метод измерения мощности.
    2. Клемма Напряжение переменного тока В t асинхронного двигателя.
    3. Линейный ток I a .
    4. Напряжение генератора В пост. ток
    5. Ток нагрузки генератора I пост. ток

Часть I. Трехфазный асинхронный двигатель. Испытания под нагрузкой

  1. Запишите характеристики асинхронного двигателя (IM)
  2. Расположите и измерьте сопротивление нагрузочной рамы так же, как и в предыдущем эксперименте, для 6 различных чтения.Оно должно находиться в диапазоне от 500 Ом до примерно 30 Ом. Используйте два блока тележки последовательно, так как они рассчитаны на 120 В. Настройки переключателей на двух банках должны быть одинаковыми.
  3. Подключите цепь, как показано на рис. 5.1. и поверните реостат шунтирующего поля панели стенда на максимальное сопротивление (по часовой стрелке). Примечание. Убедитесь, что ваши измерители мощности могут работать с током, который вы рассчитали в предварительной лабораторной работе. если они не могут затем вам нужно закоротить токовую катушку до тех пор, пока двигатель не запустится.Если ваш измеритель мощности имеет токоизмерительные клещи и номинальный ток меньше, чем вы определили, зажимайте измеряемый провод только после запуска двигателя.
  4. Подключите источник питания переменного тока от панели стенда к трехфазному вариатору и подключите выход вариатора к цепи.
  5. Включите настольный источник питания постоянного тока и нажмите кнопку настройки, чтобы отрегулировать выходное напряжение до 240 В и ток (IF) до 0,275 А с помощью его ручек.Перед включением двигателя отрегулируйте выход трехфазного вариатора на 208 В между фазами.
  6. Нажмите кнопку выхода источника питания постоянного тока, чтобы подключить источник постоянного тока 240 В к шунту возбуждения двигателя постоянного тока для создания тока возбуждения IF.
  7. При отсутствии нагрузки, подключенной к стойке нагрузки резистора, нажмите кнопку пуска на панели стенда, чтобы запустить двигатель, отсоедините провод, замыкающий токовую катушку ваттметра, или поместите токовые клещи вокруг провода, чтобы получить показания мощности.Если стрелка ваттметра отклоняется не в ту сторону, просто поменяйте местами соединения. на вольтовой стороне измерителя. Запишите напряжение переменного тока на клеммах V t , скорость, показания обоих ваттметров и напряжение нагрузки постоянного тока V dc . в таблице 5.1 (данные без нагрузки)
  8. Подсоедините стойку нагрузки резисторов к клеммам якоря генератора. Для каждого значения нагрузки запишите показания V t , I a , W 1 , W 2 , V dc скорость N и I dc (шкала 10 А) в таблице 5.1. (Загрузить тестовые данные)
  9. Отключить питание; отключите двигатель от источника питания. Измерьте сопротивление между двумя клеммами привода асинхронный двигатель. Резистор обмотки статора R a составляет половину сопротивления значение, измеренное между клеммами питания асинхронного двигателя, обозначенными L 1 и L 2 на скамейке. Это связано с тем, что при соединении звездой соединяются две фазы. последовательно между клеммами L 1 и L 2 .

Отчет

  1. Показать технические характеристики асинхронного двигателя.
  2. Заполните таблицу 5.2.
  3. Постройте КПД η, коэффициент мощности pf, скорость N, мощность и крутящий момент T m против входного тока I a on тот же лист графика.
  4. Объясните форму графиков pf, об/мин и КПД

Часть II. Пусковой ток.

В этой части вы измерите пусковой ток вашего асинхронного двигателя. Буквы кода NEMA на двигателе информировать пользователя о приблизительном пусковом токе. Обязательно запишите код NEM A и номинальную мощность машины.

Используйте USB-кабель с оптическим разъемом для подключения глюкометра к компьютеру. Запустите программу Flukeview на компьютере и убедитесь, что он соединяется с вашим измерителем. Если нет, посмотрите в диспетчере устройств, чтобы определить порт, к которому он подключен. к, а затем выберите этот порт для программного обеспечения Flukeview.

Используйте ту же схему подключения, что и в части I. Выберите Пусковой ток в меню измерителя. Введите 1 секунду для времени измерения. Параметр, обозначенный максимальным током, на самом деле является током на деление дисплея. Настройте датчик и измеритель таким образом, чтобы они могли прочитайте пусковой ток, рассчитанный в вашей предварительной лаборатории.

Переместите меню пускового тока для запуска. Когда вы будете готовы, нажмите кнопку пуска на измерителе, а затем кнопку пуска двигателя. метр не начнет измерение, пока не обнаружит текущий расход.Измеритель должен отображать кривую текущего времени. Используйте программное обеспечение Fluxview чтобы захватить этот сигнал для вашего отчета. Лучше всего записывать данные в электронную таблицу Excel, чтобы вы могли манипулировать графиком для лучшего просмотра.


Отчет

  1. Показать захваченную волну броска.
  2. Опишите любые характерные особенности пускового тока. Можете ли вы объяснить их?
  3. Каково максимальное абсолютное значение тока во время броска?
  4. Определите предполагаемый пусковой ток асинхронного двигателя (АД), используя его код NEMA.
  5. Как долго сохраняется пусковой ток?

Таблица 5.1: Экспериментальные данные
П Л
Ом
В т
Вольт
я а
Ампер
Вт 1
Вт
Вт 2
Вт
P = W 1 + W 2
Вт
I постоянный ток
Ампер
В пост. ток
Вольт
Н
об/мин

 

 

 

Таблица 5.2: Расчетные данные
I и пф Н л.с. Т м η

 

 

 

 

 

 

Обсуждение

  1. Кратко обсудите любые два способа запуска промышленного асинхронного двигателя.
  2. Отчет о влиянии перестановки любых двух клемм трехфазного питания на вращение.

Методы пуска трехфазного асинхронного двигателя

Методы пуска трехфазного асинхронного двигателя обычно включают прямой пуск, пуск при пониженном напряжении и плавный пуск.

Прямой пуск
Этот вид пуска является самым основным и простым в пуске двигателя. Метод характеризуется меньшими затратами, простым оборудованием и небольшим количеством.Хотя время пуска короткое, крутящий момент при пуске меньше, а ток большой, что подходит для пуска двигателей малой мощности.

Пуск при пониженном напряжении
Метод пуска при пониженном напряжении может применяться в асинхронных двигателях среднего и большого размера для ограничения пускового тока. Когда двигатель закончит запуск, он возобновит работу при полном давлении. Однако в результате пуска при пониженном напряжении пусковой момент снизится.Поэтому пуск при пониженном напряжении подходит только для пуска двигателя без нагрузки или при небольшой нагрузке. Ниже приведены некоторые распространенные методы пуска при пониженном напряжении.

  • Пуск последовательного сопротивления цепи статора
    В цепь обмоток статора двигателя вставлен трехфазный электрический дроссель. Электрический реактор можно просто рассматривать как катушку, которая может создавать индуцированную электродвижущую силу для снижения прямого входного напряжения промышленной частоты.
  • Пуск по схеме «звезда-треугольник»
    При нормальной работе 3-фазный асинхронный двигатель, обмотка статора которого предназначена для соединения по схеме «треугольник», может запускаться по схеме «звезда» при пуске, чтобы уменьшить напряжение каждой фазы двигателя, а затем уменьшить пусковой ток.После завершения запуска он подключается в треугольник. Пуск
    звезда-треугольник широко используется из-за его преимуществ, включая простое пусковое оборудование, низкую стоимость, более надежную работу и простоту обслуживания.
  • Пуск автотрансформатора
    Пуск автотрансформатора при пониженном напряжении означает, что пониженное напряжение питания от сети подается на обмотки статора двигателя до тех пор, пока скорость не приблизится к устойчивому значению, после чего двигатель подключается к электросети.
    При пуске переключатель переводится в положение «пуск», и автотрансформатор подключается к сети с последующим подключением к обмоткам статора двигателя для обеспечения пуска при пониженном напряжении.Когда скорость вращения приближается к номинальному значению, переключатель будет переведен в «рабочее» положение, и двигатель напрямую подключится к сети при работе на полном давлении через отключающий автотрансформатор.

    Автотрансформаторный пуск при пониженном напряжении вводится в звезду для двигателей большой мощности или нормальной работы с пуском под определенную нагрузку. В зависимости от нагрузки ответвление трансформатора выбирается в соответствии с требуемым пусковым напряжением и пусковым моментом.В этот момент пусковой момент еще ослаблен, но не уменьшен на треть (по сравнению с пуском при пониженном напряжении звезда-треугольник). Однако автотрансформатор крупногабаритный и легкий, с высокой ценой и неудобством в обслуживании, который не позволяет часто перемещать.

Устройство плавного пуска
Устройство плавного пуска — это устройство управления нового типа, основными преимуществами которого являются плавный пуск, малая нагрузка и энергосбережение, а также быстрота. Одной из наиболее важных особенностей является то, что электронная схема проводится в кремниевом управляемом выпрямителе двигателя при тандемном соединении источника питания.Использование устройства плавного пуска для подключения источника питания к двигателю и различных методов управления углом проводимости в выпрямителе, управляемом кремнием, может привести к постепенному увеличению входного напряжения двигателя от нуля и передаче всего напряжения на двигатель от начала до конца, что называется плавным пуском. При таком запуске крутящий момент двигателя будет постепенно увеличиваться с увеличением скорости. По сути, устройство плавного пуска представляет собой регулятор напряжения, который только изменяет напряжение без изменения частоты при пуске.

Разработка пускателя с системами защиты для трехфазного асинхронного двигателя

Сообщалось о частом возгорании обмоток трехфазных асинхронных двигателей. Начальными симптомами, наблюдаемыми до возгорания обмоток, были увеличение рабочего тока и повышение температуры. Система защиты и управления асинхронным двигателем была спроектирована, разработана и сконструирована таким образом, чтобы уменьшить проблему перегорания обмотки за счет раннего обнаружения и отключения питания, если проблема сохраняется.Он оказался эффективным, надежным, долговечным и прочным. Эта система является стимулом для нигерийских промышленников, поскольку она уменьшит количество случаев возгорания асинхронных двигателей и, как следствие, простоев и затрат. Система дешева и проста в ремонте и обслуживании, поскольку детали и компоненты, используемые в конструкции, доступны на месте.

1. Введение

Асинхронные двигатели являются высоконадежными, прочными и эффективными машинами для различных промышленных применений [1–3]. Однако двигатели подвержены трем классам неисправностей: механическим, электрическим и экологическим.Электрические неисправности асинхронных двигателей возникают в результате обрыва фазы, несбалансированного напряжения или тока питания, обратной последовательности фаз, замыкания на землю, перегрузки, поломки стержней и концевого кольца, нарушения изоляции и коротких замыканий [4]. Большинство таких неисправностей приводит к обгоранию обмоток. Частое возгорание обмоток асинхронных двигателей должно представлять серьезную угрозу для малых и средних обрабатывающих производств, использующих двигатели в качестве первичных двигателей для производственного и технологического оборудования [1].Много полезного времени и ресурсов тратится на попытки перемотать или заменить сгоревшие двигатели. Сообщалось, что двигатели с перемоткой имеют пониженную мощность и низкий КПД, что может привести к долгосрочным потерям энергии и контроля в [3]. В [5] сообщалось о потере эффективности в пределах 0,5–0,7%. Хотя влияние перемотки на эффективность двигателя кажется незначительным, в процессе необходимо учитывать время простоя, опыт и дополнительные затраты. Поэтому необходимо свести к минимуму случаи перегорания обмоток.

Перед тем, как обмотки асинхронного двигателя могут сгореть, проявляются два признака, а именно увеличение рабочего тока и температуры [6]. Защиту от чрезмерного рабочего тока можно обеспечить с помощью реле перегрузки.

Чрезмерная температура увеличивает скорость износа изоляции обмоток двигателя, ухудшение качества смазки и выход из строя подшипников [7]. Выгорание обмоток двигателя происходит из-за нарушения изоляции, и каждые 10 % повышения температуры сокращают срок службы изоляции на 50 % [4].В дополнение к выгоранию обмоток повышение температуры может привести к увеличению энергопотребления и снижению скорости и эффективности. Термическое напряжение, возникающее в результате чрезмерной температуры, в значительной степени способствует снижению производительности и срока службы асинхронных двигателей [8]. Таким образом, возникает необходимость защиты двигателя от чрезмерных температур. В результате этого исследования был разработан и внедрен электронный пускатель двигателя, способный защитить двигатель от экстремальных температур.

2. Теоретическая модель влияния температуры на обмотки двигателя

Защита индукции от теплового напряжения, возникающего в результате чрезмерной температуры, является обязательной для непрерывной и надежной работы. В результате Национальной ассоциацией производителей электрооборудования были установлены допустимые пределы рабочих температур в зависимости от классов (Y, A, E, B, F и H) изоляции обмотки статора [9]. Сообщалось, что современные двигатели производятся в классе допуска F в [10].

Двигатели класса F обычно рассчитаны на работу с максимальной температурой охлаждающей жидкости 40°C и максимальным повышением температуры 100°C, что приводит к потенциальной максимальной температуре обмотки 140°C [11].

Эксплуатация двигателя за пределами его максимального значения не приведет к немедленному отказу, а скорее уменьшит ожидаемый срок службы этого двигателя [12]. Общее эмпирическое правило, применяемое к ухудшению состояния изоляции, состоит в том, что при повышении температуры на каждые 10 °C ожидаемый срок службы уменьшается вдвое, поскольку сопротивление обмотки ( R T ) увеличивается с температурой [9]:где R o  = сопротивление материала при комнатной температуре, α  = коэффициент линейного расширения и t  = температура.

Кроме того, мощность, рассеиваемая в обмотках, представляет собой потери в меди, которые пропорциональны квадрату тока и сопротивления обмотки вытяжка приведет к увеличению потерь в меди на 21% и, следовательно, к увеличению на 21% повышения температуры, что составляет 21°C для двигателя класса F. Это примерно соответствует тому, что жизнь сокращается на четверть от ожидаемой. Это показывает, что чрезмерная температура влияет на срок службы двигателя.

Кроме того, эффективность () мотора не расщепляется как где-либо P 1 = выходная мощность и P

8 2 = выходная мощность (P 1 ) + Power потеря ( P L ).

Комбинированная система управления и защиты была разработана для защиты асинхронного двигателя от этих проблем, чтобы можно было полностью гарантировать его срок службы.

3. Конструкция системы

Конструкция системы состоит из следующих частей: (i) Стартер (ii) Блок питания постоянного тока для цепей управления (iii) Датчик температуры и формирование условий (iv) Датчик перегрузки по току и формирование условий (v) Блок управления вентилятором принудительного охлаждения(vi) Блоки задержки, выключения и индикации

3.1. Стартер

Существуют различные способы запуска асинхронного двигателя. Они варьируются от прямого включения, сопротивления, первичного реактивного сопротивления, автотрансформатора, пуска двигателей с контактными кольцами, пуска по схеме «звезда-треугольник» и т. д. В этой модели использовался асинхронный двигатель мощностью 1,5 кВт. Поскольку номинальная мощность меньше 3,75 кВт [14], был принят метод прямого пуска.

Питание подается на асинхронный двигатель посредством замыкания контактов главного контактора, как показано на рис. 1. Замыкание контактов осуществляется путем подачи питания на катушку контактора (полное напряжение 220 В переменного тока на катушку).


Для эффективного управления двигателем, с учетом представленного рисунка 1, использовалась схема линии управления, показанная на рисунке 2.


Чтобы катушка была под напряжением, необходимо сформировать полную цепь, нажав нормально разомкнутую кнопку пуска и соединив нормально замкнутую кнопку останова и нормально замкнутые контакты реле автоматического останова. При отпускании кнопки пуска цепь поддерживается прижимным контактом главного подрядчика.

Однако его можно размагнитить, нажав кнопку останова, чтобы разорвать цепь, или разомкнув контакт реле автоматического останова.Это также разомкнет удерживающий контакт.

3.2. Блок питания постоянного тока

Блок питания состоит из понижающего трансформатора, кремниевых выпрямителей, электролитического емкостного фильтра, трехвыводных интегральных стабилизаторов и индикатора включения. Компоненты были выбраны таким образом, чтобы выходное напряжение давало a  + 12 В, 0 В и −12 В. Принципиальная схема блока питания показана на рисунке 3.


3.3. Блок измерения и кондиционирования температуры

В качестве датчика температуры использовался термистор с отрицательным температурным коэффициентом ( NTC ), сопротивление которого уменьшается с повышением температуры.Для используемого термистора была получена зависимость термостойкость от 0 до 250°C. Причина этого в том, что это помогает дать представление о постоянном резисторе ( R ), который должен быть соединен с ним последовательно для формирования сети с разделением напряжения, как показано на рисунке 4. Напряжение ( В а ) в точке подключения согласно уравнению (4) изменяется в зависимости от изменения температуры: где R T — сопротивление термистора.


Для дополнительной обработки сигнала ( В a ) использовался инструментальный усилитель, в котором напряжение ( В a ) подавалось на один вход и 8 опорное напряжение (8 В 9082) b ) устанавливается переменным резистором, подаваемым на другой вход.

Инструментальный усилитель является дифференциальным усилителем и имеет выходное напряжение, которое представляет собой разницу между В и и эталоном, умноженную на коэффициент усиления, указанный в выражении, где « м » — это резистор регулировки усиления [9].

Принципиальная схема датчика температуры и кондиционирования показана на рисунке 4.

3.4. Блок измерения и формирования перегрузки по току

Небольшие трансформаторы тока были подключены к кабелю, подающему ток к двигателю (по одному на фазу). Трансформатор тока необходим, потому что ток, протекающий в нагрузку, слишком велик, чтобы его можно было использовать непосредственно с блоком управления. Таким образом, трансформатор тока выполняет двойную функцию: понижает ток и изолирует.

Выход трансформатора тока пропорционален току, протекающему в нагрузку (асинхронный двигатель) и подключен к переменному резистору, используемому в качестве аттенюаторов через выпрямительные диоды. Сигнал представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, амплитуда которого пропорциональна току, потребляемому нагрузкой.

Пик ослабленных значений пульсирующего напряжения постоянного тока сравнивают с предустановленным опорным напряжением на множестве V

8 R 4, V

8 R 5, и V

R 6 с использованием операционных усилителей IC 7 a , IC 7 b , и IC 7 c в качестве компараторов.

Выходы операционных усилителей были подключены с помощью диодов, образующих вентиль ИЛИ. Конфигурация схемы показана на рисунке 5.


3.5. Блок управления вентилятором принудительного охлаждения

Блок вентилятора принудительного охлаждения использовался для управления скоростью вентилятора, который представляет собой небольшой двигатель переменного тока, пропорциональный температуре асинхронного двигателя. Вентилятор питался от симистора (BT136). Затвор триака запускался через (IC2) оптопару диак-светодиод (MOC3010) [10].Светодиодная секция питалась от управляемого напряжением генератора (ГУН), выполненного на монолитной 555-таймерной интегральной схеме, включенной в неустойчивом режиме (автономный генератор) с частотой ( f ), заданной в [15] как

На клемму управляющего напряжения таймера 555 подается переменное напряжение от приборного усилителя. Таким образом, когда температура двигателя начинает расти, скорость вентилятора принудительного охлаждения увеличивается. На рис. 6 показана принципиальная схема этого блока.


3.6. Блоки задержки, индикатора и автоматического отключения

Выход блока измерения температуры подключен к компаратору, сконфигурированному с помощью IC1d. Выходное напряжение сравнивается с эталонным напряжением, установленным V R3 . Если температура двигателя превышает установленное значение, выход компаратора становится высоким.

Выходы обоих датчиков подключены к сети задержки, образованной R 18 и C 6 через диоды D 13 и 518868 D 90.861 90.868 90.868

Схема задержки необходима для обеспечения периода пуска, когда протекает высокий пусковой ток.

Напряжение на конденсаторе задержки ( C 6 ) снова сравнивается с фиксированным опорным напряжением, установленным V R7

Мы используем компаратор, сконфигурированный из IC 7d , выход которого становится высоким, когда выход становится высоким, когда напряжение конденсатора превышает опорное напряжение.

Механизм автоотключения представляет собой нормально замкнутый контакт реле, который размыкается при обнаружении неисправности.Любое из двух условий отказа (перегрузка по току или перегрев) может привести к ее срабатыванию. Поэтому, чтобы оператор знал, что привело к отключению, был встроен и сконфигурирован бистабильный мультивибратор с использованием интегральной схемы таймера 555.

Срабатывание мультивибратора обусловлено как выходом детектора неисправности, так и выходом задержки. В качестве вентиля использовался триггер Шмитта И-НЕ с двумя входами (4093).

Выходы бистабильных мультивибраторов соединены по схеме «ИЛИ» с использованием диодов D 17 и D 18 для смещения транзистора ( Q 1) для переключения реле на размыкание нормально замкнутого контакта на выключите двигатель автоматически.Принципиальная схема этого раздела показана на рис. 7, а на рис. 8 показана полная принципиальная схема системы.



Расположение блока управления, вентилятора принудительного охлаждения и защищенного асинхронного двигателя показано на рис. 9.


доступные электронные дискретные и интегральные схемы, которые можно приобрести в обычных магазинах электроники, использовались в дополнение к другим местным материалам.Недорогие электронные дискретные и интегральные компоненты, используемые при реализации системы, включают диоды, операционные усилители, таймер 555, конденсаторы, транзисторы, резисторы, трансформаторы тока, терморезистор и другие, уже упомянутые в разделе 3. Система была собрана и протестированы, как показано на рисунках 10 и 11 соответственно.



Для проверки работоспособности системы двигатель, используемый для испытаний, нагружали в три этапа. На первом этапе он был загружен на 50% от полной нагрузки и работал в течение шести часов, при которых не срабатывал ни вентилятор, ни защита от перегрузки.На втором этапе двигатель был загружен на 100%, при этом внешний вентилятор охлаждения включался через тридцать восемь минут, когда температура достигала 920°C, и оставался включенным в течение двух часов без срабатывания защиты от перегрузки. Наконец, двигатель был нагружен выше полной нагрузки, в случае чего перегрузка сработала через сорок три секунды. Результаты показывают, что система может надлежащим образом защитить асинхронные двигатели от перегрузки по току и перегрева. Внешний вентилятор принудительного охлаждения помог удержать температуру двигателя ниже нормальной рабочей температуры, тем самым предотвратив пробой изоляции медных проводников, используемых для обмоток.

4.1. Влияние на стоимость

Прототип, используемый для трехфазного асинхронного двигателя мощностью 1,5 кВт, по состоянию на июнь 2020 года стоит N6 780 : 00, что вполне доступно малым и средним промышленникам и предпринимателям.

5. Заключение

Спроектирована, разработана и изготовлена ​​система защиты и управления асинхронным двигателем. Он оказался эффективным, надежным, долговечным и прочным. Эта система является стимулом для нигерийских промышленников, поскольку она уменьшит количество случаев возгорания асинхронных двигателей и, как следствие, простоев и затрат.Система дешева и проста в ремонте и обслуживании, поскольку запасные части и компоненты доступны на месте.

Доступность данных

Данные доступны в рукописи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Трехфазные асинхронные двигатели | Специальные конструкции

Трехфазные асинхронные двигатели: Трехфазные асинхронные двигатели

бывают двух типов: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором.В беличьей клетке ротор состоит из продольных стержней-проводников, закороченных круглыми соединителями на двух концах, в то время как в двигателе с фазным ротором ротор также имеет сбалансированную трехфазную распределенную обмотку, имеющую те же полюса, что и обмотка статора. Однако в обоих статор имеет трехфазную сбалансированную распределенную обмотку.

Анализ и производительность:

Эквивалентная схема пофазного трехфазного асинхронного двигателя показана на рис. 6.1 (а). R’ r  и X’ r представляют собой относительные значения сопротивления ротора R r и реактивного сопротивления ротора X r .Скольжение определяется

, где ω м  и ω мс  – роторная и синхронная скорости соответственно. Далее

, где f и p — частота сети и число полюсов соответственно.

Поскольку падение импеданса статора обычно незначительно по сравнению с напряжением на клеммах V, эквивалентная схема может быть упрощена до схемы, показанной на рис. 6.1(b).

Также из уравнения. (6.1)

Из рис.6.1(б),

Мощность, передаваемая ротору (или мощность воздушного зазора)

Потери меди в роторе

Преобразование электрической энергии в механическую

Крутящий момент, развиваемый двигателем

Подставляя из уравнений. (6.3) и (6.7) дают

Подставляя из уравнения. (6.4) дает

Сравнение уравнений. (6.5) и (6.9) предполагает, что

Выходной крутящий момент двигателя на валу получают путем вычитания из развиваемого крутящего момента момента силы трения и потерь в сердечнике.

Развиваемый крутящий момент является функцией только скольжения (уравнение (6.10)). Дифференцирование T в (6.10) по s и приравнивание к нулю дает скольжение для максимального крутящего момента

Подставляя из уравнения. (6.12) в (6.10) дает выражение для максимального крутящего момента

Максимальный крутящий момент также известен как пробивной крутящий момент. Хотя оно не зависит от сопротивления ротора, S m прямо пропорционально сопротивлению ротора.

Природа характеристик скорость-момент и скорость-ротор-ток показаны на рис.6.2. И ток ротора, и крутящий момент равны нулю при синхронной скорости. С уменьшением скорости оба увеличиваются. В то время как крутящий момент уменьшается после достижения пробивного значения, ток ротора продолжает увеличиваться, достигая максимального значения при нулевой скорости. Падение скорости от холостого хода до полной нагрузки зависит от сопротивления ротора. Когда сопротивление ротора низкое, падение довольно мало, и поэтому двигатель работает практически с постоянной скоростью. Опрокидывающий крутящий момент является мерой способности двигателя к кратковременной перегрузке по крутящему моменту.

Двигатель вращается в направлении вращающегося поля. Направление вращающегося поля и, следовательно, скорость двигателя можно изменить, изменив последовательность фаз. Последовательность фаз можно изменить, поменяв местами любые две клеммы двигателя.

Иногда крутящий момент выражается через s m  и T max , что не только облегчает расчеты, но и позволяет быстро оценить характер скоростно-моментных характеристик. Уравнение деления (6.10) на (6.13), а затем подставив из (6.12) дает

Природа характеристик скорость-момент (рис. 6.2) теперь может быть легко объяснена из уравнения. (6.14).

Для подвижек, намного меньших, чем s м , преобладает второй член знаменателя. Таким образом, отношение скорости к крутящему моменту от 0 до номинального момента приблизительно изображается прямой линией. Для скольжений, значительно превышающих s m , преобладает первый член знаменателя, и соотношение скорости и момента принимает гиперболическую форму в этой области.

Во всей области двигательной эксплуатации член (R s s m /R′ r ) мал по сравнению с 1 и преобладает член в знаменателе. Следовательно, его можно исключить из уравнения (6.14). Таким образом,

Асинхронные двигатели специальной конструкции:

Асинхронный двигатель общего назначения предназначен для работы с малым скольжением при полной нагрузке для обеспечения хороших рабочих характеристик. В зависимости от номинала проскальзывание при полной нагрузке варьируется от 2 до 7%.Такой двигатель имеет высокий пусковой ток (в 5-8 раз) и низкий пусковой момент (от момента полной нагрузки до удвоенного момента нагрузки Билла). Для некоторых приложений требуется, чтобы двигатель был спроектирован по-другому. Некоторые из них:

Асинхронные двигатели с высоким скольжением:

Для приложений с прерывистой нагрузкой, включающих частые пуски и остановы и/или работу на низких скоростях в течение длительного времени, асинхронные двигатели рассчитаны на высокое сопротивление ротора. Такие двигатели имеют низкий пусковой ток и высокий пусковой момент, но низкий КПД при полной нагрузке из-за высоких потерь в меди ротора.Поскольку эти двигатели работают с большим скольжением (от 10 до 40% при полной нагрузке), их называют двигателями с высоким скольжением. Двигатели с высоким скольжением также подходят для приводов вентиляторов, где скорость регулируется регулированием напряжения статора, и встречаются как с короткозамкнутым ротором, так и с фазным ротором. Характер скоростных характеристик таких двигателей показан на рис. 6.3 (в).

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором хорошие пусковые характеристики (низкий пусковой ток и высокий пусковой крутящий момент) достигаются без заметного влияния на характеристики при полной нагрузке за счет использования двигателей с ротором с глубоким стержнем или ротором с двойной клеткой.

Частота ротора изменяется от 50 Гц до 1-3 Гц при изменении скорости от состояния покоя до полной нагрузки: В этих двигателях используется изменение частоты вращения ротора для изменения сопротивления ротора от большого значения в состоянии покоя до очень малого значения на полной скорости. Таким образом, в то время как пусковые и низкоскоростные характеристики улучшаются, производительность при полной нагрузке заметно не ухудшается.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и короткозамкнутым ротором:

Статор машины идентичен асинхронному двигателю общего назначения.Ротор имеет глубокие и узкие токопроводящие стержни, как показано на рис. 6.3 (а).

Потоки рассеяния щелей, создаваемые током в барах, также показаны на рисунке. Можно представить, что стержень состоит из ряда узких слоев, соединенных параллельно. Сравним поведение верхнего и нижнего слоев. С нижним слоем связано больше потоков рассеяния, чем с верхним. Следовательно, нижний слой имеет гораздо более высокую индуктивность рассеяния, чем верхний слой. Поскольку частота ротора высока на низких скоростях, реактивное сопротивление и импеданс нижнего слоя намного выше, чем верхнего слоя.Следовательно, при низких скоростях наибольшее количество тока переносится самым верхним слоем, а самое низкое — самым нижним. Из-за неравномерного распределения тока по поперечному сечению стержня эффективное сопротивление ротора высокое, а пусковые и низкоскоростные характеристики улучшаются. На скорости, близкой к полной нагрузке, частота тока ротора и реактивное сопротивление рассеяния низкие. Следовательно, ток равномерно распределяется по поперечному сечению стержня, а эффективное сопротивление ротора имеет низкое значение. Таким образом, производительность при полной нагрузке существенно не пострадает.Характер кривой скорости двигателя показан на рис. 6.3 (c).

Асинхронный двигатель с двойным короткозамкнутым ротором: Ротор

состоит из двух слоев токопроводящих стержней в каждом пазу (рис. 6.3(b)), замкнутых накоротко концевыми кольцами. Верхняя планка имеет меньшее поперечное сечение, чем нижняя. Следовательно, он имеет более высокое сопротивление. Нижняя полоса связана с большим потоком рассеяния, чем верхняя полоса, и, следовательно, имеет более высокую индуктивность. На низких скоростях, при которых частота ротора высока, нижний стержень имеет более высокое сопротивление.Следовательно, через верхний стержень протекает больший ток. Благодаря высокому сопротивлению верхней планки достигаются хорошие пусковые характеристики. На высоких скоростях, при которых частота ротора мала, нижний стержень имеет гораздо меньшее сопротивление, чем верхний. Следовательно, ток ротора проходит в основном через нижний стержень, и характеристики при полной нагрузке остаются хорошими, поскольку он имеет низкое сопротивление. Характер скоростно-моментных характеристик показан на рис. 6.3(с).

Моментный двигатель: Двигатели

, предназначенные для длительной работы в условиях остановки или низкой скорости, известны как моментные двигатели .Они предназначены для создания желаемого крутящего момента с низким током на низких скоростях. Их скоростно-моментные характеристики имеют отрицательный наклон, что обеспечивает стабильную работу с большинством нагрузок на низких скоростях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.