Несколько способов управления однофазным асинхронным двигателем

Несколько способов управления однофазным асинхронным двигателем

Достоинства и недостатки различных способов управления асинхронными двигателями. Выводы, сделанные по опыту практического применения.

В настоящее время получили большое распространение асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Это вызвано тем, что такие машины не имеют щеточного узла, их ротор сделан из алюминия и технологически очень прост, а значит, сама конструкция получается очень надежной. Рассмотрим несколько способов управления однофазным асинхронным электродвигателем.

Конденсаторный однофазный электродвигатель

Наиболее распространенным типом асинхронного однофазного электродвигателя является двигатель с двумя статорными обмотками. Первая и вторая обмотки идентичны по количеству витков, но последовательно с одной из обмоток включают конденсатор. Конденсатор обеспечивает сдвиг фаз между обмотками для образования вращающегося магнитного поля для ротора.

Частотный способ управления

Основным способом управления таким двигателем, применяемым в настоящее время, является частотный способ. Этот способ реализуется с помощью специальных приборов, называемых ШИМ инверторами. Эти инверторы, в свою очередь, бывают однофазными и трехфазными, что определяется количеством пар силовых выходов для управления обмотками двигателя. Для управления однофазным двигателем может быть применен как однофазный, так и трехфазный инвертор. Пример самодельной конструкции — частотный преобразователь своими руками.

Управление однофазным ШИМ инвертором

При таком управлении обе обмотки двигателя включены параллельно. Два выхода инвертора подключаются к точкам соединения обмоток. Инвертор формирует напряжение с варируемой частотой и с линейной зависимостью напряжение к частоте. Регулировать частоту можно как вниз, так и вверх. Диапазон регулировки обычно не превышает 1:10, т.к. емкость конденсатора в одной из обмоток напрямую зависит от частоты.

Достоинства

Основные достоинства этого метода – это простота ввода в эксплуатацию, не требующая переделки конструкции двигателя; надежная работа, т.к. частотный преобразователь специально разработан для управления такими типами двигателей; хорошие характеристики (ПИД-регулятор, предустановленные скорости, низкий пусковой ток, защитные функции и т.д.)

Недостатки

К недостаткам относятся: только однонаправленное вращение; более высокая стоимость и дефицит однофазных преобразователей по сравнению с трехфазными, по причине их малого выпуска.

Управление трехфазным ШИМ инвертором

В данном случае обмотки двигателя включают последовательно. Выходы трехфазного преобразователя подключают к средней точке и к концам обмоток электродвигателя. Конденсатор при этом из схемы исключают (требуется некоторая переделка двигателя) Так как обмотки двигателя сдвинуты на 90 градусов, а инвертор дает сдвиг фаз на 120 градусов, то поле не будет идеально круговым и это отрицательно скажется на параметрах регулирования.

Поле будет пульсирующим. Так как порядок коммутации выводов инвертора можно менять программным путем, то легко добиться изменения чередования напряжений на обмотках, следовательно, менять направление вращения ротора двигателя.

Достоинства

К достоинствам следует отнести: доступность на рынке и сравнительно низкую цену; возможность реверсивной работы обычного нереверсивного двигателя; более широкий, чем у однофазного преобразователя диапазон регулировки; возможности программируемых функций как у однофазного инвертора или даже шире за счет большего количества коммутируемых выходов.

Недостатки

Недостатки это: пониженный и пульсирующий момент однофазного двигателя; повышенный его нагрев; не все стандартные преобразователи готовы для такой работы, т.к. некоторые производители прямо запрещают использовать свои изделия в таком режиме.

Фазовое управление с помощью симисторного регулятора (диммера)

Этот метод самый «древний», он обусловлен отсутствием до недавнего времени в широкой продаже частотных регуляторов и их относительно высокой ценой. При таком управлении обмотки двигателя остаются включенными параллельно. Одна из обмоток включена последовательно с фазосдвигающим конденсатором. К точкам параллельного соединения обмоток подключается симисторный регулятор.

На выходе этого регулятора формируется однофазное напряжение с постоянной частотой (50 Гц) и регулируемым среднеквадратическим значением. Это происходит за счет регулирования напряжения открывания симистора, т.е. изменяется время открытого состояния симистора за период следования сетевого напряжения.

Момент на валу двигателя, при таком регулировании, будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение будет неизменным.

Достоинства

Основные достоинства: исключительная простота устройства управления; возможность собрать и починить такое устройство любым радиолюбителем; на порядок или даже несколько порядков более низкая цена по сравнению с частотными приводами.

Недостатки

Основные недостатки это: регулирование оборотов только на понижение; диапазон регулирования с помощью диммера только 2:1; стабильность скорости только удовлетворительная; допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости; перегрев двигателя на низких скоростях, т.к. не хватает производительности встроенного вентилятора двигателя; необходимость завышения мощности двигателя.

Выводы

Исходя из всего вышеперечисленного, необходимо настоятельно рекомендовать применение частотных приводов для управления асинхронными двигателями. Такие приводы (ШИМ инверторы) кроме несомненных удобств по управлению, позволяют получить высокий КПД установок и добиться роста коэффициента мощности (cos фи) до 0.98, т.е. реализовать программу энергосбережения.

Схема управления асинхронными трехфазными двигателями

Любой домашний мастер, необязательно хороший электрик, в своем арсенале имеет много универсальных станков и инструментов, использует электрические приборы, работающие от асинхронных двигателей, которыми можно пользоваться на расстоянии в автоматическом режиме.

Местное управление трехфазным двигателем
Рассмотрим на примере 3-х фазной системы алгоритм управления электродвигателем, по которому работает электрическая схема.

От электрического распред щитка мастерской, оборудованного вводными автоматами и рубильниками, посредством силового трехжильного кабеля подводится напряжение на силовые контакты ПМ 13 магнитного пускателя через подключенные токовые обмотки реле ТП.
Все провода фаз необходимо подбирать с учетом передаваемой мощности, которая вызывает нагрев металла. Для наглядности восприятия схемы фазы выделены разными цветами.
Разрывную способность контактов у пускателя следует сочетать с учетом электрической мощности двигателя под максимальной нагрузкой. Эти данные указываются в паспортах на электрическое оборудование и информационных табличках, прикрепленных к корпусу.

Состав приборов и их назначение
Обычная схема управления использует электрические приборы:
• магнитный пускатель;
• токовое тепловое реле класса РТЛ;
• две раздельные либо сдвоенные кнопки с обязательной пружинной конструкцией самовозврата.
Для защиты электродвигателя от перегрузок по току и/или исключения перегрева провода обмоток в силовую цепь через контактные зажимы КРЛ-клеммника подключаются токовые обмотки теплового реле ТП. Диэлектрический прочный корпус устройства прикрепляется непосредственно к магнитному пускателю либо — на Din-рейку. Предусмотрен также старый метод установки “под винт”.
Выпускаемые современные полупроводниковые тепловые реле снабжаются дополнительно такими функциями защиты, как:
• нарушения симметрий токов между фазами, которые создают неравномерную нагрузку на обмотки;
• пропадания напряжения в любой из фаз.
Электрическая схема рассматриваемых твердотельных реле способна выдержать напряжение 600 вольт. У нее реализована возможность регулирования токов несрабатывания защиты для учета мощности применяемого двигателя на номинальные токи в 10, 16 и более ампер.

Алгоритм управления
На схему управления подводится напряжение от одной из фаз и нуля. Нормально замкнутый контакт ТП-1 у теплового реле РТЛ в обычном режиме разрешает работу магнитному пускателю и, соответственно, электродвигателю. Размыкание контакта ТП-1 приводит к обесточиванию обмотки ПМ и отключению контактов ПМ-13, останову электродвигателя.
Запуск схемы происходит замыканием контакта Кн1 от нажатия кнопки “Пуск”, которая подает напряжение на обмотку ПМ. Срабатывающий пускатель замыкает одновременно свои силовые контакты ПМ-13, а в схеме управления его контакт ПМ-4 подключает на удержание обмотку пускателя ПМ. Таким образом предотвращается разрыв цепи обмотки пускателя от действия пружины самовозвратного контакта Кн1.
Двигатель будет работать до разрыва цепи управления одним из способов:
• нажатием кнопки “Стоп”;
• защитным отключением от токового реле перегрузки.

Дистанционное управление трехфазным двигателем
Многим двигателям, установленным на станках, достаточно местного управления. Но отдельным устройствам, наподобие погружных насосов, требуется дистанционное управление, иногда даже с разных мест.
Для этого в электрическую схему управления двигателя достаточно добавить еще одну сдвоенную кнопку (Пуск-д, Стоп-д). Ее следует смонтировать на удаленном рабочем месте и подключить отдельным кабелем или проводами в защитном кожухе.

Контакты “Кн1д” соединяются жилами кабеля по параллельной схеме с одноименными контактами Кн1, а нормально замкнутый контакт “Стоп-д” врезается последовательно с Кн2.
Для этого жилы кабеля на удаленном рабочем месте подсоединяются к кнопке Кн2д и подводятся к кнопке “Стоп”. С любого контакта Кн2 отключают провод от действующей схемы и подключают его (желательно через клеммник) с одним из кончиков кабеля от кнопки дистанционного останова Кн2д. Второй кончик от удаленной кнопки подключают на освободившийся контакт Кн2.

Особенности управления однофазным двигателем
Описанные выше алгоритмы полностью пригодны для работы однофазных устройств. Электрическая схема для их управления упрощается: напряжение к электродвигателю подключается однофазным пускателем через обмотку однофазного токового реле.

Отправить заявку или сообщение Вы можете через форму обратной связи, или позвонить +7 (495) 545-44-32.

Типовые узлы и схемы управления электроприводов с асинхронными двигателями

Типовые схемы релейно-контакторного управления АД строят­ся по тем же принципам, что и схемы ДПТ.

Типовые схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощ­ности обычно запускаются прямым подключением к сети без огра­ничения пусковых токов. В этих случаях они управляются с помо­щью магнитных пускателей, которые одновременно обеспечивают и некоторые виды их защиты.

Схема управления асинхронным двигателем с использованием маг­нитного пускателя(рис. 134) включает в себя магнитный пуска­тель, состоящий из контактора КМ и двух встроенных в него теп­ловых реле защиты КК. Такая схема обеспечивает прямой (без ог­раничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а так­же защиту от коротких замыканий (предохранители FA) и перегруз­ки (тепловые реле КК).

Для пуска двигателя замыкается выключатель QF и нажимается кнопка пуска SB1. При этом получает питание катушка контакто­ра КМ, который, включившись, своими главными силовыми кон­тактами в цепи статора подключает двигатель к источнику пита­ния, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1.

Проис­ходит разбег асинхронного двигателя по его естественной характе­ристике. При нажатии кнопки остановки SB2 контактор КМ теря­ет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможе­ния асинхронного двигателя выбегом под действием момента на­грузки на его валу.

Реверсивная схема управления асинхронным двигателем. Основ­ным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пуска­тель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК (рис. 135). Такая схема обеспечи­вает прямой пуск и реверс асинх­ронного двигателя, а также тормо­жение АД противовключением при ручном (неавтоматическом) управ­лении.

В этой схеме предусмотрена так­же защита от перегрузок АД (реле КК) и коротких замыканий в цепях статора (автоматический выключа­тель QF) и управления (предохранители FA). Кроме того, в ней обес­печивается и нулевая защита от исчезновения (снижения) напряже­ния сети (контакторы КМ1 и КМ2).

Рис.134. Схема управления короткозамкнутым АД с магнитным пускателем

Рис.135.Схема управления короткозамкнутым АД с реверсивным магнитным пускателем

Пуск двигателя в условных направлениях «Вперед» или «На­зад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SB1 или SB2, что приводит к срабатыванию контакторов КМ1 или КМ2 и подключению АД к сети (при включенном автоматическом вы­ключателе QF). Для обеспечения реверса или торможения двигателя сначала нажимается кнопка SB3, что приводит к отключению включенного до тех пор контактора (например, КМ1), а затем — кнопка SB2, что приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряже­ния питания с другим чередованием фаз. После этого магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов — торможения противо­включением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только затормозить двигатель при дос­тижении им нулевой скорости следует вновь нажать кнопку SB3, что приведет к отключению его от сети и возвращению схемы в ис­ходное положение. Если же кнопку SB3 не нажимать, последует разбег АД в другую сторону, т.е. его реверс.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного на­жатия кнопок SB1 и SB2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокиров­ка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотв­ращает одновременное включение двух контакторов. В дополне­ние к механической в такой схеме используется типовая электри­ческая блокировка, применяемая в реверсивных схемах упра­вления, которая заключается в перекрестном включении размы­кающих контактов аппарата КМ1 в цепь катушки аппарата КМ2 и наоборот.

Отметим, что повышению надежности работы ЭП и удобства его в эксплуатации способствует использование в схеме управле­ния воздушного автоматического выключателя QF, который исклю­чает возможность работы привода при обрыве одной фазы и при однофазном коротком замыкании, как это может иметь место при использовании предохранителей.

Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем (рис. 136) обеспечивает получение двух его скоростей соеди­нением секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду и реверсирование. Защита ЭП в этом слу­чае осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохрани­телями FA.

Рис. 136. Схема управления двухскоростным АД

Для обеспечения пуска АД и вращения его с малой скорос­тью необходимо нажать кнопку SB4, после чего сработают кон­тактор КМ2 и блокировочное реле KV. При этом статор двига­теля включится по схеме треугольника, а реле KV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМЗ и КМ4, подготовит подключение его к источнику питания. Нажатие кнопок SB1 или SB2 определит соответственно направление пуска вперед или назад.

Разгон двигателя до высокой скорости осуществляется при на­жатии кнопки SB5, которая отключит контактор КМ2 и включит контактор КМ1, т.е. обеспечит переключение секций обмоток ста­тора со схемы треугольника на схему двойной звезды.

Остановка АД производится нажатием кнопки SB3, которая от­ключит все контакторы и сам двигатель от сети.

Применение в данной схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов КМ1 и КМ2, КМЗ и КМ4. Этой же цели служит перекрестное включение размы­кающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМЗ и КМ4 в цепи их катушек.

Типовая схема управления асинхронным двигателем, обеспечива­ющая его прямой пуск и динамическое торможение в функции време­ни (рис. 137).

Пуск двигателя в этом случае осуществляется нажа­тием кнопки SB1, после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременное замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет срабаты­вание последнего и замыкание его контакта в цепи контактора тор­можения КМ1, который тем не менее не сработает, так как в этой цепи разомкнулся размыкающий контакт КМ.

Рис.137. Схема управления пуском и динамическим торможением короткозамкнутого АД

Для остановки АД необходимо нажать кнопку SB3. Тогда кон­тактор КМ отключится и, разомкнув свои контакты в цепи стато­ра, отключит двигатель от сети переменного тока. Одновременно с этим замкнется контакт КМ в цепи аппарата КМ1 и разомкнётся контакт КМ в цепи реле КТ, что приведет к включению контактора торможения КМ1, подаче в обмотки статора постоянного тока от выпрямителя V через резистор R_Т и переводу двигателя в режим ди­намического торможения.

Реле времени КТ, потеряв питание, начнет отсчет выдержки вре­мени. Через некоторый интервал времени, соответствующий вре­мени останова двигателя, реле КТ разомкнет свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключится и прекратит подачу постоянного тока в цепь статора. Схема вернется в исходное положение.

Интенсивность динамического торможения регулируется резис­тором Rt, с помощью которого устанавливается необходимый по­стоянный ток в статоре двигателя.

Для исключения возможности одновременного подключения ста­тора к источникам переменного и постоянного токов в данной схе­ме используется типовая блокировка с помощью размыкающих кон­тактов КМ и КМ1, включенных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов.

Типовые схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором, которые рассчитываются в основном на среднюю и боль­шую мощности, должны предусматривать ограничение токов при пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора. В некоторых случаях резисторы в цепь ротора вклю­чаются с целью увеличения пускового момента двигателя.

Схема пуска асинхронного двигателя в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС (рис. 138) работает следующим образом. После подачи напряжения происхо­дит включение реле времени КТ, которое своим размыкающим кон­тактом разрывает цепь питания контактора КМЗ, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Рис.138. Схема пуска АД в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

При нажатии кнопки SB1 включается контактор КМ1, статор под­соединяется к сети, электромагнитный тормоз YB растормаживается и начинается разбег двигателя. Включение контактора КМ1 одно­временно приводит к срабатыванию контактора КМ4, который сво­ими контактами шунтирует ненужный при пуске резистор противо­включения R_д2, а также разрывает цепь катушки реле времени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, пос­ле чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМЗ, ко­торый, срабатывая, шунтирует пусковой резистор R_д1 в цепи ротора, и АД выходит на свою естественную характеристику.

Управление торможением в схеме обеспечивает реле торможе­ния KV, контролирующее уровень ЭДС (скорости) ротора. С помо­щью резистора R_p оно регулируется таким образом, чтобы при пус­ке (0 44 454647>

Дата добавления: 2019-02-08 ; просмотров: 1114 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

• Справочник электрика
  • Бытовые электроприборы
  • Библиотека электрика
  • Инструмент электрика
  • Квалификационные характеристики
  • Книги электрика
  • Полезные советы электрику
  • Электричество для чайников
• Справочник электромонтажника
  • КИП и А
  • Полезная информация
  • Полезные советы
  • Пусконаладочные работы
• Основы электротехники
  • Провода и кабели
  • Программа профессионального обучения
  • Ремонт в доме
  • Экономия электроэнергии
  • Учёт электроэнергии
  • Электрика на производстве
• Ремонт электрооборудования
  • Трансформаторы и электрические машины
  • Уроки электротехники
  • Электрические аппараты
  • Эксплуатация электрооборудования
• Электромонтажные работы
  • Электрические схемы
  • Электрические измерения
  • Электрическое освещение
  • Электробезопасность
  • Электроснабжение
  • Электротехнические материалы
  • Электротехнические устройства
  • Электротехнологические установки

Схемы присоединения асинхронных электродвигателей к сети

Схемы присоединения односкоростных асинхронных электродвигателей с
короткозамкнутым ротором

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором до 11 кВт включительно имеют три выводных конца в вводном устройстве и зажим заземления. Обмотки этих движков соединены в звезду либо треугольник и созданы для включения на одно из стандартных напряжений.

Движки мощностью от 15 до 400 кВт имеют 6 выводных концов во вводном устройстве и зажим заземления. Эти движки могут врубаться на два напряжения: 220/380 либо 380/660 В.
Схемы включения обмоток показаны на рисунке.

Схемы включения односкоростного мотора на два напряжения 220/380 либо 380/660 В:
а — звезда (высшее напряжение); б — треугольник (низшее напряжение).

Схемы присоединения многоскоростных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Многоскоростные асинхронные электродвигатели отличаются от односкоростных только обмотками статора и пазами ротора. Число частот вращения может быть две, три либо четыре. К примеру, в серии 4А предусмотрены многоскоростные движки со последующими соотношениями частот вращения: 3000/1500, 1500/1000, 1500/750, 1000/500, 1000/750, 3000/1500/1000, 3000/1500/750, 1500/1000/750, 3000/1500/1000/750, 1500/1000/750/500 об/мин.

Схемы соединений обмоток двухскоростных движков:
а — Д/YY. Низшая скорость — Д: 1В, 2В, ЗВ свободны, на 1Н, 2Н, 3Н подается напряжение. Высшая скорость — YY. 1Н, 2Н, 3Н замкнуты меж собой, на 1В, 2В, 3В подается напряжение, б — Д/YY с дополнительной обмоткой. Низшая скорость — YY
с дополнительной обмоткой, IB, 2B, ЗВ замкнуты меж собой: на 1Н, 2Н, 3Н подается напряжение. Высшая скорость — Д: Ш, 2Н, 3Н свободны, на IB, 2B, ЗВ подается напряжение, е — YYY. Низшая скорость: 1В, 2В, 3В свободны, на 1Н, 2Н, 3Н подается напряжение. Высшая скорость: 1Н, 2Н, 3Н свободны, на IB, 2B, ЗВ подается напряжение.

Двухскоростные движки имеют одну полюсопереключаемую обмотку с шестью выводными концами. Обмотка движков с соотношением частот вращения 1 : 2 производится по схеме Даландера и соединяется в треугольник (Д) при низшей частоте вращения и в двойную звезду (YY) при высшей частоте вращения
Схема соединения обмоток показана на рисунке.

Схема присоединений двухскоростных движков с соотношением скоростей 2:3 и 3:4:
а — Д/YY без дополнительной обмотки; б — Д/YY с дополнительной обмоткой; в — YYY/YYY

Обмотки двухскоростных движков с соотношением частот вращения 2:3 и 3:4 соединяются или в тройную звезду, или в треугольник — двойную звезду без дополнительной обмотки либо с дополнительной обмоткой.

Трехскоростные движки имеют две независящие обмотки, одна
из которых производится по схеме Даландера и соединяется по схеме Д/YY. Число
выводных концов трехскоростного мотора — девять.

Четырехскоростные движки имеют две полюсопереключаемые независящие обмотки, выполненные по схеме Даландера, с 12 выводными концами. Схема соединений во вводном устройстве показана на рисунке. При включении в сеть одной из обмоток 2-ая обмотка остается свободной.

Схема присоединений четырехскоростных движков