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 RТ 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 Rд2, 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 Rд1 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 Rp 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