принцип работы, схема подключения к трёхфазной сети 380 вольт
Трёхфазные электродвигатели получили большое распространение как в промышленном использовании, так и в личных целях благодаря тому что они значительно эффективнее двигателей для обычной двухфазной сети.
Принцип действия трёхфазного 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»
Для того чтобы трехфазный двигатель мог развить свою максимальную паспортную мощность используют подключение, которое получило название «треугольник». При этом конец каждой обмотки соединяют с началом последующей, что в действительности образует на принципиальной 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 Δ, а также может указываться мощность, развиваемая при схеме «звезда» и «треугольник».
Трехфазные асинхронные двигатели занимают значительную часть среди потребителей электроэнергии благодаря своим очевидным достоинствам.
Наглядное и простое объяснение принципа работы в видео
что это такое, принцип действия, устройство, технические характеристики, фото и видео
То, что асинхронные двигатели сегодня используются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, необходимо поклониться русскому инженеру М.О. Доливо-Добровольскому. Именно он в 1889 году (а точнее 8 марта) изобрел трехфазный асинхронный двигатель, который преобразовывает электроэнергию в энергию механическую (вращения). Это, по сути, стало прорывом в технике и началом новой эры.
Самое главное, что электрические моторы данного типа оказались очень надежными, их производство достаточно простое, что влияет на небольшую себестоимость изделия. Плюс несложная конструкция, которая легко поддается не только производству, но и ремонту. Если обратиться к статистическим данным, то по ним можно сделать вывод, что асинхронные двигатели являются самыми производимыми в мире. На их счет приходится до 90% выпуска. Так что цифры говорят сами за себя.
Но почему эти приборы названы асинхронными? Все дело в том, что частота вращения магнитного поля статора всегда больше вращения ротора. Кстати, у электродвигателей этого типа принцип работы основан именно на вращении магнитного поля.
Принцип работы двигателя
Чтобы понять, как работают электродвигатели асинхронные трехфазные, необходимо провести один несложный эксперимент. Для этого вам понадобиться обычный магнит подковообразного типа и медный стержень. При этом магнит надо хорошо закрепить к рукоятке, с помощью которой его можно крутить на одном месте вокруг своей оси. Медный стержень закрепляется в подшипниках и устанавливается в пространство между концами (полюсами) магнита-подковы. То есть, стержень оказывается как бы внутри магнита, а, точнее сказать, внутри его плоскости вращении.
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателяТеперь надо просто вращать магнитное устройство за ручку. Лучше по часовой стрелке. Так как между полюсами есть магнитное поле, то оно также будет вращаться. При этом поле будет пересекать или рассекать своими силовыми линиями медный стержень-цилиндр. И тут включается закон электромагнитной индукции. То есть, внутри медного стержня начнут возникать вихревые токи. Они, в свою очередь, начнут образовывать свое собственное магнитное поле, которое будет взаимодействовать с основным магнитным полем.
При этом стержень начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит. И вот тут возникает один момент, который также лежит в принципе работы электродвигателя. О нем было уже упомянуто. Если скорость вращения стержня будет такое же, как у магнита, то их силовые линии пересекаться не будут. То есть, вращения не будет в виду отсутствия вихревых токов.
И еще пару нюансов:
- Магнитное поле вращается с той же скоростью, что и сам магнит, поэтому скорость называют синхронной.
- А вот стержень вращается с меньшей скоростью, поэтому ее и называют асинхронной. Отсюда, в принципе, название и самого электрического мотора.
Внимание! Разница скоростей вращения магнитных полей не очень большая. Эту величину называют скольжением.
Кстати, определить величину скольжения несложно, для этого необходимо воспользоваться формулой:
S=n-n1/n, где
- S – это величина скольжения;
- n – скорость вращения магнита;
- n1 – скорость вращения ротора.
Устройство двигателя
Конечно, показанное выше устройство назвать электродвигателем никак нельзя, потому что для примера был использован магнит, которого в моторе просто нет. Поэтому необходимо создать такую конструкцию, в которой электрический ток создавал бы это самое магнитное поле. К тому же оно должно еще и вращаться. Русскому ученому это оказалось под силу с помощью трехфазного переменного тока.
Поэтому в конструкции трехфазного асинхронного двигателя установлены три обмотки, расположенные относительно друг друга под углом в 120º. Каждая обмотка подсоединена к фазному контуру трехфазной сети переменного тока. Обмотки закрепляются к статору, который собой представляет металлический сердечник в виде полого корпуса. Они же закрепляются к полюсам сердечника.
Внимание! У каждой обмотки два свободных конца. Один соединяется с фазой сети, второй с двумя другими концами двух других обмоток, то есть, в единый контур.
Внутри полого сердечника на подшипниках закрепляется ротор. По сути, это тот же стержень-цилиндр. Ниже показана схема подключения обмоток и расположение ротора.
Как только электрический ток начинает подаваться на обмотки, образуется вращающееся магнитное поле, которое воздействует на ротор, заставляя его вращаться тоже.
Как работает
Чтобы понять принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, необходимо рассмотреть график его работы. Чтобы облегчить данную задачу, предлагаем рассмотреть схему, расположенную ниже.
- Итак, позиция «А». В ней на первом полюсе фаза равна нулю, второй полюс является северным, то есть, отрицательным, в третьей фазе положительный заряд. Поэтому ток движется по стрелкам, указанным на рисунке. Тот, кто забыл школьную программу физики, напоминаем, что движение магнитного поля действует по правилу правой руки. Значит, вращение его будет направлено от севера к югу, то есть, от второй катушки (обмотки) к третьей.
- Позиция «Б». Теперь ноль расположен на второй обмотке, на первой юг (плюс), на третьей север (минус). То есть, магнитный поток будет теперь направлен от катушки №3 на катушку №1. Получается так, что полюсы сместились на 120º.
- В позициях «В» и «Г» произошли точно такие же сдвиги полюсов на 120º.
Смена полярности создает вращение магнитного потока, который в свою очередь увлекает за собой ротор. Последний начинает вращаться. Как было сказано выше, из энергии электрической получается энергия вращения (механическая).
Внимание! Если поменять местами вторую и третью обмотку, то вращение электродвигателя начнется в противоположную сторону. Конечно, сами обмотки не переставляются, а просто производится смена подключения к разным фазам сети.
Нами была рассмотрена конструкция электродвигателя асинхронного трехфазного с тремя обмотками на статоре, в котором используется двухполюсная схема магнитного поля. Число его оборотов вращения равна числу колебаний электрического тока в минуту. Если в сети переменного тока число колебания в секунду равно 50 Гц, то за минуту это значение станет 3000 (об/мин).
Но в статор можно заложить не три обмотки. К примеру, можно установить шесть или десять. При этом магнитное поле станет четырехполюсным и шестиполюсным соответственно. При этом измениться и скорость вращения ротора. В первом случае она будет равна: (50X60)/2=1500 об/мин. Во втором: (50X60)/3=1000 об/мин.
Выше нами уже упоминалось, что существует определенное отставание вращения ротора от вращения магнитного поля. Правда, это значение незначительно. К примеру, в холостом режиме работы данный показатель будет всего лишь 3%, при действующих нагрузках 5-7%. Даже 7% – значение небольшое, что и является одним из достоинств асинхронного двигателя.
Как использовать
К сожалению, не во всех частных домах есть трехфазное напряжение. Поэтому подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети производится через конденсаторы определенной емкости. Обычно расчет ведется в соответствии: на 1 кВт мощности 70 мкФ емкости. Но есть в этом деле еще одна проблема – невозможность регулировать скорость вращения ротора. Поэтому специалисты рекомендуют подключить к мотору регулятор частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей.
Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети- Во-первых, установив его, отпадает необходимость устанавливать конденсаторы.
- Во-вторых, с помощью данного устройства выравнивается мощность электродвигателя до номинальной.
- В-третьих, можно регулировать частоту вращения, а также повышать ее больше номинала.
- В-четвертых, можно регулировать пусковой момент.
Эти устройства сегодня продаются в специализированных магазинах, но нет проблем их сделать и своими руками.
Ротор
По конструкции ротора электродвигатели асинхронные делятся на две группы:
- С фазным ротором.
- Короткозамкнутым.
Первый вариант – это двигатели с большой мощностью, которым необходим большой пусковой момент. В конструкции их ротора установлены контактные кольца. Второй вариант – это конструкция, в пазы которой заложены медные стержни. Это типичные электродвигатели, простые и дешевые. Но у них есть пара недостатков: большой пусковой ток и слабое усилие при начале вращения.
Технические характеристики
На что обычно надо обратить внимание, выбирая электродвигатели? Технических характеристик, в принципе, немного. Это мощность, измеряемая в кВт, скорость вращения ротора в об/мин. Все остальные технические характеристики не столь важны именно для выбора. Хотя, к примеру, масса изделия может помочь рассчитать нагрузку на подставку или монтажную раму.
Заключение по теме
Итак, были рассмотрены асинхронные электродвигатели – электрическое оборудование, которое нередко используется в частных домах для бытовых нужд. Устройство и принцип работы мотора вам теперь понятно, а вот как правильно подключить двигатель к однофазной сети, читайте в другой статье.
Трехфазный асинхронный двигатель: особенности, принцип действия, подключение
Электрические двигатели — устройства, преобразовывающие электроэнергию, получаемую из распределительных сетей, в механическую энергию вращения. В состав любого двигателя входят следующие элементы: корпус для защиты от попадания пыли и влаги, неподвижная часть (статор), жестко прикрепленная к корпусу, неподвижные обмотки и магнитопроводы, часть, которая вращается (ротор). Ротор насаживается на вал, вращаемый в двух подшипниковых узлах. Конец выходит наружу, имеет канавку, где закрепляются шкивы или шестерные привода.
Узлы подшипников располагаются в пределах двух съемных крышек, закрывающих корпус с торцов, стягиваются между собой с помощью длинных шпилек (трех-четырех). В задней части вала размещена крыльчатка вентилятора, который обдувает и охлаждает обмотки.
Конструкция таких устройств отличается удобством обслуживания и проведения ремонта — их легко разобрать и собрать.
Асинхронные двигатели бывают однофазными и трехфазными. Первые применяются преимущественно до мощности 2,2 кВт. Ограничение действует из-за большого пускового и рабочего тока. Принцип действия одинаковый, но у однофазных более низкий пусковой момент.
Работа трехфазных электродвигателей
Самое главное достоинство трехфазной системы электроснабжения состоит в том, что создается электрическое поле, имеющее способность вращаться. Если на неподвижном статоре располагаются три обмотки с магнитомягкими (материалы, способны с легкостью перемагничиваться) сердечниками, а в дальнейшем происходит подача напряжения последовательно от каждой из фаз, то сердечники постепенно намагничиваются от поступающего тока и создают магнитное поле, перемещающееся в пределах окружности.
Асинхронный трехфазный электродвигатель применяется в разных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве.
Скорость вращения магнитного поля в статоре можно легко снизить, используя чисто конструктивные методы, к примеру, увеличив число обмоток на окружности вдвое (из трех до шести).
Асинхронные двигатели
Изобретатель М. О. Доливо-Добровольский придумал, как можно усовершенствовать двигатель избавившись от коллекторов, имеющих ряд недостатков. Так, он предложил обмотку ротора выполнять в виде короткозамкнутых витков, ток в которых будет заводить переменное магнитное поле статора. Внешне такое решение представляет собой два кольца, соединенных между собой поперечными проводниками, — «бельчье колесо». Такой устройство еще называется двигателем с короткозамкнутым ротором.
Принцип действия примерно следующий: при запуске переменное поле статора возбудит в проводниках сильный ток, что приведет к намагничиванию сердечника ротора, он будет притянут статорными магнитами и начнет вращение. Чтобы ток стабильно появлялся в замкнутых витках, необходимы постоянные колебания магнитного поля, поэтому ротор вращается медленнее магнитного поля. Именно от такого «запаздывания» двигатели начали называть асинхронными, а разница вращений — скольжение.
Скольжение является переменной величиной. При запуске оно достигает максимальных значений, постепенно уменьшаясь и достигая минимальных значений на холостом ходу (примерно 3%). Если есть нагрузка на вал, скольжение пропорционально увеличивается и возрастает вместе с нагрузками (около 7%).
Особенности трехфазных асинхронных двигателей
Конструкция этого типа оказалась настолько удачной, что большинство электроприводов всего мира производятся на базе трехфазных асинхронных устройств, имеющих короткозамкнутый ротор. Они имеют ряд преимуществ, в частности, обладают:
Исключительной простотой, надежностью и долговечностью;- Удобством обслуживания и ремонта;
- Возможностью изменять направление вращения ротора. Для это нужно всего лишь переключить два любые фазные провода;
- Возможностью работы в качестве генератора: при применении электромагнитного торможения мотор начнет отдавать энергию в сеть.
Исключительной простотой, надежностью и долговечностью;Простота переключения фазных проводов может быть как преимуществом, так и недостатком. Производя замену силового кабеля, нужно особое внимание уделять оборудованию, запомнить, как оно ранее было подключено. Делая монтаж, следует обязательно перепроверить на запасном двигателе фазировку проводов, ведь оборудование может запросто выйти из строя, если сделана неверная фазировка.
Слабые стороны асинхронного трехфазного двигателя:
- Значительный пусковой ток, превышающий номинальный примерно в 5 раз. Это значит, что нужно устанавливать защитные автоматы двигателей только класса D.
- Малый момент на валу при запуске. При значительной инерции понадобится двигатель большей мощности.
Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором, функции времени.
Для уменьшения пускового тока и увеличения пускового момента — в цепь ротора включают токоограничивающий резистор R, ступени которого включены в цепь не только вовремя пуска, и торможении, а также при реверсе электродвигателя с фазным ротором.
Двигатель будет разгоняться по искусственной характеристики с большим пусковым моментом и меньшим пусковым током. По мере разгона ступени резистора будут шунтироваться до полного вывода из цепи (обмотка ротора закорочена), а следовательно электродвигатель перейдёт на свою естественную характеристику. Пуск окончен.
Схема пуска двигателя с фазным ротором, функции тока.
Схема подключения двигателя с фазным ротором, функции времени.
Рисунок 1 — Схема пуска двигателя с фазным ротором.Схема подключения двигателя фазным ротором представлена на рисунке 1. В данной схеме используется управление функции времени и двухступенчатый пусковой резистор.
Включением автоматического выключателя QF напряжение подается на управляющую и силовую цепь. Это приводит к срабатыванию реле времени КТ1, КТ2 которые размыкают свои контакты. Нажатием кнопки SB1 “Пуск” подключается магнитный пускатель КМ3, который:
размыкает контакты:
- КМ3.3 — снимает напряжения с реле времени КТ1, которое, после окончания выдержки времени, размыкает свои контакты КТ1.
замыкает контакты:
По истечении времени выдержки, КТ1 срабатывает и замыкает свои контакты – по катушке КМ1 протекает ток, пускатель срабатывает и шунтирует первую ступень пускового резистора R. Одновременно своими нормально замкнутыми контактами КМ1.1 обесточивает реле времени КТ2. До окончания выдержки времени КТ2 двигатель разгоняется только со второй ступенью сопротивления. После окончания выдержки резистор полностью шунтируется и двигатель переходит на свою естественную механическую характеристику. Пуск окончен.
Загрузка …