Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором

Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или "треугольник" в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Для уменьшения пускового тока и увеличения пускового момента — в цепь ротора включают токоограничивающий резистор R, ступени которого включены в цепь не только вовремя пуска, и торможении, а также при реверсе электродвигателя с фазным ротором.

Двигатель будет разгоняться по искусственной характеристики с большим пусковым моментом и меньшим пусковым током. По мере разгона ступени резистора будут шунтироваться до полного вывода из цепи (обмотка ротора закорочена), а следовательно электродвигатель перейдёт на свою естественную характеристику. Пуск окончен.

Схема пуска двигателя с фазным ротором, функции тока.

Схема подключения двигателя с фазным ротором, функции времени.

Схема подключения двигателя фазным ротором представлена на рисунке 1. В данной схеме используется управление функции времени и двухступенчатый пусковой резистор.
Включением автоматического выключателя QF напряжение подается на управляющую и силовую цепь. Это приводит к срабатыванию реле времени КТ1, КТ2 которые размыкают свои контакты. Нажатием кнопки SB1 “ Пуск” подключается магнитный пускатель КМ3, который:
размыкает контакты:

  • КМ3.3 — снимает напряжения с реле времени КТ1, которое, после окончания выдержки времени, размыкает свои контакты КТ1.

замыкает контакты:

  • КМ3.1 в цепи статора — двигатель запускается с включенными в цепь ротора двумя ступенями резистора, так как контакторы КМ1 и КМ2 питания не получают. До истечении выдержки времени КТ1.
  • КМ3.2 — шунтирует кнопку “ Пуск” (позволяет не удерживать кнопку SB1 в нажатом положении)
  • КМ3.4 – в цепи катушек магнитных пускателей КМ1 и КМ2, но до окончания выдержки времени КТ1 пускатели КМ1 и КМ2 не получают питания. Рисунок 1.1 GIF — анимация схемы работы пуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Читайте также:  Dv3 t2 как настроить 20 каналов

Для удобства просмотра — в конце статьи выложены все кадры анимации.

По истечении времени выдержки, КТ1 срабатывает и замыкает свои контакты – по катушке КМ1 протекает ток, пускатель срабатывает и шунтирует первую ступень пускового резистора R. Одновременно своими нормально замкнутыми контактами КМ1.1 обесточивает реле времени КТ2. До окончания выдержки времени КТ2 двигатель разгоняется только со второй ступенью сопротивления. После окончания выдержки резистор полностью шунтируется и двигатель переходит на свою естественную механическую характеристику. Пуск окончен.

резисторы. Рис. 6.14.

Схема управления пуском и динамическим торможением асинхронного двигателя

Постоянный ток протекает по всем обмоткам статора или по части их, создает постоянное во времени магнитное поле. В обмотках вращающегося по инерции ротора будет наводиться ЭДС и потечет ток, который создаст свое неподвижное в пространстве магнитное поле. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД приведет к появлению тормозного момента и остановке ротора.

Преобразуемая при этом механическая энергия движущихся частей в электрическую рассеивается в виде тепла.

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 (см. рис. 6.14).

После чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий обмотки статора к трехфазному источнику питания. Замыкающий блок-контакт КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание. В результате чего контакты этого реле замкнутся в цепи контактора торможения КМ1, но этот контактор не сработает, так как перед этим произойдет размыкание блок-контакта КМ.

Нажатием кнопки SB3 производится остановка АД. Катушка линейного контактора теряет питание и контакты КМ в цепи обмоток статора размыкаются, отключая двигатель от сети переменного тока.

Одновременно с этим замыкается размыкающий блок-контакт КМ в цепи катушки контактора торможения КМ1; последний включается и подает в обмотки статора постоянный ток от выпрямителя V через резистор R T и замыкающий блок контакт КМ1. АД переходит в режим динамического торможения.

С потерей питания катушки КМ, также размыкается замыкающий блок-контакт КМ в цепи реле времени КТ. Это реле, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени. Через промежуток времени, соответствующий останову двигателя, реле КТ размыкает свои контакты в цепи катушки контактора КМ1.

Обмотка статора отключается от источника постоянного тока и схема переходит в свое первоначальное состояние.

Задержкой срабатывания реле КТ и величиной регулируемого резистора R т устанавливают время динамического торможения.

Схема управления реверсивным асинхронным двигателем с фазным ротором. Частоту вращения ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно регулировать, изменяя величину сопротивления в роторной цепи (см. подразд. 5.2).

Управлять такими электродвигателями возможно с помощью силовых и магнитных контроллеров (рис. 6.15). В настоящее время в подъемнотранспортных механизмах используются магнитные контроллеры, относящиеся к аппаратам дистанционного управления.

Рис. 6. 15. Схема управления трехфазным асинхронным двигателем с фазным

ротором: а) силовая схема; б) схема управления

В первом положении командоконтроллера “Вперед” замыкается контакт S1.1, подавая питание на катушку. Контактор КМ1 подключает обмотки статора двигателя и тормозной электромагнит YB1 к сети. В цепь ротора электродвигателя при этом включено полное сопротивление пускорегулирующего реостата, и двигатель разгоняется по характеристике I (см. рис. 5.4) до установившейся частоты вращения n при заданном моменте сопротивления М с .

Во втором положении замыкается контакт S1.3 командоконтроллера и включается контактор КМ3, который закорачивает часть сопротивлений

реостата. Двигатель переходит на работу по характеристике II, разгоняется до частоты вращения n уст.II .

В третьем положении контроллера включается контактор КМ4, который закорачивает выводы обмотки ротора, и двигатель работает на естественной характеристике III с частотой вращения n уст.III .

Для выключения двигателя необходимо контроллер перевести в нулевое положение. Вращение “Назад” осуществляется постановкой рукоятки магнитного контроллера на позицию 1 “Назад”, при этом включается контактор КМ2. Происходит смена чередования фаз в обмотках статора и начинается обратное вращение ротора при полном включенном пускорегулирующем резисторе роторной цепи. Дальнейший процесс управления аналогичен описанному выше.

Особенностью работы двигателей подъемно-грузовых лебедок является спуск груза. В этом случае груз не только преодолевает силы трения, но и стремится ускорить вращение двигателя в направлении спуска. Скорость двигателя очень быстро достигает синхронной, после чего двигатель начинает работать как генератор под действием силы тяжести груза, т.е., тормозя механизм. Если сопротивление в цепи ротора двигателя полностью закороченно, то скорость опускания груза на 5–10 % больше синхронной частоты вращения. Увеличение роторного сопротивления приводит к увеличению скорости спуска (а не к уменьшению, как это бывает при подъеме).

Схема автоматического пуска и торможения противовключением асинхронного двигателя с фазным ротором. Пуск двигателя совершается нажатием кнопки SB1 (вперед) или SB2 (назад), тем самым подается питание на катушку контактора КМ1 (или КМ2). Рассмотрим работу схемы при срабатывании контактора КМ1 (рис. 6.16).

Обмотки статора подключаются к сети, включается блокировочное реле РБ. Катушка РП не притягивает свой якорь из-за малой ЭДС ротора и размыкающий контакт РП замкнут. Затем замыкающим контактом РБ собирается цепь катушки контактора КП, шунтирующего своими контактами ступень сопротивлений R n в цепи ротора.

Читайте также:  Гост сталь для армирования

Рис. 6.16.

Схема торможения противовключением асинхронного двигателя с фазным ротором: а) силовая схема; б) схема управления

С помощью механического маятникового реле времени РВ, пристраиваемого к контактору КП, осуществляется выдержка времени, необходимая для некоторого разгона двигателя, после чего включается контактор КУ, шунтирующий сопротивления R g в цепи ротора, и двигатель выводится на естественную характеристику.

Таким образом, пуск двигателя совершается в одну ступень с резистором в роторе R g . Ступень резистора R n служит для ограничения тока при торможении.

Если требуется реверсирование двигателя, то необходимо нажать на кнопку противоположного направления вращения (в нашем примере на кнопку SB2), не воздействуя на кнопку SB3 (стоп). При этом отключаются контакторы КМ1 и КП. Последний – из-за размыкания контакторов КМ1 и РБ. Как только замкнется размыкающий контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2, он включится, и двигатель переведется в режим торможения противовключением.

В приведенной на рис. 6.16 схеме реализуется управление торможением в функции угловой скорости (по величине ЭДС ротора, которая пропорциональна скольжению). Реле напряжения РП через выпрямитель V подключается к выводам обмотки ротора. Реле настраивается с помощью резистора R р так, что при начале торможения, когда направления вращений магнитного поля статора и ротора противоположны (S=2), оно срабатывает, а при угловой скорости, близкой к нулю (S=1), когда напряжение на его катушке снижается почти вдвое, реле отпускает свой якорь. При пуске в обратную сторону реле РП не срабатывает, так как ЭДС ротора становится еще меньше, достигая нулевого значения при S=0.

После включения контактора КМ2, когда произойдет реверсирование магнитного поля статора, срабатывает реле РП и своим размыкающим

контактором разорвет цепь катушки контактора КП, что обеспечит на период торможения введение всех резисторов в цепь ротора (R g и R n ). Блокировочное реле РБ служит для создания временного разрыва в цепи катушки контактора КП, оно отключается одновременно с контактором КМ1, а включается только после замыкания контактов контактора КМ2. Когда контакты РБ сомкнутся, уже успеет сработать реле РП.

По окончании процесса торможения контакт РП закроется и контактор КП зашунтирует ступень сопротивления R n . Затем произойдёт изменение направления вращения ротора, то есть пуск в противоположном направлении (назад).

Если остановку двигателя производить кнопкой SB3, то обмотки статора отключатся от сети, но электрического торможения не произойдет, двигатель остановится под действием статического момента сопротивления на валу.

Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени. Упрощенная принципиальная схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени [8] представлена на рис. 6.17. Пуск двигателя по этой схеме осуществляется в две пусковые ступени, при этом для большей надежности цепи управления подключены к сети постоянного тока.

Рис. 6.17. Упрощенная

принципиальная схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени: а) силовая схема; б) схема управления

При подключении цепей управления к источнику напряжения сразу включаются реле РУ1 и РУ2 через размыкающие блок-контакты КМ и КУ1. Реле без выдержки времени отключают катушки контакторов КУ1 и КУ2 от источника питания. Затем после нажатия кнопки SB1 и включения контактора КМ статор двигателя подключается к сети, а роторная цепь его замкнута на полностью включенные резисторы R1 и R2, так как силовые контакты контакторов КУ1 и КУ2 разомкнуты; начинается пуск АД.

Размыкающий контакт КМ в цепи катушки реле времени РУ размыкается, оно обесточивается, начинает отсчитывать выдержку времени при пуске на первой пусковой ступени. После выдержки времени реле РУ1 своим контактом замыкает цепь питания катушки контактора КУ1. Этот контактор зашунтирует пусковой резистор R1 своими силовыми контактами и снимает питание с реле времени РУ2 вспомогательным контактом КУ1. Реле РУ2 начинает отсчитывать выдержку времени, по окончании которой размыкающий контакт РУ2 замыкается, подключая к источнику питания катушку КУ2, в результате чего зашунтируется вторая ступень пускового сопротивления R2 и АД будет выведен на естественную характеристику.

Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции тока. Схема, приведенная на рис. 6.18, обеспечивает пуск асинхронного двигателя с фазным ротором в одну ступень в функции тока и динамическое торможение в функции скорости и включает оборудование:

• электромагнитные контакторы КМ1, КМ2, КМ3;

• реле контроля скорости SR;

• реле напряжения KV;

• понижающий трансформатор Т;

• предохранители FA1, FA2;

• тепловые реле КК1, КК2.

Реле контроля скорости SR размыкает свои контакты в цепи катушки электромагнитного тормоза КМ3, когда частота вращения уменьшается до значения, близкого к нулю, а замыкает, когда начнется разгон АД.

После включения автоматического выключателя нажимается кнопка пуска SB1. По известной схеме включается контактор КМ1, через силовые контакты которого статор АД подключается к сети. Бросок тока в цепи ротора, когда еще не замкнуты контакты КМ2, вызовет включение реле тока КА, последнее разорвет свои контакты в цепи катушки КM2. Таким образом, разбег начинается с пусковым сопротивлением R 2g в цепи ротора.

Рис. 6.18. Схема пуска АД в

одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости

Вспомогательные контакты КМ1 замыкают цепь катушки промежуточного реле напряжения KV, шунтируют кнопку SB1, размыкают цепь контактора торможения КМ3. Несмотря на то, что реле KV включается, это не приводит к включению контактора КМ2, так как до этого в цепи разомкнулся контакт реле КА.

Читайте также:  Цветок в горшке в подарок женщине фото

Трогание с места и вращение ротора вызывает замыкание контакта реле скорости SR в цепи тормозного контактора КМ3, но и этот контактор не сработает, так как до этого разомкнулся контакт КМ1. По мере разгона двигателя ток в цепи ротора уменьшается, и реле тока КА выключается, замыкая цепь контактора КМ2. Этот контактор зашунтирует резисторы R 2g в цепи ротора, АД выйдет на естественную характеристику.

Для перевода в тормозной режим нажимается кнопка SB3. Контактор КМ1 теряет питание и отключается статор АД от сети, но включается тормозной контактор КМ3. Контактор КМ3 замыкает цепь питания катушек обмотки статора постоянным током от выпрямителя VD, подключенного к трансформатору Т. Тем самым осуществляется перевод АД в режим динамического торможения.

Одновременно с этим потеряет питание аппарат KV, а следовательно и КМ2, что приведет к вводу в цепь ротора резистора R 2g . Двигатель начинает тормозить.

При скорости двигателя, близкой к нулю, реле контроля скорости SR размыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ3. Он отключается и прекращает торможение АД. Схема приходит в исходное положение и готова к последующей работе.

Принцип действия схемы не изменяется, если катушка реле тока включается в фазу статора, а не ротора при одноступенчатом разгоне двигателя.

Схема панели управления асинхронным двигателем типа ПДУ 6220.

Панель типа ПДУ 6220 входит в состав нормализованной серии панелей управления АД с фазным и короткозамкнутым роторами и обеспечивает пуск в две ступени и динамическое торможение в функции времени (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Схема панели

управления асинхронного двигателя типа ПДУ 6220

При подаче на схему напряжений постоянного тока 220 В и переменного 380 В тока (замыкание рубильников Q1, Q2 и автомата QF) происходит включение реле времени КТ1, чем двигатель подготавливается к пуску с полным пусковым резистором в цепи ротора.

Одновременно с этим, если рукоятка командоконтроллера находится в нулевой (средней) позиции и максимально-токовые реле FA1–FA3 не включены, включается реле защиты KV от понижения питающего напряжения и готовит схему к работе замыканием своего блок-контактора KV.

Пуск двигателя осуществляется по любой из двух искусственных характеристик или по естественной характеристике, для чего рукоятка SA должна устанавливаться соответственно в положение 1,2 или 3. При переводе рукоятки в любое из указанных положений SA включается линейный контактор КМ2, подключающий АД к сети, контактор управления тормозом КМ5, подключающий к сети катушку YA электромагнитного тормоза,

который при этом растормаживает двигатель, и реле времени KT3, управляющее процессором динамического торможения.

Перевод контроллера SA в положение 2 или 3 позволяет включить контакторы ускорения КМ3 и КМ4, скорость двигателя увеличивается.

Торможение АД происходит за счет перевода рукоятки SA в нулевое положение. Тогда отключаются контакторы КМ2 и КМ5, а включается контактор динамического торможения КМ1, который подключает АД к источнику постоянного тока. В результате этого будет идти интенсивный процесс комбинированного (механического и динамического) торможения АД, который закончится после отсчета реле своей выдержки времени, соответствующей времени торможения.

Схема управления тиристорным приводом переменного тока . Схема управления тиристорным приводом переменного трехфазного тока содержит тиристорный преобразователь, который включается в цепь статорных обмоток двигателя и осуществляет фазовое регулирование подводимого к двигателю напряжения (рис. 6.20).

Последовательно со статорными обмотками двигателя встречнопараллельно через быстродействующие предохранители FU включены три пары тиристоров преобразователя U. Регулированием угла открывания тиристоров с помощью системы управления СУ изменяется напряжение, подводимое к двигателю, а следовательно, и его момент.

Рис. 6.20. Схема управления асинхронного двигателя с тиристорным

преобразователем: QF – автоматический выключатель; В – датчик тока; U – тиристорный преобразователь; FU – предохранитель; KK – командоконтроллер; СУ-

система управления тиристорным преобразователем; BR – тахогенератор; КМ – электромагнитные контакторы

В результате получается ряд мягких механических характеристик, обеспечивающих плавный пуск и разгон механизма. При использовании обратной связи по частоте вращения, осуществляемой с помощью тахогенератора BR, жесткость механических характеристик увеличивается, что позволяет получить устойчивые промежуточные и низкую посадочную скорости.

Схемой предусмотрен контактный реверс двигателя контакторами КМ2 и КМ3. Переключение контакторов происходит при отсутствии тока в главной цепи под контролем датчика тока В. Бестоковая коммутация значительно повышает износостойкость аппаратуры.

С помощью тиристоров преобразователя может быть получено и регулируемое динамическое торможение, а также торможение противовключением. Управление углом открывания тиристоров может осуществляться ступенчато командоконтроллером КК, или плавно другим аппаратом, например, сельсином.

6.5. Крановые защитные панели

Крановые защитные панели применяют при контроллерном управлении двигателями крана. Конструкция защитной панели представляет собой металлический шкаф с установленной в нем аппаратурой. Шкаф закрыт дверью с замком. Второй замок заблокирован с главным рубильником, то есть дверь панели не откроется, пока не будет выключен рубильник, обесточивающий электрооборудование. Размещаются защитные панели обычно в кабине крана. На защитной панели установлена электроаппаратура, осуществляющая следующую защиту:

• максимальную от токов короткого замыкания и значительных (свыше 250 %) перегрузок крановых электродвигателей;

• нулевую, исключающую самозапуск двигателей после перерыва в электроснабжении;

• концевую, обеспечивающую автоматическое отключение электроприводов при переходе механизмами крана предельно допустимых положений.

Панели допускают подключение от трех до шести двигателей (рис. 6.21). В зависимости от числа защищаемых двигателей и соотношения их мощностей панели комплектуются соответствующим количеством блок-реле максимального тока, которые при срабатывании воздействуют на один, общий для группы из двух-четырех реле, контакт. Этим уменьшается число

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector