Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Подключение асинхронного двигателя через контактор

Подключение асинхронного двигателя через контактор

Асинхронный двигатель благодаря своей дешевизне и простоте занял прочное место там, где применяется трехфазное напряжение – в промышленном оборудовании. В данной статье рассмотрим схемы на контакторах, которые являются классическими, и служат для подачи питания на двигатель.

Несмотря на то, что сейчас всё шире внедряются электронные способы включения двигателя (устройства плавного пуска, твердотельные пускатели, преобразователи частоты), схема включения двигателя через контактор используется в более чем 75% случаев. И дело не только в дешевизне. В большинстве случаев это обусловлено конкретным применением двигателя – зачем усложнять схему, вводить при проектировании оборудования управление и настройки преобразователя частоты, когда достаточно установить контактор. А при грамотном выборе и подключении контактор прослужит много лет, ничуть не уступая преобразователям частоты по надежности.

Кроме дешевизны, у контактора есть ещё один плюс – он неприхотлив к условиям работы, когда приходится работать во влажных и пыльных условиях, и при высоких температурах (от 35 до 75 °С). В отличии от контактора, для преобразователя частоты обязательное условие – принудительное охлаждение для обеспечения температурного режима (вплоть до установки кондиционеров в электрошкафы), и отсутствие пыли и влаги в воздухе.

Ограничимся рассмотрением подачи трехфазного напряжения на три клеммы двигателя. При этом не будем учитывать тот факт, что напряжение может быть теоретически любым по номиналу и частоте, а включение обмоток двигателя может быть по двум схемам – «звезда» и «треугольник».

Рассматривать будем две части схемы, которые всегда присутствуют – схему управления и силовую часть.

Схема с самоподхватом

Эта схема является классической, и на её основе строится много схем релейной автоматики. В схеме с самоподхватом для пуска двигателя используется кнопка «Пуск» с нормально открытыми контактами, а для остановки – кнопка «Стоп», имеющая нормально закрытые контакты.

Схема в простейшем случае имеет такой вид:

В левой части – схема управления, в правой – силовая часть, питающая двигатель.

На схеме обозначены:

  • «+» и «–» — полюса источника питания, его напряжение может быть любым – линейным, фазным, либо пониженным (110 или 24 В)
  • SB1 – кнопка «Стоп»,
  • SB2 – кнопка «Пуск»,
  • К1 – катушка контактора,
  • К1.1 – контакты самоподхвата контактора К1.

Принцип работы схемы следующий.

Исходное состояние – контактор выключен, поскольку на его катушку К1 напряжение питания не подается. Контакты кнопки SB1 «Стоп»замкнуты, то ток через них не протекает, поскольку контакты SB2 и К1.1 разомкнуты. Для того, чтобы включить контактор, нужно нажать на кнопку «Пуск». Нажатие может быть кратковременным, достаточным для того, чтобы на катушку К1 было подано напряжение, и контакт К1.1 замкнулся. Как только это произойдёт (обычно, доли секунды), кнопка «Пуск» может быть отпущена, а контактор станет на самоподхват – питание на него будет подаваться через контакт К1.1.

В таком состоянии схема может находиться сколь угодно долго – до тех пор, пока не будет разомкнута цепь питания нажатием кнопки «Стоп», либо не будет снято питание.

Работу схемы можно сравнить с работой триггера (элементарного элемента памяти). Кнопка «Пуск» играет роль установочного входа («Set»), а кнопка «Стоп» выполняет роль входа сброса «Reset». Выходом схемы в нашем случае являются силовые контакты К1.2…К1.4, которые замыкаются, и подают питание на двигатель.

Стоит добавить, что контакты К1.1 и К1.2…К1.4 могут быть конструктивно выполнены по-разному, но обязательное условие – они замыкаются одновременно, при подаче питания на катушку контактора К1.

Схема с самоподхватом и реверсом

Рассмотрим более сложную схему. Она включает в себя устройства и особенности, которые применяются при подключении двигателей с возможностью реверса. Схема предоставляет возможность изменения направления вращения двигателя, что часто применяется для различных практических применений – открывание-закрывание различных задвижек, реверс конвейеров, поднятие-опускание различных грузов, и т.п.

Пояснения к схеме.

SQ1, SQ2 – концевые выключатели ограничения хода механизма. Когда механизм достигает своего крайнего положения (конечной точки пути), один либо другой концевой выключатель активируется, и контактор, включающий двигатель в данном направлении, не включится. Кнопки SB1, SB2 – включают соответственно движение вверх или вниз. В этих кнопках, кроме нормально открытого контакта (SB1.1, SB2.1), имеются блокировочные контакты SB2.2, SB1.2, не позволяющие одновременно включить оба контактора вследствие ошибочных действий оператора.

К1.1, К2.1 – выполняют ту же функцию, что и нормально закрытые контакты кнопок. Разница лишь в том, что оба контактора могут включиться одновременно не только из-за нажатия кнопок, но и по электрическим причинам (неисправность схемы), либо заклинивания (в том числе принудительного) одного из контакторов. Кроме того, используется механическая блокировка.

К1.2…К1.4 и К2.2…К2.4 – силовые контакты, через которые питаются обмотки двигателя. Реверс обеспечивается вследствие того, что 1-я и 3-я фазы на верхних клеммах контактора К2 подключены наоборот.

Защита

Во всех схемах, рассмотренных выше, мы не показали в целях упрощения важные элементы силовой части схемы – элементы защиты двигателя. Эти элементы защищают от следующих негативных факторов:

  • Обрыв одной из фаз,
  • Перекос питающих фазных напряжений,
  • Механическая перегрузка или заклинивание двигателя,
  • Короткое либо межвитковое замыкание в обмотках двигателя,
  • Обрыв или замыкание в питающем кабеле.

Любая из этих причин может привести к перегреву двигателя, что в свою очередь может сделать его неисправным. Если же при неисправном двигателе на него будет продолжать поступать напряжение, то это сделает его неремонтопригодным, и даже может привести к пожару.

Читать еще:  Zzr 400 как работает двигатель

В качестве защиты двигателя используются автоматические выключатели с регулировкой тока уставки (мотор-автоматы, или автоматы защиты двигателя) и тепловые реле. Мотор-автоматы защищают от короткого замыкания и перегрузки (которые могут произойти по разным причинам), и в большинстве случаев при правильном выборе и настройке их достаточно для защиты. В начале статьи как раз показан такой случай – три контактора питаются через мотор-автоматы.

В прошлом для защиты двигателей использовались автоматические выключатели, не имеющие регулировки, либо имеющие регулировку в малых пределах. Поэтому обязательным было также использование тепловых реле, которые срабатывают только при тепловой перегрузке и отключают контактор двигателя. В настоящее время тепловые реле практически не применяются.

Короткое замыкание в автомобиле

Короткое замыкание, уже само по себе явление не из приятных, а когда оно касается электропроводки вашего автомобиля, это может стать просто катастрофой. Причины его возникновения как правило заключаются в старости проводки, когда со временем оплётка становится хрупкой и теряет свою эластичность. Изгибы проводки, соприкосновения её с трущимися поверхностями в следствии чего проводящая часть оголяется и соприкасается между собой.

Практически все электрические цепи автомобиля защищены плавкими предохранителями. Которые выполняют функцию слабого места, которое в случае возникновения замыкания перегорает, тем самым прекращая ток на этом участке цепи. Проблема не решится, но добраться до гаража или в ремонтную мастерскую у вас будет возможность.

Разберёмся теперь по подробнее с причинами возникновения короткого замыкания, определим наиболее тонкие и уязвимые места в автомобиле, где возникновение замыкания наиболее вероятней встретить и рассмотрим методику устранения и поиска этих неисправностей.

Короткое замыкание, что это такое и как с этим бороться? Бортовая система электропитания автомобиля питается от аккумуляторной батареи номинальным напряжением 12 вольт. Емкость определяется величиной выраженной в Ач что это означает — если мы подключим к нашему аккумулятору устройство, которое будет потреблять силу тока равную 1А, то до полной разрядки это устройство проработает (Емкость батареи)/(Силу потребляемого тока) = … часов, как правило на легковых автомобилях установлена батарея емкостью 55Ач. Восстановление аккумулятора автомобиля нужно проводить только с учётом накопленных знаний.

Я специально начал статью с небольшой физической предыстории, что бы вы поняли механизм разряда и тот момент, что чем больший ток протекает в проводнике, тем сильнее он нагревается. А от чего зависит величина тока? От сопротивления. Из курса физики I=U/R. Короткое замыкание — это встреча «голого плюса» с «голым минусом» конечно это утрированное название, но смысл именно такой. Любой проводник имеет своё собственное сопротивление, хоть и очень маленькое, но имеет, но оно на столько не значительно по сравнению с сопротивлением даже самой маленькой лампочки в автомобиле, что мы условно считаем сопротивление проводника равным нулю.

К сожалению не все участки цепи электропитания засрахованы. но на это есть свои причины. При установке самостоятельно противоугонных систем и многих других электрических аксесуаров могут возникнуть сложности.

Короткое замыкание, методы его поиска

Рассмотрим случай, когда у вас перегорает предохранитель. Существует несколько видов короткого замыкания, в первом случае у вас предохранитель сгорает моментально, сразу после его установки в блок предохранителей или в течении короткого промежутка, в считанные моменты после установки, но не моментально.Это означает, что в первом случае, проводник по которому идёт «плюс» имеет прямой непосредственный контакт с «массой» корпусом автомобиля, такой вариант немного проще в поиске неисправности. Всегда труднее выявлять причину неисправности, когда она слабая или имеет спонтанный характер, склонность то к появлению, то к исчезновению.

При поиске короткого замыкания, самое главное определить на каком участке цепи происходит замыкание. Рекомендую вам при поиске вооружится контрольной лампочкой, длинным куском провода, книгой или электрической схемой с электрооборудованием вашего автомобиля. Если у вас перегорает предохранитель, значит короткое замыкание расположено на участке цепи от блока предохранителя к тому устройству которое запитывается от этого предохранителя.

Я написал «по возможности», потому что не все потребители электроэнергии легко доступны, а многие расположены в местах, где эту процедуру сможет произвести только специалист или человек уже сталкивавшийся с этим. Например: если вы определите что у вас замыкание в цепи указателей поворотов или аварийной сигнализации автомобиля ВАЗ 2105, нужно будет отсоединить штекерную колодку от выключателя аварийной сигнализации, которая расположена справа на рулевой колонке, если при её отключении и установлении предохранителя, короткое замыкание пропадает, нужно идти дальше по проводке, а реле указателей поворотников и аварийной сигнализации, расположено под приборной панелью, снять которую в одиночку я вам не советую, если у вас такого опыта не было.

Выше я советовал при поиске воспользоваться контрольной лампочкой и куском провода, сейчас поясню зачем. Как мы определили короткое замыкание — это когда проводка или какая то часть устройства, соединяется или имеет контакт с массой автомобиля, делаем цепь соединяя длинный провод с «плюсом» аккумулятора и контрольной лампочкой, впрочем это может быть просто контрольная лампочка с длинной одной частью. При поиске короткого замыкания аккумулятор у вас должен быть отсоединён, но в данном случае, вам нужно будет полностью всё отсоединить от «плюса», а масса «минус» должна быть подсоединена к автомобилю.

Читать еще:  Что сделать чтобы двигатель был экономичным

Подсоединяем второй вывод нашей контрольной лампы к блоку предохранителей, соединяем его с местом, откуда выходит этот самый образовавшийся минус, так как при вставке предохранителя он у нас сразу перегорает, значит на одном выходе образуется минус, а на второй как и положено подходит положительное напряжение. При подсоединении лампочки на этот вывод, она у нас в случае короткого замыкания, сразу ярко загорится, теперь будем по схеме отключать все потребители электроэнергии, которые запитаны на этот предохранитель. И будем наблюдать за поведением лампочки, за тем как она горит, как только мы отсоединим устройство, дающее короткое замыкание, лампочка должна или погаснуть или тускней светить, что будет соответствовать тому, что мы нашли причину короткого замыкания.

Аварийные ситуации в работе асинхронного двигателя и методы защиты

Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго. Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы. Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.

Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:

  • Короткие замыкания. В такой ситуации превышение заданных величин токов в обмотках должно вызвать срабатывание защиты, которая выполнит отключение от сети.
  • Перегрузка, в результате которой температура всего движка увеличивается.
  • Проблемы с напряжением, которое либо уменьшается, либо пропадает.
  • Исчезновение напряжения на одной из фаз.

В схемах защиты используются плавкие предохранители, реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями. Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя. Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.

Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:

  • предназначении привода, в котором работает асинхронный двигатель;
  • электромеханических параметрах привода;
  • условиях окружающей среды;
  • возможности обслуживания персоналом.
  • Главными качествами защиты должна быть простота в эксплуатации и надёжность.

Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах. При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения. Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.

Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).

  • Место установки – перед зажимами движка на ответвлении к нему.
  • Надёжное отключение при коротких замыканиях на его зажимах.

Точки на изображении:

  • К1 – однофазное замыкание на землю в сетях с заземлением нейтрали;
  • К2 – двухфазное замыкание;
  • К3 – трёхфазное короткое замыкание.

Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя. Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению. В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:

  • при напряжении 500 Вольт I=4,5Р;
  • при напряжении 380 Вольт I=6Р;
  • при напряжении 220 Вольт I=10,5Р.

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Читать еще:  Что такое шаговый двигатель в лазерном принтере

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

  • номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
  • Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Понижение напряжения и пропадание фазы

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН.

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Режим короткого замыкания АД

Если теперь ротор оставить неподвижным, а его обмотку замкнуть, то будет иметь место короткое замыкание АД, подобное короткому замыканию трансформатора. Этот режим имеет место в первый момент пуска АД, когда ротор еще не пришел во вращение. Ток ста-тора АД при коротком замыкании составляет (4…7) ?н, поэтому во избежание чрезмерного нагревания и повреждения изоляции обмоток двигатель нельзя длительно оставлять при коротком замыкании под полным напряжением.
Часть картины распределения магнитных полей АД при коротком замыкании показана на рис.1 (б).

Рис. 1 — Распределение магнитных полей заторможенного асинхронного двигателя при коротком замыкании

Основной магнитный поток Фо создается в этом режиме совместным действием МДС статора F1 и ротора F2

т.е. выполняется равенство:

где m1 и m2 – число фаз обмотки статора и ротора соответственно, p –число пар полюсов.

Это равенство можно преобразовать к виду:

Уравнение носит название уравнения равновесия токов и справедливо для любого режима работы АД.

Если величиной тока ?о пренебречь, то будет иметь равенство:

Магнитный поток рассеяния Фрс2 создает в обмотке ротора ЭДС рассеяния Ерс2, величина которой определяется равенством:

где x2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора.

Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки ротора равно:

Уравнения равновесия ЭДС для обмоток статора и ротора имеет вид:

Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе представлена на рис. 2.

Рис. 2 — Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе

Ток ротора ?2 определяется из выражения:

Если в асинхронной машине с заторможенным ротором в цепь обмотки ротора включить сопротивление нагрузки, то ее можно использовать в качестве трансформатора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector