Mio-tech-service.ru

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

Асинхронный двигатель способ запуска

ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором благодаря своей крайней простоте получили широкое распространение, особенно в трехфазных сетях, где им не требуются дополнительные пусковые или смещенные по фазе обмотки.

При правильной эксплуатации асинхронный электродвигатель становится практически вечным – единственное, что в нем может потребовать замены, это подшипники ротора.

Однако ряд особенностей асинхронных двигателей определяет специфику их пускового режима: отсутствие обмотки якоря означает отсутствие противоЭДС индукции в момент включения обмоток статора, а следовательно – высокий пусковой ток.

Если для маломощных электрических двигателей это не критично, то в промышленных электродвигателях пусковые токи могут достигать очень высоких значений, что приводит к просадкам напряжения в сети, перегрузкам подстанций и электропроводки.

Перед тем, как подключить электродвигатель с асинхронным якорем, необходимо изучить «матчасть», без которой попытка запуска может привести к порче внутренних обмоток.

Промышленные сети

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором зачастую питается от промышленной трехфазной сети. В отличие от бытовой однофазной, здесь токи передаются сразу по 3 проводникам, причем происходит смещение на 120о, при этом амплитудные колебания одинаковы на синусоидальном графике.

Для примера, в однофазной сети график выглядит следующим образом.

Соединение звездой и треугольником

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым фазным ротором подключается методом «звезда» или «треугольник». Соединение может происходить:

  1. В корпусе. Тогда на поверхности расположено 3 проводка.
  2. Снаружи корпуса. В этом случае обмотки между собой никак не соединены. Снаружи расположено 6 проводов, которые соединяются шиной.

Стоит обратить внимание, что оба типа подключения рассчитываются одинаково. Но один и тот же асинхронный электродвигатель, соединенный с одной сетью, но разными подключениями, будет иметь разные показатели мощности.

Перед тем, как подключить электродвигатель изучите инструкцию на корпусе. Зачастую там указывается рекомендуемое подключение. Также обязательно есть строчка о максимальной потребляемой мощности на пике работы.

На примере с фотографии видно, необходимая схема подключения электродвигателя – «звезда» и максимальная мощность составляет 1 кВт.

Что означают провода на стартере

Ниже представлены обозначения выводов стартера асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Соединение с фазосдвигающим компонентом

Как было сказано, в трехфазных сетях фазы сдвинуты относительно друг друга на 120о. В бытовых розетках это не встречается, поэтому необходимо произвести смещение искусственно.

Для пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором используются фазосдвигающие элементы. Движок при этом может работать в однофазном темпе, либо в конденсатором. Посмотреть подключение можно на схемах ниже.

Схемы а. б и д используются в случае, если на корпус выведено всего 3 провода, т.е. соединение произведено внутри. В одном случае асинхроник будет работать в однофазном режиме, а мощность упадет на половину.

При конденсатором подключении, как на схемах подключения трехфазного двигателя В, Д и Е, мощность упадет только на 25-20%.

Расчет емкости конденсатора рассчитывается по следующим формулам. 1, 2, 3

  1. Iном – это фазный ток, при подключении к промышленной сети 380В.
  2. U1 – это напряжение в бытовой сети, т.е. 220В.

Способы управления асинхрониками

Устройство асинхронного двигателя допускает 2 вида подключения:

  • прямое от сети;
  • через устройство плавного пуска электродвигателя.

Прямое подключение к сети питания

В этом используется способы пуска асинхронного через магнитный пускатель. В этом случае возможен относительно безопасный запуск и плавная работа. Дополнительно рекомендуется установить реле контроля тепла, который защитит движок, если поступаемый ток превысит номинальные границы.

Существуют схемы с реверсом и без него.

Схемы с реверсом

Пояснение принципа действия асинхронного двигателя с нереверсивной схемой подключения:

  1. L. Контактные площадки для подключения к сети.
  2. QF 1. Выключатель-автомат.
  3. SB 1. Аварийная остановка.
  4. SB 2. Пауза.
  5. КМ 1. Магнитный пускатель.
  6. КК 1 . Реле теплового контроля.
  7. HL 1. Контрольная лампочка.
  8. М. Сам двигатель.

Реверсивная схема

Схема реверсивного пускателя:

  1. L. Контактные площадки для подключения к сети.
  2. QF 1. Выключатель-автомат.
  3. КМ. Магнитный пускатель.
  4. КК 1. Реле теплового контроля.
  5. М. Двигатель.
  6. SB 1. Остановка.
  7. SB 2. Движение «Вперед».
  8. SB 3. Реверс.
  9. HL. Контрольные лампочки.

Настройка плавного пуска

Устройство плавного пуска электродвигателя (УПП) позволяет защитить устройство от внезапных скачков фазного тока в момент включения. Оно обеспечивает относительно медленный пуск стартера, что сохраняет внутренние блоки движка от внезапных повреждений.

Самостоятельно изготавливать УПП не стоит – можно приобрести готовые устройства. Главное — найти устройство, соответствующее механическим характеристикам асинхронного трехфазного двигателя.

Также обращайте внимание на маркировку УПП. Они бывают амплитудными и фазными. Для асинхроников требуются вторые, т.е. первые подходят только для слабонагруженного оборудования.

Принцип работы

Заключается в формировании электромагнитного поля вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Для асинхронного электродвигателя данный процесс начинается сразу после подачи напряжения на обмотки статора, после чего в роторе наводится ЭДС взаимоиндукции, индуцирующей вихревые токи в металлическом каркасе. Наличие вихревых токов обуславливает генерацию собственной ЭДС, которая формирует электромагнитное поле ротора. Наиболее эффективный КПД асинхронной электрической машины получается при работе от трехфазной сети.

Читать еще:  Что такое двигатель liberty

Конструктивно обмотки статора имеют смещение в пространстве друг относительно друга на 120°, что показано на рисунке 2 ниже:

Рис. 2. Геометрическое смещение фаз в статоре

Такой прием позволяет отстроить магнитное поле рабочих обмоток в строгом соответствии с напряжением трехфазной сети, которое имеет аналогичную разность кривых электрической величины.

Рис. 3. Принцип формирования магнитного потока асинхронного двигателя

На рисунке 3 выше все три фазы изображены в разных цветах для упрощения понимания процесса, также здесь изображена кривая токов, протекающих в фазах асинхронного электродвигателя. Теперь рассмотрим физические процессы в обмотках двигателя для трех позиций показанных на рисунке:

  • I – в этой позиции максимальный ток протекает в красной обмотке электродвигателя, а значение силы тока в желтой и синей равны. Основной поток силовых линий формируется красной фазой, а два других дополняют его.
  • II – в данной точке желтая синусоида равна нулю, поэтому никакого потока не создает, а сила тока красной и синей равны. Поток формируется сразу двумя фазами и смещается по часовой стрелке вправо, совершая поворот.
  • III – третья точка характеризуется максимумом токовой нагрузки для синей кривой, а красная и желтая имеет равную амплитуду, но противоположную по направлению. В результате чего максимум магнитных линий южного и северного полюса сместиться еще на 30°.

По данному принципу магнитное поле статора вращается в асинхронной электрической машине в течении периода. За счет магнитного взаимодействия с полем статора асинхронного электродвигателя происходит поступательное движение ротора вокруг своей оси. Можно сказать, что ротор пытается догнать поле статора. Именно за счет разницы во вращении полей данный тип электрической машины получил название асинхронной.

Основные принципы плавного пуска

Аннотация

Основные принципы плавного пуска. В данной работе рассмотрены способы пуска асинхронных двигателей и принципы управления фиксированной скоростью ротора.

Текст статьи

С момента своего изобретения (сто лет назад), стандартный 3-фазный асинхронный двигатель стал одним из наиболее известных элементов промышленного оборудования. Благодаря своей простоте конструкции, низкой стоимости, надежности и относительно высокой эффективностью, он, вероятно, останется основным источником механической энергии для промышленных предприятий.

Введение

Преобразование энергии от источника питания к вращающейся механической энергии является основной целью всех двигателей. Для регулирования потока энергии, большинство схем двигателя требует механизм для их подключения и отключения от источников электроэнергии и электромеханические переключатели, известные как контакторы, являются стандартным средством достижения этого элемента управления. Даже сегодня, более чем через сто лет после их введения, контакторные системы остаются наиболее широко используемым методом управления двигателем. Тем не менее, существует определенная тенденция к более сложным электронным системам контроля, применяемых для фиксации частоты вращения двигателя и здесь мы обсудить новейшие формы контроля, а именно – электронные, с микропроцессорным управлением и оптимизацию плавного пуска.

Асинхронный двигатель

Для того чтобы оценить преимущества использования электронного контроллера, важно иметь некоторое представление о характеристиках и ограничениях асинхронных двигателей и электромеханических систем, которые в настоящее время используется для управления ими. Стандартные системы для фиксации скорости асинхронного двигателя должы выполнять два основных требования: возможность ускорения без и с нагрузкой; поддержание полной скорости с нагрузкой. Из-за ограничений материалов и конструкции, эффективно и экономично в одной машине этих целей трудно достичь.

Как асинхронный двигатель запускается?

Как отмечалось ранее, двигатели преобразовывают электроэнергию из электросети в механическую форму, обычно в виде вращающегося вала со скоростью соответствующей частоте питания. Мощность на валу двигателя, равна вращающемуся моменту (момент), умноженному на скорость вала (обороты в минуту). Относительно начального значения в состоянии покоя, крутящий момент изменяется увеличиваясь и уменьшаясь, в зависимости от ускорения, достигая пика примерно в две трети полной скорости, и наконец достигает нуля при синхронной скорости. Приведенная характеристика означает, что асинхронные двигатели всегда работают чуть меньше синхронной скорости для того, чтобы развивать мощность – «проскальзывания» скорость, отсюда и термин асинхронный. Приведенный ниже график (рис. 1), показывает кривую отношения крутящего момента к скорости асинхронного двигателя.

Рисунок 1 – Механическая характеристика асинхронного двигателя

Нагрузка на асинхронном электродвигателе имеет свое отношение скорости на крутящий момент, кривая (рис. 2).

Рисунок 2 – Механическая характеристика асинхронного двигателя (в сочетании с нагрузкой)

Ускорение системы «двигатель – нагрузка» вызвано различием между вращающим моментом (двигатель) и поглощенным вращающим моментом (нагрузка), и показано заштрихованной областью на рисунке 3.

Рисунок 3 – Механическая характеристика асинхронного двигателя (момент ускорения)

Очевидно, что чем больше разница, тем быстрее происходит ускорение и двигатель быстрее достигает номинальной скорости. «Идеальный» пуск ускорил бы ускорение нагрузки с достаточной силой, чтобы достигнуть максимальной скорости гладко и в соответствующее время с минимальным напряжением подводимым к двигателю.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя к9к

Вообще отношение частоты вращения двигателя к крутящему моменту зависит от сопротивления ротора – двигатель с высоким сопротивлением ротора выдает максимальный крутящий момент (опрокидывающий момент), двигатель с очень низким сопротивлением ротора будет производить низкий пусковой момент, но будет генерировать свой максимальный крутящий момент ближе к синхронной скорости.

Пуск асинхронных двигателей

Пуск размагниченного асинхронного двигателя является важным и сложным процессом. В момент вкючения затрачивается энергия необходимая для намагничивания двигателя, обеспечения ускорения, помимо всего этого имеют место механические и электрические потери. Чрезмерное ускорение ротора при механической нагрузке может производить небольшие колебания крутящего момента на валу и вызывает сильный износ передачи и зубчатых колес.

Электромеханические способы пуска

Метод A: прямой пуск

Самый простой способ управления энергией потока асинхронного двигателя является прекращение его питания с помощью электромагнитного управления, это 3-фазный переключатель, известный как контактор. Этот метод применяется очень широко и является обычной формой управления, где низкая стоимость является первым и наиболее важным фактором. В результате этот способ чаще всего используется на небольших электродвигателях (7,5 – 22 кВт), или там где характеристика достаточно сильна, чтобы противостоять наплыву и стартовым скачкам, не вызывая недопустимое падение напряжения. Данный способ пуска является не рациональным и губительным для оборудования. Его простота и очевидная низкая стоимость, на первый взгляд кажутся привлекательными, но скрывают большие недостатки, которые заключаются в уменьшении срока службы приводов и более высоким риском несостоявшегося пуска, особенно когда необходимы частый пуск и остановка. Недостатки прямого пуска были признаны с тех пор, как двигатели начали использоваться, и были разработаны альтернативные системы, чтобы уменьшить вредные воздействия прямого пуска.

Метод Б: схема пуска «звезда-треугольник»

Пуск переключением «звезда-треугольник» обеспечивает пониженный стартовый крутящий момент, однако с учетом того, что крутящий момент нагрузки пропорционален квадрату скорости. Все пускатели «звезда-треугольник» поставляются со специальными модулями временной задержки, которые создают задержку на контакторе, соединяющем обмотки в «треугольник», необходимой для размыкания контактора, соединяющего обмотки в «звезду». Момент перехода контролируется таймером и, как правило, он составляет 80% от номинальной скорости. Эффект данного способа заключается в изменении напряжения на каждой обмотки статора до 58% от номинального. Это уменьшает пусковой момент до трети с последующим снижением пусковых токов и ускореной силы. Преимущество по сравнению с прямым пуском очевидно, но существенные недостатки все еще остаются.

Переключение со звезды на треугольник на мгновение отключает двигатель от питания. В течение этого времени двигатель находится под механическим влиянием вращающейся нагрузки и, в момент отключения, ток будет протекать в стержнях ротора из-за времени задержки необходимой для затухания магнитного потока. Таким образом, существует остаточный магнитный поток на поверхности вращающегося ротора. Если момент инерции нагрузки мал, например, в насосе или если сила трения высока, могут возникнуть значительные потери скорости в течение времени, когда двигатель отключен.

Это может привести к очень большим пусковым токам (таким же или более высоким как при заторможенном роторе), вместе с массивным переходным колебанием крутящего момента. Хотя описанные эффекты присутствуют только в течении очень короткого периода времени (около одной пятой секунды), они являются источниками сильного износа всей системы привода, особенно там, где необходимы частые пуски.

Метод C: реостатный способ

Уже давно признано, что система «звезда-треугольник» была источником проблем, таких как сварные контакторы, сдвижение приводных валов и т.д., а в течение многих лет был доступен реостатный метод ступенчатого уменьшения скорости. Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

Метод Д: другие электромеханические системы

Другие методы управления, такие как автотрансформаторы пуска (популярны в Северной Америке), пусковое реактивное сопротивление и т.д., используются в большей или меньшей степени, чтобы компенсировать некоторые неудобства каждого типа обсужденных выше стартеров. Тем не менее, фундаментальные проблемы электромеханических стартеров остаются. Этим проблемы решаются применением полупроводниковых преобразователей.

Полупроводниковый контроллер

В течении 1950-ых много усилий было приложено к разработке устройства транзистора с четырьмя слоями, у которого была возможность переключить большой ток с высоким напряжением. Это устройство стало известно как кремниевый управляемый выпрямитель, а в Европе оно стало известно как тиристор; это основание, на котором построены все устройства плавного пуска. Наибольший интерес представляет способность тиристора переключаться быстро (около 5 миллионных долей секунды) от состояния «выключено» в положение «включено», состояние «включено» длится пока ток через устройство не снизится до нуля и это очень удобно. Управляя тиристором возможно отрегулировать энергию, проходящую через устройство. Открывая тиристор с большей или меньшей задержкой по времени, возможно «вырезать» соответствующую часть синусоиды питающего напряжения. Таким образом, среднее напряжение на выходе устройства будет меняться пропорционально изменению времени задержки открытия тиристора. Поскольку подобный принцип регулирования напряжения предполагает что в те интервалы времени, когда тиристоры остаются закрытыми, ток через обмотки двигателя не протекает, отбора мощности из питающей сети в эти моменты не происходит. Ротор двигателя в эти интервалы времени вращается по инерции.

Читать еще:  Что такое двигатель спш

Запуск асинхронных двигателей

При работе двигателя в предельной нагрузке или вблизи ее, типичный 3-фазный асинхронный двигатель является относительно эффективным, можно увеличить коэффициент полезного действий от 85% к 95%. Однако, как показано ниже (рис. 4), КПД двигателя резко падает, когда нагрузка падает до менее чем 50% от номинальной мощности.

Рисунок 4 – Зависимость КПД от нагрузки

Фактически, очень немного двигателей испытывают полностью номинальный режим работы, подавляющее большинство работают при намного более низкой нагрузке. Для вентиляторов и насосных установок, полупроводниковое управление приводом, оказывает очень значительную экономию энергии по сравнению с практически всеми другими методами контроля, варьируя скорость двигателя в ответ на изменения нагрузки. Менее сложные системы плавного пуска продолжают работать на полной проводимости и двигатель ведет себя так, как будто подключен непосредственно к сети питания. Тем не менее, при малых нагрузках и напряжении питания, в асинхронном двигателе всегда есть избыток магнитного потока, и в результате это приводит к потере эффективности и уменьшению коэффициента мощности. При обнаружении нагрузки в любой момент времени, и изменения напряжения на клеммах двигателя соответственно, можно сэкономить часть энергии возбуждения и нагрузки и повысить коэффициент мощности двигателя, когда двигатель работает неэффективно при небольших нагрузках.

Все устройства плавного пуска управляются микропроцессором и это дает им много преимуществ. Во-первых, нет необходимости корректировок для функции экономии энергии: все вычисления необходимые, чтобы найти лучшую ступень задания фазы отпирания тиристоров при любой нагрузке производится микроконтроллером. Во-вторых, пуск всегда синхронизируется с напряжением питания и тем самым фактически устраняет ток наплыва, связанный с пуском.

Частотное регулирование

Под частотным регулированием понимание использование частотно-управляемого привода. Данное устройство регулирует частоту вращения ротора электромотора. В конструкцию частотного преобразователя входит инвертор и выпрямитель. К преимуществам запуска двигателя через частотное регулирование относится большой выбор значений для регулировки количества оборотов, увеличение ресурса мотора, максимальный пусковой момент и экономия электрической энергии по сравнению с другими способами запуска мотора.

Недостатки у частотного регулирования также имеются. Это сравнительно высокая цена преобразователей для мощных моторов, а также высокий уровень помех, которые наблюдаются поблизости от этих устройств.

Плавный пуск

Преимущества «плавного» пуска

Принцип «плавного» пуска основан на полупроводниках. Через энергетическую цепь и цепь управления данные полупроводники понижают начальное напряжение электродвигателя. Это приводит к уменьшению вращающего момента электродвигателя. В процессе пуска мягкий пускатель постепенно повышает напряжение электродвигателя, что позволяет электродвигателю разогнаться до номинальной скорости вращения, не образуя большого вращающего момента или пиков тока. Плавные пускатели могут использоваться также для управления торможением электродвигателя. Плавные пускатели не так дороги, как преобразователи частоты.

Тем не менее, у них те же проблемы, что и у преобразователей частоты: они могут добавить в систему синусоидальные токи (помехи), что может повлиять на ее функционирование.

Данный способ также обеспечивает подачу пониженного напряжения к электродвигателю во время пуска. Плавный пускатель включает электродвигатель при пониженном напряжении, которое затем увеличивается до полной величины. Напряжение в плавном пускателе уменьшается за счет фазового сдвига. Данный способ пуска не вызывает образования скачков тока. Пусковой период и пусковой ток можно задать.

Использование конденсатора

Метод отличается от предыдущего тем, что мотор с расщепленной фазой при подключении к однофазной линии, имеет высокое сопротивление только в момент запуска.

Для обеспечения наибольшего значения Мпуск необходимо круговое и вращающееся магнитное поле. Для этого токи в рабочей и дополнительной обмотках смещают на 90 градусов. Такое смещение может обеспечить только конденсатор. Его использование помогает достичь хорошей пусковой характеристики асинхронного двигателя, питающегося от однофазной электросети.

Выбор способа пуска асинхронного электродвигателя зависит от того, к какой сети он включается: к однофазной или трехфазной. Влияет также мощность мотора и его конструкция.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector