Схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с нереверсивным включением

1. Министерство образования и науки Республики Казахстан КГУ «Глубоковский технический колледж» УО ВКО       Тема экзаменационной работы: «

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время перед электромонтерами стоят трудные и
интересные проблемы, которые требуют глубокого знания
теории, проектирования и технологии и электрических
двигателей и аппаратов.
Целью письменной экзаменационной работы является сборка
схемы включения асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором с нереверсивным включением.

3. Схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с нереверсивным включением на 380 В

Схема подключения магнитного пускателя ПМА
Основные характеристики асинхронного
двигателя АИР 80 В4
Рном, кВт
— 1,5
cos φ
— 0,83
Sном, %
-7
Мп /Мном
— 2,2
Мmax/Мном — 2,2
Iп/Iном
— 5,5
Масса, кг
— 12,1

6.

Устройство асинхронного двигателя

7. Основные неисправности и способы их устранения

Техника безопасности при обслуживании и ремонте
асинхронного электродвигателя
При проведении планово-предупредительных работ, технического обслуживания, текущих и капитальных ремонтов
электрических машин специалисту необходимо соблюдать технику безопасности при эксплуатации.
И в свою очередь должен знать следующее:
1. Выводы обмоток и кабельные воронки у электродвигателей должны быть закрыты ограждениями, снятие
которых требует отвёртывания гаек или вывинчивания винтов. Снимать эти ограждения во время работы
электродвигателя запрещается. Вращающиеся части электродвигателей: контактные кольца, шкивы, муфты,
вентиляторы — должны быть ограждены.
2. Открывать ящики пусковых устройств электродвигателей, установленных в цехе, когда устройство находится
под напряжением, разрешается для наружного осмотра лицам, имеющим квалификационную группу не ниже 4-ой.
3. Операции по включению и выключению электродвигателей пусковой аппаратурой с приводами ручного

управления должны производиться с применением диэлектрических перчаток или изолирующего основания
(подставки).
4. Включение и отключение выключателей электродвигателей производится дежурным у агрегатов единолично.
5. У работающего синхронного электродвигателя неиспользуемая обмотка и питающий его кабель должны
рассматриваться как находящиеся под напряжением.
6. Работа в цепи пускового реостата работающего электродвигателя допускается лишь при поднятых щетках и
замкнутом накоротко роторе.
Работа в цепях регулировочного реостата работающего электродвигателя должна рассматриваться как работа под
напряжением в цепях до 1000В и производиться с соблюдением мер предосторожности.
Шлифование колец ротора допускается проводить на вращающемся электродвигателе лишь при помощи колодок из
изоляционного материала.
7. Перед началом работы на электродвигателях, приводящих в движение насосы или тягодутьевые механизмы,
должны быть приняты меры, препятствующие вращению электродвигателя со стороны механизма (насос может
работать как турбина, дымосос может начать вращаться в обратную сторону за счёт засоса холодного воздуха через
трубу и т. д.). Такими мерами являются закрытие соответствующих вентилей или шиберов, их заклинивание или
перевязка цепью с запиранием на замок (или снятием штурвала) и вывешиванием плакатов «Не открывать работают люди» или расцеплением муфт.
8. При отсоединении от синхронного электродвигателя питающего кабеля концы всех трёх фаз кабеля должны
быть замкнуты на коротко и заземлены.
Заземление концов кабеля должно производиться посредством специально приспособленного для этой цели
переносного заземления, выполненного в соответствии с общими требованиями.

9. Организационно-экономическая часть. Рабочим местом называется определенный участок производственной площади цеха, мастерской, закреплен

ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
Рабочим местом называется определенный участок производственной площади цеха,
мастерской, закрепленный за данным рабочим, предназначенный для выполнения
определенной работы и оснащенный в соответствии с характером этой работы
оборудованием, приспособлениями, инструментами и материалами.
Рабочее место дежурного электромонтера: 1 — передвижной стол; 2—
верстак; 3 — шкаф-стеллаж; 4— стол-табуретка
Электробезопасностью в соответствии с
ГОСТ 12.1.009 называется система
организационных и технических
мероприятий и средств, обеспечивающих
защиту людей от опасного и вредного
воздействия на человека электрического
тока, электрической дуги,
электромагнитного поля и статического
электричества

11. Технические и организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность персонала

Организационные
мероприятия:
— оформление работ нарядом или распоряжением, перечнем работ
выполняемых в порядке текущей эксплуатации;
— допуск к работе;
— надзор во время работы;
— оформление перерыва в работе, перевода на другое место, окончания
работы.
Технические мероприятия:
— производство необходимых отключений коммутационных аппаратов и
принятие мер, препятствующих подаче напряжения на место работы
вследствие самопроизвольного их включения;
-вывешивание запрещающих плакатов;
-проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях;
-наложение заземлений;
-вывешивание указательных плакатов.

12. Средства защиты

Служат для защиты людей от поражения электрическим током, от

воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. Средства
защиты подразделяются на основные и дополнительные.
Основными называют такие защитные средства, изоляция которых
надежно выдерживает рабочее напряжения установки.
Дополнительные защитные средства усиливают действие основного
защитного средства
Защитные средства, применяемые при обслуживании
электроустановок

14. Инструменты

ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ
Основные причины возникновения пожаров в электроустановках
* короткие замыкания в электропроводках и электрическом оборудовании;
* воспламенение горючих материалов, находящихся в непосредственной
близости от электроприемников, включенных на продолжительное время
и оставленных без присмотра;
* токовые перегрузки электропроводок и электрооборудования;
* большие переходные сопротивления в местах контактных соединений;
* появление напряжения на строительных конструкциях и
технологическом оборудовании;
* разрыв колб электроламп и попадание раскаленных частиц нити
накаливания на легкогорючие материалы и др.

16. Работая с электрическим током сопровождается большой опасностью для жизни и здоровья человека, поэтому всегда важно помнить о пожаробезо

!
*
Углекислотный
огнетушитель
Кварцевый песок

Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Схема пуска асинхронного двигателя

Схема управления электродвигателем

Функциональная cхема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором изображена на рисунке 1.

Рис.1.Функциональная схема управления асинхронным двигателем.

Трёхфазный переменный ток подаётся на автоматический выключатель, который применяется для подключения трёхфазного асинхронного двигателя. В автоматическом выключателе помимо системы контактов, имеются комбинированные расцепители (тепловой и электромагнитный), что обеспечивает автоматическое отключение при длительной перегрузке и коротком замыкании. От автоматического выключателя питание подаётся на магнитный пускатель. Магнитный пускатель — аппарат для дистанционного управления двигателем. Он осуществляет пуск, остановку и защиту двигателя от перегрева и сильного снижения напряжения. Основная часть магнитного пускателя — трёхполюсный электромагнитный контактор. От магнитного пускателя управление передаётся трёхфазному асинхронному электродвигателю переменного тока. Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Он состоит из двух основных частей — статора — неподвижной части и ротора — вращающейся части. Статор имеет пазы, в которые укладывается трёхфазная статорная обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания вращающего кругового магнитного поля. Вращение кругового магнитного поля обеспечивается сдвигом по фазе друг относительно друга каждой из трёх систем трёхфазного тока на угол, равный 120 градусам.

Обмотки статора для подключения к напряжению сети 220В соединены треугольником (Рис.8). В зависимости от типа обмотки ротора, машины могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. Несмотря на то, что двигатель с фазным ротором обладает лучшими пусковыми и регулировочными свойствами, двигатель с короткозамкнутым ротором проще и надёжнее в эксплуатации, а также дешевле. Я выбрал двигатель с короткозамкнутым ротором, так как в настоящее время большинство изготовляемых промышленностью двигателей являются двигателями с короткозамкнутым ротором. Обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса, в пазы ротора заливают под давлением горячий алюминий. Проводники обмотки ротора соединены, образуя трёхфазную систему. Двигатель приводит в движение вентилятор. Вентиляторы, применяемые на судах, различают в зависимости от создаваемого ими напора. Смонтированный в схеме вентилятор является вентилятором низкого давления. Обычно вентиляторы не регулируются и не реверсируются, поэтому их привод имеет простейшую схему управления, которая сводится к пуску, остановке и защите.

Принципиальная электрическая схема нереверсивного управления трёхфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором посредством автоматического выключателя и магнитного пускателя с двухполюсным тепловым реле представлена на рисунке 2.

От силового щита питание подаётся на автоматический выключатель с тепловыми и электромагнитными расцепителями максимального тока. Схема магнитного пускателя составлена с соблюдением рекомендуемых условных графических обозначений элементов схем автоматического управления двигателем. Здесь все элементы одного и того же аппарата обозначены одинаковыми буквами.

Рис.2.Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутой обмоткой ротора.

Так, главные замыкающие контакты линейного трёхполюсного контактора, находящиеся в силовой цепи, его катушка и вспомогательные замыкающие контакты, находящиеся в цепи управления, обозначены буквами КЛ. Нагревательные элементы теплового реле, включённые в силовую цепь, и остающиеся размыкающие контакты с ручным возвратом этого же реле в исходное положение, которые находятся в цепи управления, обозначены буквами РТ. При включенном трёхполюсном выключателе после нажатия пусковой кнопки КнП включается катушка линейного трёхполюсного контактора КЛ и его главные замыкающие контакты КЛ присоединяют обмотку статора трёхфазного асинхронного двигателя АД к питающей сети в результате чего ротор приходит во вращение. Одновременно замыкаются вспомогательные замыкающие контакты КЛ, шунтирующие пусковую кнопку КнП, что позволяет её отпустить. Нажатие остановочной кнопки КнС отключает цепь питания катушки КЛ, вследствие чего якорь контактора выпадает, главные замыкающие контакты КЛ размыкаются и обмотка статора двигателя отключается от питающей сети.

Основные элементы схемы и их назначение

Автоматический выключатель — аппарат для нечастой ручной коммутации электрических цепей и автоматической защиты их при коротких замыканиях и длительной перегрузке. Назначение автоматического выключателя, применённого в схеме, описано в таблице 1.

Таблица1. Область применения автоматического выключателя.

Как видно из таблицы 1 автомат не отключается при резком снижении напряжения, так как расцепитель минимального напряжения в применяемом автоматическом выключателе отсутствует. Защиту при значительном снижении или исчезновении напряжения питающей сети осуществляет магнитный пускатель.

Автоматы используют при напряжении до 660В на номинальные токи от 15 до 600А, в помещениях с нормальной окружающей средой, так как они не приспособлены для работы в средах с едкими парами и газами, во взрывоопасных и незащищённых от попадания воды местах. Автоматы необходимо не реже 1 раза в год осматривать, чистить, смазывать шарнирные механизмы приборным маслом. Для своей схемы я выбрал автоматический выключатель серии АП-50. Внешний вид автомата показан на рисунке 3.

1- кнопка выключения, 2-кнопка включения, 3- реле, 4-искрогасительные камеры, 5-пластмассовый кожух

Рис3. Внешний вид и устройство автомата АП-50.

Он предназначен для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания при U питающей сети до 500В, 50 гц на переменном токе, для ручного включения и отключения цепей, а главное для пуска и защиты трёхфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Выключатель защищён пластмассовым кожухом. Наличие буквы Б в серии АП-50Б означает универсальное исполнение, при котором ввод и вывод проводов снизу и сверху через сальники типа СКВрт-33. Маркировка АП-50Б-3МТ означает наличие электромагнитных и тепловых расцепителей и число полюсов равное трём.

Магнитный пускатель — коммутационный аппарат дистанционного управления, для частых включений и отключений электрооборудования, которым управляют с помощью отдельно расположенной кнопки. Это устройство для пуска, остановки и защиты электродвигателей. Назначение магнитного пускателя, применённого в схеме, представлено в таблице 2.

Типовые схемы управления электроприводов с АД

АД с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности пускаются прямым подключением к сети без ограничения пусковых токов. Схемы управления АД с фазным ротором средней и большой мощности должны предусматривать ограничение токов при их пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора.

Реверсивная схема управления АД с короткозамкнутым ротором приведена на рисунке 8.9.

Рис. 8.9. Реверсивная схема управления АД с короткозамкнутым ротором

Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактораКМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой пуск и реверс двигателя, а также торможение противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

В схеме предусмотрена защита от перегрузок двигателя (реле КК) и коротких замыканий в цепи статора (автоматический выключатель QF) и управления (предохранители FA). Кроме того, схема управления обеспечивает и нулевую защиту от исчезновения (снижения) напряжения сети (контакторы КМ1и КМ2).

Пуск двигателя при включенном автоматическом выключателе QF в условных направлениях «Вперед» или «Назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SB1 или SB2. Это приводит к срабатыванию контактора КМ1 или КМ2, подключению двигателя к сети и его разбегу.

Для реверса или торможения двигателя вначале нажимается кнопка SB3, что приводит к отключению включенного до сих пор контактора (например, КМ1), после чего нажимается кнопка SB2. Это приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз. Магнитное поле двигателя изменяет направление вращения на противоположное, и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов: торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только торможения двигателя при достижении им нулевой скорости должна быть вновь нажата кнопка SB3, что приведет к отключению двигателя от сети и возвращению схемы в исходное положение. Если кнопка SB3 нажата не будет, то это приведет к разбегу двигателя в другую сторону, т.е. к его реверсу.

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 втягивание одного контактора, если включен другой. В дополнение к механической блокировке в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ1 в цепь катушки аппарата КМ2 и наоборот.

Отметим, что повышению надежности и удобства в эксплуатации способствует использование в схеме воздушного автоматического выключателя QF. Его наличие исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы, при однофазном коротком замыкании, как это может иметь место при установке предохранителей, а также он не требует замены элементов (как в предохранителях при сгорании их плавкой вставки).

Схема управления АД, обеспечивающая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени, приведена на рис. 8.10.

Рис. 8.10. Схема пуска и динамического торможения АД

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1, после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ.

Для остановки двигателя нажимается кнопка SB3, контактор КМ отключается, размыкая свои контакты в цепи статора двигателя и отключая тем самым его от сети переменного тока. Одновременно с этим замыкается контакт КМ в цепи аппарата КМ1 и размыкается контакт КМ в цепи реле КТ. Это приводит 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, начинает отсчет выдержки времени. Через интервал времени, соответствующий времени останова двигателя, реле КТ размыкает свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключается, прекращая подачу постоянного тока в цепь статора. Схема возвращается в исходное положение.

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

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

Схема управления пуском и торможением противовключением АД с фазным ротором в функции ЭДС приведена на рисунке 8.11.

Рис. 8.11. Схема управления пуском и торможением противовключением АД

с фазным ротором

После подачи напряжения включается реле времени КТ, которое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Включение двигателя производится нажатием кнопки SB1, после чего включается контактор КМ1. Статор двигателя подсоединяется к сети, электромагнитный тормоз YB растормаживается, и начинается разбег двигателя. Включение КМ1 одновременно приводит к срабатыванию контактора КМ4, который своим контактом 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 КМ3, который срабатывает и шунтирует пусковой резистор R д1 в цепи ротора, и двигатель выходит на свою естественную характеристику.

Управление торможением обеспечивает реле торможения KV, контролирующее уровень ЭДС (скорости) ротора. С помощью резистора R р оно отрегулировано таким образом, что при пуске, когда скольжение двигателя 0

Для осуществления торможения

двигателя нажимается сдвоенная кнопка SB2, размыкающий контакт которой разрывает цепь питания катушки контактора КМ1. После этого двигатель отключается от сети и разрывается цепь питания контактора КМ4, и замыкается цепь питания реле КТ. В результате этого контакторы КМ3 и КМ4 отключаются, и в цепь ротора двигателя вводится сопротивление R д1 + R д2 .

Нажатие кнопки SB2 приводит одновременно к замыканию цепи питания катушки контактора КМ2, который, включившись, вновь подключает двигатель к сети, но уже с другим чередованием фаз сетевого напряжения на статоре. Двигатель переходит в режим торможения противовключением. Реле RY срабатывает и после отпускания кнопки SB2 будет обеспечивать питание контактора КМ2 через свой контакт и замыкающий контакт этого аппарата.

В конце торможения, когда скорость будет близка к нулю и ЭДС ротора уменьшится, реле КV отключится и своим размыкающим контактом разомкнет цепь катушки контактора КМ2. Последний, потеряв питание, отключит двигатель от сети, и схема придет в исходное положение. После отключения КМ2 тормоз УВ, потеряв питание, обеспечит фиксацию (торможение) вала двигателя.

На рисунке 8.12. приведена схема панели типа ПДУ 6220.

Панель типа ПДУ 6220 входит в состав нормализованной серии панелей управления двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором и обеспечивает пуск двигателей в две ступени и динамическое торможение по принципу времени.

При подаче на схему напряжений 220 В и переменного тока 380 В (замыкание рубильников QS 1 и QS 2 и автомата QF) включается реле времени КТ1, чем подготавливается двигатель к пуску с полным пусковым резистором в цепи ротора. Одновременно с этим, если рукоятка командоконтроллера находится в нулевой (средней) позиции и максимально-токовые реле FА1-FА3 не включены, включится реле защиты КV от понижения питающего напряжения и подготовит схему к работе.

Рис. 8.12. Схема панели типа ПДУ 6220

Пуск двигателя осуществляется по любой из двух искусственных характеристик или естественной характеристике, для чего рукоятка SА должна устанавливаться соответственно в положение 1, 2 или 3. При переводе рукоятки в любое из указанных положений SА включается линейный контактор КМ2, подключающий двигатель к сети, контактор управления тормозом КМ5, подключающий к сети катушку YА электромагнитного тормоза, который при этом растормаживает двигатель и реле времени КТ3, управляющее процессом динамического торможения. При переводе SА в положение 2 или 3 включаются контакторы ускорения КМ3 и КМ4, и двигатель начинает разгоняться.

Торможение двигателя происходит при переводе рукоятки SА в нулевое (среднее) положение. При этом отключатся контакторы КМ2 и КМ5 и включится контактор динамического торможения КМ1, который подключит двигатель к источнику постоянного тока. В результате этого будет идти интенсивный процесс комбинированного (механического и динамического) торможения двигателя, который закончится после отсчета реле КТ3 своей выдержки времени, соответствующей времени торможения.

Схема асинхронного электропривода с тиристорным пусковым устройством приведена на рисунке 8.13.

к ак

Рис. 8.13. Схема асинхронного ЭП
с тиристорным пусковым устройством

Эффективным методом формирования желаемых графиков изменения тока и момента двигателя в переходных режимах является регулирование напряжения на его статоре с помощью тиристорных пусковых устройств (ТПУ). Чаще всего это делается для ограничения тока и момента двигателя при пуске («мягкий» способ пуска), хотя с помощью этих устройств можно обеспечить и повышение момента двигателя при пуске («жесткий» способ пуска).

Тиристорное пусковое устройство включается между источником питания (сетью переменного тока) с напряжением U 1 и статором двигателя. В нереверсивном ТПУ его силовую часть образуют три пары встречно-параллельно включенных тиристоров VS1-VS6, управление которыми осуществляется импульсами напряжения, поступающими на них от системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Ограничение тока и момента осуществляется за счет снижения подводимого к двигателю напряжения, что достигается соответствующим изменением во времени угла управления тиристорами. Напряжение при пуске может изменяться по различным законам – линейно нарастать от нуля до сетевого, быть пониженным в течение всего времени пуска или изменяться по так называемому бустерному варианту, при котором для облегчения пуска двигателя на него вначале подается скачком некоторое напряжение, которое затем продолжает нарастать уже по линейному закону. В замкнутой системе может быть обеспечено и поддержание тока статора на заданном уровне.

8.6. Регулирование координат асинхронного двигателя
с помощью резисторов

Данный способ регулирования координат, называемый часто реостатным, может быть осуществлен введением добавочных активных резисторов в статорные или роторные цепи АД (см. рис. 8.14). Он привлекает в первую очередь простотой своей реализации, отличаясь в то же время невысокими показателями качества регулирования и экономичностью.

Рис. 8.14. Схемы включения АД с фазным ротором (а)
и с короткозамкнутым ротором (б)

1д в цепь статора применяется главным образом для регулирования (ограничения) в переходных процессах тока и момента АД с короткозамкнутым ротором.

Все искусственные электромеханические характеристики располагаются в первом квадранте ниже и левее естественной. С учетом того, что скорость идеального холостого хода ω 0 при включении R 1д не изменяется, получаемые искусственные электромеханические характеристики можно представить семейством кривых (рис. 8.15 а).

а) б)

Рис.8.15. Электромеханические (а) и механические (б) характеристики АД
при регулировании координат с помощью резисторов в цепи статора

Характеристики 2–4 расположены ниже естественной характеристики 1, построенной при R 1д = 0, причем большему значению R 1д соответствует больший наклон искусственных характеристик 2-4.

Механические характеристики АД представлены на рисунке 8.15 б.

Координаты точки экстремума М к и S к изменяются при варьировании R 1д , а именно: в соответствии с (8.15) и (8.16) при увеличении R 1д критический момент М к и критическое скольжение S к уменьшаются. Уменьшается и пусковой момент.

В то же время искусственные механические характеристики (рис. 8.15б) мало пригодны при регулировании скорости АД: они обеспечивают небольшой диапазон изменения скорости; жесткость характеристик АД и его перегрузочная способность, характеризуемая критическим моментом, по мере увеличения R 1д снижается; способ отличает и низкая экономичность. В силу этих недостатков регулирование скорости АД с помощью активных резисторов в цепи его статора применяется редко .

Включение добавочных резисторов R 2д в цепь ротора применяется как с целью регулирования тока и момента АД, так и его скорости (рис. 8.14а).

Искусственные электромеханические характеристики при R 2д = var имеют вид, показанный на рисунке 8.15а, и могут использоваться для регулирования (ограничения) пускового тока I кз = I п .

Скорость идеального холостого хода АД ω 0 и максимальный (критический) момент двигателя М к в соответствии с остаются неизменными при регулировании R 2д , а критическое скольжение S к , как это следует из , изменяется.

Выполненный анализ позволяет построить естественную 1 (R 2д = 0) и искусственные 2–3 (R 2д3 > R 2д2 ) характеристики (рис. 8.16) и сделать заключение, что за счет изменения R 2д имеется возможность повышать пусковой момент АД вплоть до критического момента М к без снижения перегрузочной способности двигателя, что весьма важно при регулировании его скорости.

Рис. 8.16. Механические характеристики при различных сопротивлениях R 2д добавочного резистора в цепи ротора

В остальном рассматриваемый способ характеризуется такими же показателями, что и для ДПТ НВ. Диапазон регулирования скорости небольшой – около 2–3 – из-за снижения жесткости характеристик и роста потерь по мере его увеличения. Плавность регулирования скорости, которая изменяется только вниз от основной, определяется плавностью изменения добавочного резистора R 2д .

Затраты, связанные с созданием данной системы ЭП, невелики, так как для регулирования обычно используются простые и дешевые резисторов. В то же время эксплуатационные затраты оказываются значительными, поскольку велики потери в ПД.

С увеличением скольжения S возрастают потери в роторной цепи, поэтому реализация большого диапазона регулирования скорости приводит к значительным потерям энергии и снижению КПД ЭП.

Регулирование скорости этим способом осуществляется при небольшом диапазоне регулирования скорости или кратковременной работе на пониженных скоростях. Этот способ нашел широкое применение например, в ЭП подъемно-транспортных машин и механизмов.

Расчет сопротивления добавочного резистора R 2д может быть выполнен несколькими способами в зависимости от формы задания требуемой искусственной механической характеристики.

Если искусственная характеристика определена полностью, то сопротивление добавочного резистора (например, R 2д1 ) можно определить по выражению :

, (8.30)

где – сопротивление фазы ротора АД.

Если искусственная характеристика задана своей рабочей частью, то можно использовать метод отрезков, для чего на рисунке 8.16 проведена вертикальная линия, соответствующая номинальному моменту М ном , и отмечены характерные точки: а, b, c, d, e. Сопротивление искомого резистора R 2д1 определяется как

R 2д1 = R 2ном аb/ас, (8.31)

где – номинальное сопротивление АД; – ЭДС ротора при S = 1; – номинальный ток ротора.

http://life-prog.ru/1_17774_tormoznie-rezhimi-ad.html

15.09.2014

Для управления асинхронными электродвигателями используются релейно-контакторные аппараты, которые реализуют типовые схемы пуска, реверса, торможения, остановки электропривода.
На базе типовых схем релейно-контакторного управления разрабатываются схемы управления электроприводами производственных механизмов. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором небольшой мощности осуществляется обычно при помощи магнитных пускателей. В данном случае магнитный пускатель состоит из контактора переменного тока, двух встроенных в него электротепловых реле.
Простейшая схема управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Схема использует питание силовых цепей и цепей управления от источника одного и того же напряжения (рис. 4.9). Для повышения надежности работы релейных контакторных аппаратов, большей частью рассчитанных на низкое напряжение, и для повышения безопасности эксплуатации применяются схемы с питанием цепей управления от источника пониженного напряжения.
Если рубильник S1 включен, то для пуска электродвигателя необходимо нажать на кнопку S2 («пуск»). При этом катушка контактора K1M получит питание, замкнутся главные контакты К1(1-3)М в силовой цепи и статор двигателя присоединится к сети. Электродвигатель начнет вращаться. Одновременно в цепи управления закроется замыкающий вспомогательный контакт K1A, шунтирующий кнопку S2 («пуск»), после чего эту кнопку не нужно удерживать в нажатом состоянии, так как цепь катушки контактора KlM остается замкнутой. Кнопка S2 с самовозвратом и за счет действия пружины возвращается в исходное разомкнутое состояние.

Для отключения электродвигателя от сети нажимается кнопка S3 («стоп»). Катушка контактора K1M обесточивается и замыкающие контакты K1(1-3)M отключают обмотки статора от сети. Одновременно размыкается вспомогательный контакт K1A. Схема приходит в исходное, нормальное состояние. Вращение электродвигателя прекращается.
Схема предусматривает защиту двигателя и цепи управления от коротких замыканий плавкими предохранителями F 1(1-3), защиту от перегрузки двигателя двумя электротепловыми реле F2(1-2). Пружинный привод контактов магнитного пускателя К 1(1-3)М, K1A на размыкание реализует так называемую нулевую защиту, которая при исчезновении или значительном снижении напряжения отключают двигатель от сети. После восстановления нормального напряжения самопроизвольного пуска двигателя не произойдет.
Более четкая защита от снижения или исчезновения напряжения может быть выполнена при помощи реле пониженного напряжения, катушка которого присоединяется к двум фазам силовой цепи, а его замыкающий контакт включен последовательно с катушкой контактора. В этих схемах вместо установки на вводе рубильников с предохранителями применяют воздушные автоматы.
Схема управления асинхронным электродвигателем с коротко-замкнутым ротором с использованием магнитного пускателя и воздушного автоматического выключателя. Автоматический выключатель F1 исключает возможность обрыва одной фазы от срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании, как это бывает при установке предохранителей (рис. 4.10). Нет необходимости заменять элементы в предохранителях при сгорании их плавкой вставки.

В схемах управления электродвигателями применяются автоматы с электромагнитными расцепителями либо с расцепителями электромагнитным и электротепловым. Расцепители электромагнитного типа характеризуются нерегулярной отсечкой, равной десятикратному току, и служат для защиты от токов короткого замыкания, Электротепловые расцепители обладают обратнозависимой характеристикой времени от тока. Так, расцепитель с номинальным током 50 А срабатывает при 1,5-кратной нагрузке через 1 ч, а при 4-кратной — через 20 с. Электротепловые расцепители не защищают двигатель от перегрева при перегрузках на 20 — 30%, но могут защитить двигатель и силовую цепь от перегрева пусковым током при застопоривании приводного механизма. Поэтому для защиты электродвигателей от длительных перегрузок при использовании автомата с электротепловым расцепителем такого типа применяются дополнительные электротепловые реле, как и при использовании автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем. Многие выключатели, например АП-50, защищают электродвигатель одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузок. Принципы действия схем (см. рис. 4.9, 4.10) для пуска и останова аналогичны. Эти схемы нашли широкое применение для управления нереверсивными электроприводами транспортеров, воздуходувок, вентиляторов, насосов, лесоперерабатывающих и заточных станков.
Схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с реверсивным магнитным пускателем. Эта схема применяется в случаях, когда необходимо изменять направления вращения электропривода (рис. 4.11), например в приводе электролебедок, рольгангов, механизмов подачи станков и т.д. Управление двигателями осуществляется реверсивным магнитным пускателем. Включение двигателя для вращения «вперед» осуществляется нажатием кнопки S1. Катушка контактора K1M будет под напряжением, и замыкающие главные контакты К1(1-3)M присоединят электродвигатель к сети. Для переключения электродвигателя необходимо нажать на кнопку S3 («стоп»), а затем на кнопку S2 («назад»), что вызовет отключение контактора K1M и включение контактора К2М. При этом, как видно из схемы, две фазы на статоре переключатся, т.е. произойдет реверс вращения электродвигателя. Во избежание короткого замыкания в цепи статора между первой и третьей фазой вследствие ошибочного одновременного нажатия на обе пусковые кнопки S1 и S2 реверсивные магнитные пускатели имеют рычажную механическую блокировку (на схеме не показана), которая препятствует втягиванию одного контактора, если включен другой. Для повышения надежности кроме механической блокировки в схеме предусмотрена электрическая блокировка, которая осуществляется при помощи размыкающих вспомогательных контактов К1А.2 и К2А.2. Обычно реверсивный магнитный пускатель состоит из двух контакторов, заключенных в один корпус.

В практике применяется также схема реверса асинхронных короткозамкнутых электродвигателей с использованием двух отдельных нереверсивных магнитных пускателей. Ho для устранения возможности короткого замыкания между первой и третьей фазой силовой цепи от одновременного включения обоих пускателей применяют двухцепные кнопки. Например, при нажатии кнопки S1 («вперед») цепь катушки контакторов K1M замыкается, а цепь катушки К2М при этом дополнительно размыкается. (Принцип действия двухцепных кнопок показан на рис. 4.12.) Реверс электродвигателей постоянного тока осуществляется изменением полярности напряжения силовой цепи.
Схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Такая схема приведена на рис. 4.12. Привод может иметь две скорости. Пониженная скорость получается при соединении обмоток статора на треугольник, что осуществляется нажатием двухцепной кнопки S3 и включением контактора КЗ с замыканием трех силовых контактов К3. Одновременно замыкается вспомогательный контакт К3А, шунтирующий кнопку S3, и размыкается К3А — вспомогательный контакт в цепи катушки К4.

Повышенная скорость получается при соединении обмоток на двойную звезду, что реализуется нажатием двухцепной кнопки S4. При этом катушка контактора К3 обесточивается, контакты КЗ в силовой цепи размыкаются, размыкается вспомогательный контакт К3А, шунтирующий кнопку S3, и замыкается вспомогательный контакт К3А в цепи катушки К4.
При дальнейшем нажатии (перемещении) кнопки S4 замыкается цепь катушки контактора К4, замыкаются пять контактов К4 в силовой цепи, обмотка статора будет подключена на двойную звезду. Одновременно замыкается вспомогательный контакт К4А, шунтирующий кнопку S4 и размыкается вспомогательный контакт К4А в цепи катушки контактора К3. Обычно контакторы переменного тока имеют три силовых контакта, в схеме подключения статора на двойную звезду показано пять силовых контактов К4. В этом случае параллельно катушке контактора К4 включается катушка дополнительного контактора.
После предварительного соединения обмоток статора производится пуск двигателя при помощи контакторов K1 и К2 для вращения вперед или назад. Включение контакторов K1 или К2 осуществляется соответственно нажатием кнопки S1 или S2. Применение двухцепных кнопок позволяет осуществить дополнительную электрическую блокировку, исключающую одновременное включение контакторов K1 и К2, а также К3 и К4.
В схеме предусмотрена возможность переключения с одной скорости на другую при вращении электродвигателя вперед или назад без нажатия кнопки S5 («стоп»). При нажатии кнопки S5 катушки включенных контакторов обесточиваются и схема приходит в исходное, нормальное состояние.
Рассмотренная схема является основой построения схем управления электродвигателями двухскоростных транспортеров подачи раскряжевочных агрегатов, сортировочных конвейеров и т.п.
Рассмотрим вопросы торможения электродвигателей. При отключении обмоток статора от сети ротор электродвигателя с рабочим механизмом, например дисковой пилой шпалорезного станка, продолжает сравнительно долгое время вращаться по инерции. Для устранения этого явления в приводах с асинхронными электродвигателями в зависимости от их мощности и назначения применяется торможение противовключением, фрикционное торможение и динамическое торможение.
Схема управления асинхронным электродвигателем с коротко-замкнутым ротором с использованием торможения противовключением. Такая схема изображена на рис. 4.13. В схемах торможения противовключением используется реле контроля скорости (PKC) ЕМ, механически связанное с валом двигателя; его замыкающий контакт EA при определенной угловой скорости двигателя закрывается. При неподвижном роторе двигателя и скорости его вращения менее 10…15% от номинальной контакт реле EA разомкнут. Нажатием кнопки SI включается контактор K1M, замыкаются силовые контакты К1(1-3)M и двигатель пускается в ход, замыкается вспомогательный контакт K1A.1, шунтирующий кнопку S1. Размыкающий вспомогательный контакт А7А.2 одновременно разрывает цепь питания катушки контактора К2М, а несколько позднее с увеличением скорости вращения двигателя замыкается контакт реле скорости EA. Поэтому контактор К2М в этот период не включается.

Отключение электродвигателя от сети с торможением противовключением производится нажатием кнопки S2 («стоп»). При этом катушка контактора K1M обесточивается, размыкаются силовые контакты К1(1-3)М, размыкается шунтирующий пусковую кнопку S1 вспомогательный контакт K1A.1. Одновременно замыкается размыкающий вспомогательный контакт К1А.2. При этом двигатель вращается по инерции и контакт реле EA замкнут, следовательно, катушка контактора К2А получит питание, замкнутся главные контакты К2(1-3)М, разомкнется вспомогательный контакт К2А в цепи катушки K1M. Обмотки статора будут подключены к сети на реверс вращения ротора. Ротор мгновенно затормаживается и при скорости вращения, близкой к нулю, контакт реле скорости EA размыкается, катушка контактора К2М обесточивается, главные контакты К2(1-3)М размыкаются, замыкается вспомогательный контакт К2А. Двигатель остановлен и отключен от сети. Схема будет в исходном положении.
Рассмотренная типовая схема торможения противовключением является основой построения схем управления электродвигателями станков заточки цепных, круглых, рамных пил, схем обрезных станков и др. Торможение противовключением обеспечивает жесткий, мгновенный останов привода и применяется обычно для электродвигателей небольшой мощности.
Схема фрикционного торможения асинхронного электродвигателя грузоподъемного механизма. Такая схема представлена на рис. 4.14. В соответствии с правилами технической эксплуатации грузоподъемных механизмов в отключенном состоянии привод и механизм подъема должны быть надежно заторможены.
На упрощенной схеме условно показан односторонний колодочный тормоз Tс пружинным приводом зажима тормозного шкива.

При пуске электродвигателя нажимается кнопка S1 («пуск»), катушка контактора K1M будет под напряжением, замкнутся три контакта К1(1-3)М в силовой цепи и вспомогательный контакт K1A. Статор электродвигателя и обмотка электромагнита Y одновременно будут присоединены к сети. Электромагнит Y одновременно отведет колодочный тормоз от шкива и создаст деформацию пружины. Двигатель вращается расторможенным.
Нажатием кнопки S2 («стоп») обесточивается катушка контактора K1M, размыкаются главные контакты в силовой цепи К1(1-3)М и вспомогательный контакт K1A. Статор электродвигателя и обмотка электромагнита У отключаются от сети, колодочный тормоз с пружинным приводом жестко фиксирует ротор электродвигателя с механизмом подъема. Применение реверсивного магнитного пускателя дает возможность получить схему фрикционного торможения электропривода механизма и на подъем, и на опускание груза.
Схема фрикционного торможения асинхронного электродвигателя станочного оборудования. Такая схема показана на рис. 4.15. В нормальном (отключенном) состоянии ротор электродвигателя расторможен под действием пружинного привода. Это позволяет проводить смену инструмента, наладку станка с легким поворотом приводного вала и ротора электродвигателя.

Электродвигатель подключается к сети при помощи кнопки S1, контакта K1A и силовых контактов К1(1-3)М. Остановка электропривода станка производится нажатием двухцепной кнопки S2 («стоп»). При этом катушка контактора K1M обесточивается, размыкаются главные контакты в силовой цепи К1(1-3)М и вспомогательный контакт K1A. Электродвигатель отключается от сети, продолжая вращаться по инерции.
При дальнейшем нажатии на кнопку S2 замыкается цепь катушки контактора К2М, замыкаются контакты К2(1-2)М, электромагнит Y затягивает колодочный тормоз. Кнопка S2 освобождается и принимает исходное положение, контактор К2М обесточивается, контакты К2(1-2)М размыкаются. Статор двигателя и электромагнит отключены от сети, привод остановлен и расторможен. Эта простейшая схема является базой разработки схем фрикционного торможения электродвигателей станочного оборудования, в которых учитывается необходимость реверса, защитных ограждений, сигнализации.
Схема управления асинхронным двигателем с использованием динамического торможения. Такая схема приведена на рис. 4.16. Динамическое торможение, в отличие от торможения противовключением и фрикционного метода, является плавным, мягким торможением. Включение электродвигателя в сеть осуществляется при нажатии кнопки SI («пуск»). Контактор K1M будет включен, замкнутся три главных контакта К1(1-3)М в силовой цепи, замкнется вспомогательный контакт K1А.1, разомкнется контакт К1А.2, замкнется контакт К1А.З, после чего включится реле времени Д1М и замкнет свой контакт РДТ в цепи катушки контактора К2М, которую несколько раньше разомкнул контакт К1А.2.

Отключение статора электродвигателя от сети переменного тока и торможение осуществляется нажатием кнопки S2 («стоп»). Контактор К1М теряет питание, главные контакты К1(1-3)М размыкаются, размыкаются вспомогательные контакты K1A.1, К1А.3, и замыкается контакт К1А.2. Катушка реле времени Д1M теряет питание, однако замыкающий контакт РДТ, будучи ранее замкнутым, разомкнется с выдержкой времени, которая несколько превышает длительность торможения двигателя. При замыкании контакта К1А.2 катушка контактора К2М получит питание, разомкнется вспомогательный контакт блокировки К2А и замкнутся контакты К2(1-2)М. В обмотку статора подается постоянный ток. Обмотка создает неподвижный в пространстве магнитный поток. Во вращающемся по инерции роторе индуцируются ЭДС.
Взаимодействие токов ротора, вызванных этими ЭДС, с неподвижным магнитным потоком создает тормозной момент двигателя

где Mн — номинальный момент двигателя; nс — синхронная скорость двигателя; I»р — приведенный к статору ток ротора; R»р — полное активное сопротивление ротора, приведенное к статору; nд — относительная скорость двигателя, nд = n/nс.
После размыкания контакта реле времени РДТ схема приходит в исходное состояние, двигатель плавно останавливается. Для ограничения постоянного тока служит дополнительный резистор Rт. На базе этой схемы созданы схемы управления электродвигателями лесопильных рам, шпалорезных и других крупных круглопильных станков.
Схема тиристорного управления пуском и торможением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Такая схема изображена на рис. 4.17. В типовой схеме разомкнутого управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в качестве силовых элементов, включенных в статорную цепь двигателя, используются тиристоры в сочетании с релейно-контактными аппаратами в цепи управления. Тиристоры выполняют роль силовых коммутаторов и, кроме того, легко позволяют осуществлять необходимый темп изменения напряжения на статоре двигателя регулированием угла включения тиристоров.

При пуске плавное изменение угла включения тиристоров дает возможность изменять приложенное к статору напряжение от нуля до номинального, тем самым ограничивать токи и момент двигателя. Схема содержит устройство динамического торможения в виде демпфирующего контура. Применение шунтирующего тиристора, замыкающего цепь тока между двумя фазами, приводит к увеличению постоянной составляющей тока, что создает достаточный тормозной момент в области высокой угловой скорости.
Рассмотрим типовую схему комплектного устройства, состоящего в силовой части из группы включенных встречно-параллельно тиристоров VS1…VS4 в фазах А и С и одного короткозамкнутого тиристора между фазами А и В — V5 для управления асинхронным двигателем М. Схема включает блок управления тиристорами БУ и релейно-контактный узел управления.
Нажатием кнопки S1 включается реле K1M и К2М, на управляющие электроды тиристоров VS1…VS4 подаются импульсы, сдвинутые на 60° относительно питающего напряжения. К обмоткам статора двигателя подается пониженное напряжение, уменьшаются пусковой ток и пусковой момент. Ротор двигателя увеличивает скорость вращения, разгоняется. Размыкающий контакт реле К1.2 отключает реле К3M с задержкой времени, зависящей от параметров резистора R7 и конденсатора С4. Размыкающими контактами реле К3М шунтируются соответствующие резисторы в блоке управления тиристорами БУ, и к статору прикладывается полное напряжение сети.
Для остановки двигателя нажимается кнопка S3, обесточивается релейная схема управления, тиристоры VS1…VS4 и напряжение со статора двигателя снимается. При этом за счет энергии, запасенной конденсатором С5, включается на время торможения реле К4М, которое своими контактами К4.2 и К4.3 включает тиристоры VS2 и VS5. По фазам А и В в обмотки статора двигателя протекает ток однополупериодного выпрямления, что обеспечивает эффективное динамическое торможение.
Сила тока, а следовательно, и время динамического торможения регулируются резисторами R1 и R3. Эта схема также имеет шаговый режим. При нажатии кнопки S2 включается реле K5M, которое своими контактами KS.3 и К5.4 включает тиристоры VS2 и VS5. В этом случае по фазам А и В в обмотки статора двигателя протекает ток однополупериодного выпрямления. При отпускании кнопки S2 выключается реле K5M и тиристоры VS2 и VS5; при этом на короткое время за счет энергии, запасенной в конденсаторе Сб, включается реле, которое своим контактом К6.2 включает тиристор VS3, и ротор двигателя поворачивается на некоторый угол вследствие поворота примерно на такой же угол результирующего вектора потока статора.
Шаг поворота зависит от напряжения сети, момента статической нагрузки, момента инерции привода и среднего значения выпрямленного тока. Реализация пошагового режима работы двигателя проводится после его остановки, так как реле К5М первоначально можно включить только после замыкания размыкающих контактов K1.5, К4.1. Шаговый режим работы двигателя создает благоприятные условия наладки.
Схема управления асинхронными электродвигателями с фазным ротором в функции времени. Такая схема представлена на рис. 4.18. Защита силовых цепей двигателя от токов короткого замыкания осуществляется с помощью реле максимального тока FI, F2, F3; защита от перегрузок — электротепловыми реле F4(1-2), нагревательные элементы которых включены через трансформаторы тока TT1, ТТ2. Цепи управления защищаются автоматическим выключателем F5, имеющим максимальную токовую защиту.
При включении рубильника SI и автоматического выключателя FS получит питание реле времени Д1М и замыкающие контакты его Д1А.1, Д1А.2 закроются, тем самым подготовится цепь включения реле времени Д2М и контактора K1M. Размыкающий контакт Д1А.3 разомкнется и выключит цепь катушек контакторов ускорения К2М, R3М, К4М.

При последующем нажатии кнопки S2 («пуск») через замкнувшийся ранее контакт Д1А.2 включится контактор K1M, замкнутся главные контакты К1(1-3) M в силовой цепи, в обмотку статора двигателя M будет подано напряжение. В обмотку ротора при этом включены все пусковые резисторы. Начинается пуск двигателя на первой реостатной характеристике. Одновременно закроется вспомогательный контакт K1A.3, шунтирующий пусковую кнопку, и замкнется контакт K1A.2, через который подается питание в цепь катушек реле времени Д2М, Д3М. Размыкающий вспомогательный контакт K1A.1 отключит цепь реле Д1М, которое отпускает якорь с выдержкой времени при отключении его катушки. Поэтому Д2М не сразу включится и его размыкающий контакт Д2А.1 будет открыт.
Следует отметить, что размыкающий контакт Д1А.З остается еще открытым; по истечении времени выдержки реле Д1М его замыкающий контакт Д1А.1 (а также Д1А.2) откроется, а размыкающий Д1А.З — закроется. В результате этих переключений в схеме управления включится контактор К2М и будет шунтирована первая пусковая ступень резистора — двигатель с первой реостатной характеристики перейдет на вторую, разогнавшись до большей угловой скорости. Кроме того, выключится реле времени Д2М и его размыкающий контакт с выдержкой времени Д2А.1 замкнет цепь катушки контактора К3М, который сработает и замкнет свои контакты К3(1-2)М, т.е. шунтируется вторая пусковая ступень резистора — двигатель переходит на третью реостатную характеристику.
Наконец, после размыкания с выдержкой времени замыкающего контакта Д2А.1 выключится реле Д3М — с выдержкой времени, на которое настроено реле Д3М (соответственно времени пуска двигателя на последней реостатной характеристике), замкнется его контакт Д3А.1, включится контактор К4М и замкнет свои контакты К4(1-3)М. Обмотка ротора будет замкнута накоротко и двигатель будет заканчивать свой разгон в соответствии с его естественной характеристикой. Этим и заканчивается ступенчатый пуск асинхронного двигателя, контролируемый в функции времени электромагнитными реле времени Д1М, Д2М, Д3М.
Останов двигателя производится нажатием кнопки S3. Схема используется для привода механизмов, не требующих реверса, длительность торможения которых после отключения двигателя не имеет существенного значения. В частности, на базе этой схемы создаются схемы управления главным электродвигателем лесопильных рам.

Для управления силовым электрооборудованием в электрических цепях используют разнообразные устройства дистанционного управления, защиты, телемеханики и автоматики, воздействующие на коммутационные аппараты его включения и отключения или регулирования.

На рис.5.4 приведена принципиальная схема управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Данная схема широко используется на практике при управлении приводами насосов, вентиляторов и многих других.

Перед началом работы включают автоматический выключатель QF. При нажатии кнопки SВ2 включается пускатель КМ и запускается двигатель М. Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку SВ1, при этом отключаются пускатель КМ и двигатель М.

Рис.5.4. Схема включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

При перегрузке электродвигателя М срабатывает электротепловое реле КК, размыкающее контакты КК:1 в цепи катушки КМ. Пускатель КМ отключается, двигатель М останавливается.

В общем случае схемы управления могут осуществлять торможение электропривода, его реверсирование, изменять частоту вращения и т.д. В каждом конкретном случае используется своя схема управления.

В системах управления электроприводами широко используются блокировочные связи. Блокировкой обеспечивают фиксацию определенного состояния или положения рабочих органов устройства или элементов схемы. Блокировка обеспечивает надежность работы привода, безопасность обслуживания, необходимую последовательность включения или отключения отдельных механизмов, а также ограничение перемещения механизмов или исполнительных органов в пределах рабочей зоны.

Различают механическую и электрическую блокировки.

Примером простейшей электрической блокировки, применяемой практически во всех схемах управления, является блокировка кнопки «Пуск» SB2 (рис. 5.4.) контактом КМ2. Блокировка этим контактом позволяет после включения двигателя кнопку SB2 отпустить, не прерывая цепи питания катушки магнитного пускателя КМ, которое идет через блокировочный контакт КМ2.

В схемах реверсирования электродвигателей (при обеспечении движения механизмов вперед-назад, вверх-вниз и т.д.), а также при торможении применяются реверсивные магнитные пускатели. Реверсивный магнитный пускатель состоит из двух нереверсивных. При работе реверсивного пускателя необходимо исключить возможность их одновременно включения. Для этого в схемах предусматриваются и электрическая, и механическая блокировки (рис. 5.5). Если реверсирование двигателя выполняется двумя нереверсивными магнитными пускателями, то роль электрической блокировки играют контакты КМ1:3 и КМ2:3, а механическая блокировка обеспечивается кнопками SВ2 и SВ3, каждая из которых состоит из двух контактов, связанных между собой механически. При этом один из контактов-замыкающий, другой — размыкающий (механическая блокировка).

Схема работает следующим образом. Предположим что при включении пускателя КМ1 двигатель М вращается по часовой стрелке и против часовой — при включении КМ2. При нажатии кнопки SВ3 сначала размыкающий контакт кнопки разорвет цепь питания пускателя КМ2 и только потом замыкающий контакт SВ3 замкнет цепь катушки КМ1.

Рис.5.5. Механическая и электрическая блокировки при реверсировании привода

Пускатель КМ1 включается, запускается с вращением по часовой стрелке двигатель М. Контакт КМ1:3 размыкается, осуществляя электрическую блокировку, т.е. пока включен КМ1, цепь питания пускателя КМ2 разомкнута и его нельзя включить. Для осуществления реверса двигателя необходимо его остановить кнопкой SВ1, а затем, нажав кнопку SВ2, запустить в обратную сторону. При нажатии SВ2 сначала размыкающим контактом SВ2 разрывается цепь питания катушки КМ1 и далее замыкается цепь питания катушки КМ2 (механическая блокировка). Пускатель КМ2 включается и реверсирует двигатель М. Контакт КМ2:3, размыкаясь, осуществляет электрическую блокировку пускателя КМ1.

Чаще реверсирование двигателя выполняется одним реверсивным магнитным пускателем. Такой пускатель состоит из двух простых пускателей, подвижные части которых между собой связаны механически с помощью устройства в виде коромысла. Такое устройство называется механической блокировкой, не позволяющей силовым контактом одного пускателя КМ1 одновременно замыкаться силовым контактам другого пускателя КМ2 (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Механическая блокировка «коромыслом» подвижных частей двух пускателей единого реверсивного магнитного пускателя

Электрическая схема управления реверсом двигателя при помощи двух простейших пускателей единого реверсивного магнитного пускателя такая же, как и электрическая схема управления реверсом двигателя с использованием двух нереверсивных магнитных пускателей (рис. 5.5), с применением в электрической схеме таких же электрических и механических блокировок.

При автоматизации электроприводов поточных линий, конвейеров и т.п. применяется электрическая блокировка, которая обеспечивает пуск электродвигателей линии в определенной последовательности (рис. 5.7). При такой схеме, например, включение второго двигателя М2 (рис. 5.7) возможно только после включения первого двигателя М1, включение двигателя М3 – после включения М2. Такая очередность пуска обеспечивается блокировочными контактами КМ1:3 и КМ2:3.

Рис.5.7. Схема последовательного включения двигателей

Пример 5.1. Используя электрическую схему (рис. 5.4) управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, необходимо включить в эту схему дополнительные контакты, обеспечивающие автоматическую остановку электродвигателя рабочего механизма в одной и в двух заданных точках.

Решение. Требование задачи обеспечить остановку электродвигателя в одной заданной точке может быть выполнено путевым выключателем SQ1 с нормально закрытым контактом, установленным последовательно с блок-контактом KM2, шунтирующим кнопку SB2. Для остановки электродвигателя рабочего механизма в двух заданных точках последовательно с контактом путевого выключателя SQ1 размещают контакт второго путевого выключателя SQ2. На рис. 5.8 приведены электрические схемы остановки электродвигателя в одной и в двух заданных точках. После пуска двигателя механизм приходит в движение и при достижении места остановки нажимает на путевой выключатель, например SQ1, и электродвигатель останавливается. После выполнения необходимой технологической операции вновь нажимаем на кнопку SB2, и механизм продолжает движение до следующего путевого выключателя SQ2, где технологическая операция заканчивается.

Рис. 5.8 К примеру 5.1

Пример 5.2. В электрическую схему (рис. 5.5) управления реверсом короткозамкнутого асинхронного двигателя с помощью блокировочных связей следует ввести элементы световой сигнализации для контроля направления вращения двигателя.

Решение. Схема световой сигнализации контроля направления вращения двигателя при реверсе, совмещённая со схемой управления реверсом двигателя, приведена на рис. 5.9. При вращении двигателя, например вправо, горит лампа HL1, включаемая контактом KM1.4 магнитного пускателя KM1, при этом лампа HL2 погашена, т.к. магнитный пускатель KM2 не включён. При вращении двигателя влево горит лампа HL2, включённая контактом KM2.4 магнитного пускателя KM2. Таким образом, лампа HL1 сигнализирует о вращении двигателя вправо, а лампа HL2 — о вращении двигателя влево. В результате блокировочными связями световая сигнализация обеспечивает контроль над направлением вращения двигателя при реверсе.

Рис. 5.9 К примеру 5.2

ВАЖНО! Перед подключением электродвигателя необходимо убедится в правильности в соответствии с его .

1. Условные обозначения на схемах

(далее — пускатель) — коммутационный аппарат предназначенный для пуска и остановки двигателя. Управление пускателем осуществляется через электрическую катушку, которая выступает в качестве электромагнита, при подаче на катушку напряжения она воздействует электромагнитным полем на подвижные контакты пускателя которые замыкаются и включают электрическую цепь, и наоборот, при снятии напряжения с катушки пускателя — электромагнитное поле пропадает и контакты пускателя под действием пружины возвращаются в исходное положение размыкая цепь.

У магнитного пускателя есть силовые контакты предназначенные для коммутации цепей под нагрузкой и блок-контакты которые используются в цепях управления.

Контакты делятся на нормально-разомкнутые — контакты которые в своем нормальном положении, т.е. до подачи напряжения на катушку магнитного пускателя или до механического воздействия на них, находятся в разомкнутом состоянии и нормально-замкнутые — которые в своем нормальном положении находятся в замкнутом состоянии.

В новых магнитных пускателях имеется три силовых контакта и один нормально-разомкнутый блок-контакт. При необходимости наличия большего количества блок-контактов (например при сборке ), на магнитный пускатель сверху дополнительно устанавливается приставка с дополнительными блок-контактами (блок контактов) которая, как правило, имеет четыре дополнительных блок-контакта (к примеру два нармально-замкнутых и два нормально-разомкнутых).

Кнопки для управления электродвигателем входят в состав кнопочных постов, кнопочные посты могут быть однокнопочные, двухкнопочные, трехкнопочные и т.д.

Каждая кнопка кнопочного поста имеет по два контакта — один из них нормально-разомкнутый, а второй нормально-замкнутый, т.е. каждая из кнопок может использоваться как в качестве кнопки «Пуск» так и в качестве кнопки «Стоп».

1. Схема прямого включения электродвигателя

Данная схема является самой простой схемой подключения электродвигателя, в ней отсутствует цепь управления, а включение и отключение электродвигателя осуществляется автоматическим выключателем.

Главными достоинствами данной схемы является дешевизна и простота сборки, к недостаткам же данной схемы можно отнести то, что автоматические выключатели не предназначены для частого коммутирования цепей это, в сочетании с пусковыми токами, приводит к значительному сокращению срока службы автомата, кроме того в данной схеме отсутствует возможность устройства дополнительной защиты электродвигателя.

1. Схема подключения электродвигателя через магнитный пускатель

Эту схему так же часто называют схемой простого пуска электродвигателя , в ней, в отличии от предыдущей, кроме силовой цепи появляется так же цепь управления.

При нажатии кнопки SB-2 (кнопка «ПУСК») подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM-1, при этом пускатель замыкает свои силовые контакты KM-1 запуская электродвигатель, а так же замыкает свой блок-контакт KM-1.1, при отпускании кнопки SB-2 ее контакт снова размыкается, однако катушка магнитного пускателя при этом не обесточивается, т.к. ее питание теперь будет осуществляться через блок-контак KM-1.1 (т.е. блок-контак KM-1.1 шунтирует кнопку SB-2). Нажатие на кнопку SB-1 (кнопка «СТОП») приводит к разрыву цепи управления, обесточиванию катушки магнитного пускателя, что приводит к размыканию контактов магнитного пускателя и как следствие, к остановке электродвигателя.

1. Реверсивная схема подключения электродвигателя (Как изменить направление вращения электродвигателя?)

Что бы поменять направление вращения трехфазного электродвигателя необходимо поменять местами любые две питающие его фазы:

При необходимости частой смены направления вращения электродвигателя применяется :

В данной схеме применяется два магнитных пускателя (KM-1, KM-2) и трехкнопочный пост, магнитные поскатели применяемые в данной схеме кроме нормально-разомкнутого блок-контакта должны так же иметь и нормально замкнутый контакт.

При нажатии кнопки SB-2 (кнопка «ПУСК 1») подается напряжение на катушку магнитного пускателя KM-1, при этом пускатель замыкает свои силовые контакты KM-1 запуская электродвигатель, а так же замыкает свой блок-контакт KM-1.1 который шунтирует кнопку SB-2 и размыкает свой блок-контакт KM-1.2 который защищает электродвигатель от включения в обратную сторону (при нажатии кнопки SB-3) до его предварительной остановки, т.к. попытка запуска электродвигателя в обратную сторону без предварительного отключения пускателя KM-1 приведет к короткому замыканию. Что бы запустить электродвигатель в обратную сторону необходимо нажать кнопу «СТОП» (SB-1), а затем кнопку «ПУСК 2» (SB-3) которая запитает катушку магнитного пускателя KM-2 и запустит электродвигатель в обратную сторону.

10

Управление асинхронным двигателем. Наиболее популярные схемы.

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня поговорим про управление асинхронным двигателем, а так же рассмотрим три простые схемы, которые применяются наиболее часто.

Все электрические принципиальные схемы станков, установок и машин содержат определенный набор типовых блоков и узлов, которые комбинируются между собой определенным образом. В релейно-контакторных схемах главными элементами управления двигателями являются электромагнитные пускатели и реле.

Наиболее часто в качестве привода в станках и установках применяются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели просты в устройстве, обслуживании и ремонте. Они удовлетворяют большинству требований к электроприводу станков. Главными недостатками асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются большие пусковые токи (в 5-7 раз больше номинального) и невозможность простыми методами плавно изменять скорость вращения двигателей.

С появлением и активным внедрением в схемы электроустановок преобразователей частоты такие двигатели начали активно вытеснять другие типы двигателей (асинхронные с фазным ротором и двигатели постоянного тока) из электроприводов, где требовалось ограничивать пусковые токи и плавно регулировать скорость вращения в процессе работы.

   Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Одной из преимуществ использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является простота их включения в сеть. Достаточно подать на статор двигателя трехфазное напряжение и двигатель сразу запускается. В самом простом варианте для включения можно использовать трехфазный рубильник или пакетный выключатель. Но эти аппараты при своей простоте и надежности являются аппаратами ручного управления.

В схемах же станков и установок часто должна быть предусмотрена работа того или иного двигателя в автоматическом цикле, обеспечиваться очередность включения нескольких двигателей, автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя (реверс) и т.д.

Обеспечить все эти функции с аппаратами ручного управления невозможно, хотя в ряде старых металлорежущих станков тот же реверс и переключение числа пар полюсов для изменения скорости вращения ротора двигателя очень часто выполняется с помощью пакетных переключателей. Рубильники и пакетные выключатели в схемах часто используются как вводные устройства, подающие напряжение на схему станка. Все же операции управления двигателями выполняются электромагнитными пускателями.

Включение двигателя через электромагнитный пускатель обеспечивает кроме всех удобств при управлении еще и нулевую защиту. Что это такое будет рассказано ниже.

   Электромагнитный пускатель

Наиболее часто в станках, установках и машинах применяются три электрические схемы:

• схема управления нереверсивным двигателем с использованием одного электромагнитного пускателя и двух кнопок «пуск» и «стоп»,

• схема управления реверсивным двигателем с использованием двух пускателей (или одного реверсивного пускателя) и трех кнопок.

• схема управления реверсивным двигателем с использованием двух пускателей (или одного реверсивного пускателя) и трех кнопок, в двух из которых используются спаренные контакты.

Разберем принцип работы всех этих схем.

1. Управление асинхронным двигателем с помощью одного магнитного пускателя

Схема показана на рисунке.

  Управление асинхронным двигателем с помощью магнитного пускателя

При нажатии на кнопку SB2 «Пуск» катушка пускателя попадает под напряжение 220 В, т.к. она оказывается включенной между фазой С и нулем (N). Подвижная часть пускателя притягивается к неподвижной, замыкая при этом свои контакты. Силовые контакты пускателя подают напряжение на двигатель, а блокировочный замыкается параллельно кнопке «Пуск». Благодаря этому при отпускании кнопки катушка пускателя не теряет питание, т.к. ток в этом случае идет через блокировочный контакт.

Если бы блокировочный контакт не был бы подключен параллельно кнопки (по какой-либо причине отсутствовал), то при отпускании кнопки «Пуск» катушка теряет питание и силовые контакты пускателя размыкаются в цепи двигателя, после чего он отключается. Такой режим работы называют «толчковым». Применяется он в некоторых установках, например в схемах кран-балок.

Остановка работающего двигателя после запуска в схеме с блокировочным контактом выполняется с помощью кнопки SB1 «Стоп». При этом, кнопка создает разрыв в цепи, магнитный пускатель теряет питание и своими силовыми контактами отключает двигатель от питающей сети.

В случае исчезновения напряжения по какой-либо причине магнитный пускатель также отключается, т.к. это равносильно нажатию на кнопку «Стоп» и созданию разрыва цепи. Двигатель останавливается и повторный запуск его при наличии напряжения возможен только при нажатии на кнопку SB2 «Пуск». Таким образом, магнитный пускатель обеспечивает т.н. «нулевую защиту». Если бы он в цепи отсутствовал и двигатель управлялся рубильником или пакетным выключателем, то при возврате напряжения двигатель запускался бы автоматически, что несет серьезную опасность для обслуживающего персонала.

2. Схема управления реверсивным двигателем с помощью двух магнитных пускателей

Схема работает аналогично предыдущей. Изменение направления вращения (реверс) ротор двигателя меняет при изменении порядка чередования фаз на его статоре. При включении пускателя КМ1 на двигатель приходят фазы — A, B, С, а при включении пускателя KM2 — порядок фаз меняется на С, B, A.

Схема показана на рис. 2.

  Управление асинхронным двигателем с помощью двух магнитных пускателей

Включение двигателя на вращение в одну сторону осуществляется кнопкой SB2 и электромагнитным пускателем KM1. При необходимости смены направления вращения необходимо нажать на кнопку SB1 «Стоп», двигатель остановится и после этого при нажатии на кнопку SB3 двигатель начинает вращаться в другую сторону. В этой схеме для смены направления вращения ротора необходимо промежуточное нажатие на кнопку «Стоп».

Кроме этого, в схеме обязательно использование в цепях каждого из пускателей нормально-закрытых (размыкающих) контактов для обеспечения защиты от одновременного нажатия двух кнопок «Пуск» SB2 — SB3, что приведет к короткому замыканию в цепях питания двигателя. Дополнительные контакты в цепях пускателей не дают пускателям включится одновременно, т.к. какой-либо из пускателей при нажатии на обе кнопки «Пуск» включиться на секунду раньше и разомкнет свой контакт в цепи другого пускателя.

Необходимость в создании такой блокировки требует использования пускателей с большим количеством контактов или пускателей с контактными приставками, что удорожает и усложняет электрическую схему.

3. Схема управления реверсивным двигателем с помощью двух магнитных пускателей и трех кнопок (две из которых имеют контакты с механической связью)

Схема показана на рисунке.

  Управление асинхронным двигателем с помощью двух магнитных пускателей и трех кнопок (две из которых имеют контакты с механической связью)

Отличие этой схемы от предыдущей в том, что в цепи каждого пускателя кроме общей кнопки SB1 «Стоп»включены по 2 контакта кнопок SB2 и SB3, причем в цепи КМ1 кнопка SB2 имеет нормально-открытый контакт (замыкающий), а SB3 — нормально-закрытый (размыкающий) контакт, в цепи КМ3 — кнопка SB2 имеет нормально-закрытый контакт (размыкающий), а SB3 — нормально-открытый. При нажатии каждой из кнопок цепь одного из пускателей замыкается, а цепь другого одновременно при этом размыкается.

Такое использование кнопок позволяет отказаться от использования дополнительных контактов для защиты от одновременного включения двух пускателей (такой режим при этой схеме невозможен) и дает возможность выполнять реверс без промежуточного нажатия на кнопку «Стоп», что очень удобно. Кнопка «Стоп» нужна для окончательной остановки двигателя.

Приведенные в статье схемы являются упрощенными. В них отсутствуют аппараты защиты (автоматические выключатели, тепловые реле), элементы сигнализации. Такие схемы также часто дополняются различными контактами реле, выключателей, переключателей и датчиков. Также возможно питание катушки электромагнитного пускателя напряжение 380 В. В этом случае он подключается от двух любых фаз, например, от А и B. Возможно использование понижающего трансформатора для понижения напряжения в схеме управления. В этом случае используются электромагнитные пускатели с катушками на напряжение 110, 48, 36 или 24 В.

Смотрите также по этой теме:

   Короткозамкнутый и фазный ротор. В чем различие?

   Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

   Как работает электродвигатель. Преимущества и недостатки разных видов.

   Асинхронный двигатель. Устройство и принцип работы.

   Принцип работы электродвигателя. Простыми словами о сложном.

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Подавляющее большинство электродвигателей, используемых в промышленности – асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В новом оборудовании их доля составляет более 95%, остальное – серводвигатели, шаговые двигатели, щеточные двигатели постоянного тока и некоторые другие специфические виды приводов.

Преимущества асинхронного двигателя

Конструкция. По сравнению с другими типами электродвигателей асинхронный двигатель имеет наиболее простую конструкцию. С одной стороны это объясняется использованием стандартной трехфазной системы электроснабжения, с другой – принципом действия агрегата. Данная особенность обуславливает еще одно важное преимущество — невысокую цену асинхронных приводов. Среди двигателей разных типов одинаковой мощности асинхронный будет самым дешевым.

Подключение. Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не нужны дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Достаточно обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет работать.

Эксплуатация. Затраты на эксплуатацию асинхронного электродвигателя крайне малы, а обслуживание не представляет никаких сложностей. Нужно лишь время от время проводить чистку от пыли и по необходимости протягивать контакты подключения. При правильной установке и эксплуатации двигателя замена подшипников производится раз в 15-20 лет.

Недостатки асинхронных двигателей

Скорость вращения ротора. Скорость вращения вала двигателя зависит от частоты питающей сети (стандартные значения в промышленности – 50 и 60 Гц) и от количества полюсов обмоток статора.

Это можно считать недостатком в том случае, когда необходимо в процессе работы менять скорость вращения. Для решения данной проблемы были разработаны многоскоростные асинхронные двигатели, у которых имеется возможность переключения обмоток.

Кроме того, в современном оборудовании управление скоростью реализуется за счет преобразователей частоты.

Скольжение. Эффект скольжения проявляется в том, что частота вращения ротора всегда будет меньше частоты вращения поля внутри статора. Это заложено в принцип работы асинхронного двигателя и отражено в его названии. Скольжение также зависит от механической нагрузки на валу.

При необходимости скольжение можно скомпенсировать, а скорость вращения сделать независимой от нагрузки при помощи преобразователя частоты.

Величина напряжения питания. В сырых и влажных помещениях, где действуют повышенные требования к электробезопасности, применение асинхронного электродвигателя может быть невозможным. Дело в том, что из-за конструктивных особенностей такие двигатели практически не производятся на напряжение питания менее 220 В. В таких случаях применяют приводы постоянного тока, рассчитанные на напряжение 48 В и менее, либо используют гидравлические или пневматические приводы.

Чувствительность к напряжению питания. При отклонении напряжения питания более чем на 5% параметры двигателя могут отличаться от номинальных, а сам агрегат может перегреваться. Кроме того, при понижении напряжения падает момент электродвигателя, который квадратически зависит от напряжения.

При использовании преобразователя частоты скорость вращения меняется путем изменения величины и частоты питающего напряжения. Принципиально, что отношение напряжения к частоте должно быть константой.

Пусковой ток. Большой пусковой ток – проблема асинхронных двигателей мощностью более 10 кВт. При пуске ток может превышать номинальный в 5-8 раз и длиться несколько секунд. Из-за этого негативного эффекта мощные двигатели нежелательно подключать напрямую.

Чаще всего для понижения пускового тока применяют схему «Звезда-Треугольник», устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Также можно использовать асинхронные двигатели с фазным ротором.

Пусковой момент. В силу электрических и механических переходных процессов в момент пуска двигатель обладает крайне низким КПД и большой реактивностью. Из-за низкого пускового момента привод может не справиться с началом вращения тяжелых механизмов. Этот же недостаток приводит к нагреву двигателя при пуске. Отсюда возникает другая проблема – ограничение количества пусков в единицу времени.

При использовании частотного преобразователя момент при пуске и на низких частотах может быть увеличен за счет повышения напряжения.

Вывод

Плюсы асинхронных двигателей значительно перевешивают минусы. В большинстве случаев недостатки компенсируются путем применения преобразователей частоты и других устройств пуска.

Другие полезные материалы:
Способы защиты электродвигателей
Когда не нужен плавный пуск
Когда нецелесообразно ремонтировать двигатель

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НАРУЖНОГО РОТОРА

---

---

ЦЕЛЕЙ:

• перечислить основные компоненты многофазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

• Опишите, как развивается синхронная скорость в этом типе двигателя.

• опишите, как регулятор скорости, подключенный к щеткам двигателя, обеспечивает диапазон переменной скорости для двигателя.

• указать, как крутящий момент, регулирование скорости и эффективность работы на двигатель влияет регулятор скорости.

• демонстрируют, как изменить направление вращения индукционной катушки с фазным ротором. мотор.

До последних нескольких лет регулирование скорости переменного тока было очень трудным. со штатным мотором. Поэтому другой тип двигателя и системы управления разрабатывался и широко использовался в течение многих лет. Этот мотор устанавливается редко как новая система сейчас. Электрики по обслуживанию должны быть знакомы с этим типом двигателя и системы управления.

Для многих промышленных двигателей требуются трехфазные двигатели с регулируемой контроль скорости.Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не может использоваться без дополнительных элементы управления для работы с переменной скоростью, потому что его скорость по существу постоянна. Другой тип асинхронного двигателя был разработан для приложений с регулируемой скоростью. Этот двигатель называется асинхронным двигателем с фазным ротором или электродвигателем переменного тока с фазным ротором.

ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЗАВОДОМ РОТОРА

Приводы двигателей с фазным ротором

используют специально сконструированный двигатель переменного тока для достижения контроль скорости и присущая им способность обеспечивать высокий пусковой крутящий момент с относительно низким пусковым током.

Эти двигатели теперь устанавливаются на тяжелых производственных объектах, таких как шаровые мельницы, измельчители и цементные мельницы, чтобы обеспечить надежный двигатель, способный плавно разгонять высокоинерционные грузы до скорости. Обмотки ротора двигателя выводятся из двигателя через контактные кольца на валу ротора. рисунок 1 показана элементарная схема электродвигателя с фазным ротором и регулируемой частотой вращения. водить машину. Эти обмотки подключены к контроллеру, который ставит переменные резисторы. последовательно с обмотками.Характеристики крутящего момента двигателя можно контролировать с помощью этих переменных резисторов или жидких реостатов.

Двигатели с фазным ротором чаще встречаются в больших размерах, то есть от 100 до 1000 л.с. и выше.

Фиг.1

Принципиальная схема регулируемого привода с фазным ротором.

Характеристики двигателей с фазным ротором

Двигатели с фазным ротором

имеют следующие преимущества, делающие их пригодными для использования: для различных приложений:

• Стоимость — Начальная стоимость умеренная для высокомощных агрегатов.

• Управление — не нужно контролировать всю мощность, что приводит к умеренному размеру и простой контроллер.

• Конструкция — простая конструкция двигателя и управления удобна к техническому обслуживанию без необходимости высокого уровня подготовки.

• Высокоинерционные нагрузки — привод хорошо работает с высокоинерционными нагрузками.

Недостатки двигателей с фазным ротором

Двигатели с фазным ротором также имеют недостатки:

• Двигатель, изготовленный по индивидуальному заказу — двигатель имеет ротор, обмотанный проволокой и контактными кольцами, и нелегко получить, но все еще производится.

• КПД — привод не поддерживает высокий КПД на низких скоростях.

• Диапазон скоростей — привод обычно ограничен диапазоном скоростей от двух до одного.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ДЕТАЛИ

Рис. 2 Детали двигателя с фазным ротором.

Рис. 3 Пускатель для многофазного асинхронного двигателя.

Рис. 4 Ротор двигателя с фазным ротором.

Рис. 5 Многофазный асинхронный двигатель с подшипником скольжения, с фазным ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором состоит из сердечника статора с трехфазным электродвигателем. обмотка, намотанный ротор с контактными кольцами, щетками и щеткодержателями, и два торцевые щиты для размещения подшипников, поддерживающих вал ротора.

На рисунках 2, 3, 4 и 5 показаны основные части индукционной системы с фазным ротором. мотор.

Статор Типичный статор содержит трехфазную обмотку, удерживаемую на месте в прорези многослойного стального сердечника, показанные на рис. 3. Обмотка состоит из сформированных катушек, расположенных и соединенных таким образом, что три однофазные обмотки разнесены на 120 электрических градусов.Отдельные однофазные обмотки подключаются по схеме звезды или треугольника. Три линейных вывода выведены на клеммная коробка, установленная на раме двигателя. Это та же конструкция в качестве статора двигателя с короткозамкнутым ротором.

Ротор

Ротор состоит из цилиндрического сердечника, состоящего из стальных пластин. Слоты Врезанный в цилиндрический сердечник удерживает сформированные витки проволоки для обмотки ротора.

Обмотка ротора состоит из трех однофазных обмоток, разнесенных на 120 эл. градусы друг от друга.Однофазные обмотки подключаются по схеме «звезда» или «треугольник». (Обмотка ротора должна иметь такое же количество полюсов, что и обмотка статора.) Три вывода от трехфазной обмотки ротора оканчиваются тремя фазами скольжения. кольца, установленные на валу ротора. Выводы от угольных щеток, которые ездят на этих контактные кольца подключены к внешнему контроллеру скорости для изменения ротора сопротивление для контроля скорости.

Щетки надежно удерживаются на контактных кольцах намотанного ротора с помощью регулируемого пружины, установленные в щеткодержателях.Щеткодержатели фиксируются в одном положении. Для этого типа двигателя нет необходимости менять положение щетки, как иногда требуется при работе генератора постоянного тока и двигателя.

Моторная рама

Корпус двигателя изготовлен из литой стали. Сердечник статора прижимается прямо к раме. Два торцевых щита прикручены к стальному литью. Рамка. Один из торцевых щитов больше другого, потому что он должен вмещать щеткодержатели и щетки, которые скользят по контактным кольцам намотанного ротора.Кроме того, он часто содержит съемные смотровые лючки.

Подшипниковая опора такая же, как и в индукционной короткозамкнутой клетке. моторы.

В торцевых щитках используются подшипники скольжения или шарикоподшипники.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Рис. 6 Подключения асинхронного двигателя с фазным ротором и регулятора скорости.

Когда три тока, разнесенные на 120 электрических градусов, проходят через три однофазные обмотки в пазах сердечника статора, вращающийся магнитный месторождение разрабатывается.Это поле движется вокруг статора. Скорость вращающееся поле зависит от количества полюсов статора и частоты источник питания. Эта скорость называется синхронной и определяется применяя формулу, используемую для определения синхронной скорости вращающегося область асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Синхронная скорость в об / мин = 120 × Частота в герцах

Число полюсов или об / мин = 120 × f p

Поскольку вращающееся поле движется с синхронной скоростью, оно сокращает трехфазная обмотка ротора и индуцирует в этой обмотке напряжения.Обмотка ротора соединена с тремя контактными кольцами, установленными на роторе. вал. Щетки на контактных кольцах подключаются к внешнему тройнику. группа резисторов (регулятор скорости), показанная на рис. 6. Наведенные напряжения в обмотках ротора возникают токи, идущие по замкнутому пути от обмотка ротора к регулятору скорости, соединенному звездой. Токи ротора создают магнитное поле в сердечнике ротора, основанное на действии трансформатора. Этот ротор поле реагирует с полем статора, создавая крутящий момент, который вызывает ротор повернуть.Регулятор скорости иногда называют вторичным сопротивлением. контроль.

Теория пуска асинхронных двигателей с фазным ротором

Для запуска мотора все сопротивления регулятора скорости, соединенного звездой, вставлен в цепь ротора. В Цепь статора запитана от трехфазной сети. Напряжение индуцированное в роторе развиваются токи в цепи ротора. Токи ротора, однако их значение ограничено сопротивлением регулятора скорости.В качестве в результате ток статора также ограничен по величине. Другими словами, чтобы минимизировать пускового скачка тока в асинхронном двигателе с ротором, вставьте полное сопротивление регулятора скорости в цепи ротора. Стартовый крутящий момент зависит от сопротивления, вставленного во вторичную обмотку ротора. С участием сопротивление во вторичной обмотке, коэффициент мощности ротора высокий или близкий к единству. Это означает, что ток ротора почти совпадает по фазе с индуцированным ротором. Напряжение. Если ток ротора находится в фазе с напряжением, индуцированным ротором, тогда магнитные полюса ротора создаются одновременно со статором полюса.Это создает сильный магнитный эффект, который создает сильный пусковой сигнал. крутящий момент. По мере ускорения двигателя ступеньки сопротивления в соединении звездой регулятор скорости может быть отключен от цепи ротора до тех пор, пока двигатель не разгонится к его номинальной скорости.

Контроль скорости

Внесение сопротивления в цепь ротора не только ограничивает пусковой скачок тока, но также производит высокий пусковой крутящий момент и обеспечивает средства регулировки скорости. Если полное сопротивление скорости контроллер вставляется в цепь ротора при работающем двигателе, ток ротора уменьшается, и двигатель замедляется.По мере уменьшения скорости ротора в обмотках ротора индуцируется большее напряжение, и увеличивается ток ротора. разработан для создания необходимого крутящего момента на пониженной скорости.

Если в цепи ротора снято все сопротивление, ток и двигатель увеличение скорости. Однако частота вращения ротора всегда меньше синхронной. скорость поля, развиваемого обмотками статора. Напомним, что этот факт также верно и для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Скорость заведенного ротора двигателем можно управлять вручную или автоматически с помощью реле времени, контакторов, и электронный контроль скорости.

Двигатель с фазным ротором может быть запущен с помощью полупроводниковых регуляторов. с полным вторичным сопротивлением в цепи, а затем входной мощностью также контролируется для обеспечения плавного ускорения и максимального крутящего момента. Как двигатель достигает полного входного напряжения, вторичные резисторы могут быть сняты с схема, и двигатель будет работать с аналогичными характеристиками, что и беличья клетка мотор. Когда сопротивление повторно вставлено во вторичную цепь, скорость двигателя замедляется, и основной электронный привод также можно отрегулировать, чтобы обеспечить постепенное регулировка скорости.

Рис. 7 Рабочие характеристики двигателя с фазным ротором.

Характеристики крутящего момента При приложении нагрузки к двигателю оба процента скольжения ротора и крутящий момент, развиваемый в роторе, увеличиваются. Как показано в График на рис.7, соотношение между крутящим моментом и процентом скольжения практически прямая линия.

На рис. 7 показано, что характеристики крутящего момента индукционной системы с фазным ротором двигатель исправен, когда вставлено полное сопротивление регулятора скорости в контуре ротора.

Большое сопротивление в цепи ротора вызывает ток ротора. быть почти в фазе с индуцированным напряжением ротора. В результате поле, создаваемое током ротора, почти совпадает по фазе с полем статора. Если два поля одновременно достигают максимального значения, будет сильная магнитная реакция, приводящая к высокому крутящему моменту. Однако если все сопротивление регулятора скорости снимается с цепи ротора и двигателя запускается, крутящий момент оставляет желать лучшего.Схема ротора минус скорость Сопротивление регулятора состоит в основном из индуктивного сопротивления. Это означает, что ток ротора отстает от индуцированного напряжения ротора, и, следовательно, ток ротора отстает от тока статора. В результате поле ротора создаваемый током ротора отстает от поля статора, которое создается ток статора. Результирующая магнитная реакция двух полей относительно маленькие, потому что они достигают своих максимальных значений в разных точках.В итоге, тогда выходной пусковой момент асинхронного двигателя с фазным ротором является плохим, когда все сопротивление снимается с цепи ротора.

Регулировка скорости

Как обсуждалось ранее, вставка сопротивления на скорости Контроллер улучшает пусковой момент двигателя с фазным ротором на низких скоростях. Однако на обычных скоростях наблюдается обратный эффект. Другими словами, регулировка скорости двигателя хуже, когда в ротор добавляется сопротивление цепь на более высокой скорости.По этой причине сопротивление регулятора скорости снимается, когда двигатель набирает номинальную скорость.

На рис. 8 показаны скоростные характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Обратите внимание, что кривая характеристики скорости, полученная, когда все сопротивление Вырезание регулятора скорости указывает на относительно хорошее регулирование скорости. Вторая кривая скоростной характеристики, возникающая, когда все сопротивление вставленный в регулятор скорости, имеет заметное падение скорости при увеличении нагрузки.Это указывает на плохую регулировку скорости.

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности асинхронного двигателя с фазным ротором на холостом ходу составляет всего Отставание от 15% до 20%. Однако при приложении нагрузки к двигателю коэффициент мощности улучшается и увеличивается до 85–90% при номинальной нагрузке.

На рис. 9 показан график коэффициента мощности ротора с фазным ротором. асинхронный двигатель от холостого хода до полной нагрузки. Низкая запаздывающая мощность Фактор на холостом ходу обусловлен тем, что намагничивающая составляющая тока нагрузки такова. большая часть общего тока двигателя.Намагничивающая составляющая нагрузки ток намагничивает железо, вызывая взаимодействие между ротором и статор за счет взаимной индуктивности.

Рис. 8 Кривые частотных характеристик двигателя с фазным ротором.

По мере увеличения механической нагрузки на двигатель синфазная составляющая тока увеличивается для удовлетворения повышенных требований к мощности. Намагничивающая составляющая тока остается прежним. Поскольку общий ток двигателя равен теперь почти в фазе с линейным напряжением, наблюдается улучшение коэффициент мощности.

Операционная эффективность

Асинхронный двигатель с фазным ротором и всем сопротивлением. вырезать из регулятора скорости и показать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором почти такой же КПД. Однако, когда двигатель должен работать на малых скоростях с отключением всего сопротивления в цепи ротора КПД двигателя плохая из-за потерь мощности в ваттах на резисторах регулятор скорости.

Рис. 9 Коэффициент мощности асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 10 Кривые КПД асинхронного двигателя с фазным ротором. ЭФФЕКТИВНОСТЬ КРИВАЯ СО ВСЕМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ВНЕ ЦЕПИ РОТОРА КРИВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ С ПОЛНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ В ЦЕПИ РОТОРА

На рис. 10 показан КПД индукционной системы с фазным ротором. мотор.

Верхняя кривая показывает самые высокие результаты эффективности работы, когда скорость контроллер находится в быстром положении, и в ротор нет сопротивления схема.

Нижняя кривая показывает меньшую эффективность работы.Это происходит, когда скорость контроллер находится в медленном положении, и все сопротивление контроллера вставлено в контуре ротора.

Реверс вращения

Направление вращения асинхронного двигателя с фазным ротором меняет местами соединения любых двух из трех линий отведений, показанных на рис. 11. Эта процедура идентична используемой процедуре. для изменения направления вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Рис. 11 Изменения, необходимые для изменения направления вращения ротора на обратное. мотор.

Электрик ни в коем случае не должен пытаться изменить направление вращения. асинхронного двигателя с фазным ротором путем переключения любого из выводов, питающих от контактных колец к регулятору скорости. Изменения в этих связях будут не меняйте направление вращения двигателя.

РЕЗЮМЕ

Двигатель с фазным ротором сегодня редко устанавливается как новый двигатель, но многие из эти двигатели все еще используются. Двигатели с фазным ротором обычно имеют большую мощность в лошадиных силах. двигатели специального назначения.Двигатель с фазным ротором может использоваться для переменной скорости с вставкой вторичных резисторов. Стартовый ток и пусковой момент двигателя были первоочередными задачами, когда выбор двигателя с фазным ротором для установки. Есть еще много ссылок к двигателю с фазным ротором, используемому в Национальном электротехническом кодексе.

ВИКТОРИНА

A. Дайте полные ответы на вопросы с 1 по 9.

1. Перечислите основные части асинхронного двигателя с фазным ротором.__

2. Перечислите две причины, по которым асинхронный двигатель с ротором запускается со всеми сопротивление, вставленное в контроллер. _____

3. Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет шесть полюсов и рассчитан на частоту 60 Гц. В скорость этого двигателя при полной нагрузке со всем сопротивлением, отключенным от скорости контроллер 1120 об / мин. Какова синхронная скорость поля, установленного обмотки статора? ____

4. Определите процент скольжения при номинальной нагрузке для рассматриваемого двигателя. 3.

5. Почему асинхронный двигатель с фазным ротором используется вместо индукционного двигателя с короткозамкнутым ротором? двигатель для некоторых промышленных применений?

6. Почему процентный КПД асинхронного двигателя с ротором низкий, когда работает при номинальной нагрузке со всем сопротивлением в регуляторе скорости?

7. Что необходимо сделать, чтобы изменить направление вращения ротора с фазной головкой. Индукционный двигатель?

8. Почему низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя с ротором без нагрузки?

9.Перечислите два фактора, которые влияют на синхронную скорость вращения магнитное поле, создаваемое током в обмотках статора.

B. Выберите правильный ответ для утверждений пунктов с 10 по 17, и поместите соответствующую букву в отведенное место.

10. Скорость двигателя с фазным ротором увеличивается на a. вставка сопротивления в первичном контуре.

г. вставка сопротивления во вторичной цепи.

г. уменьшение сопротивления во вторичной цепи.

г. уменьшение сопротивления в первичной цепи.

11. Пусковой ток асинхронного двигателя с ротором ограничен _

.

а. уменьшение сопротивления в первичной цепи.

г. уменьшение сопротивления во вторичной цепи.

г. вставка сопротивления в первичной цепи.

г. вставка сопротивления во вторичной цепи.

12. Направление вращения электродвигателя с фазным ротором изменяют перестановкой мест. любые два из трех:

а.L1, L2 или L3.

г. Т1, Т2 или Т3.

г. M1, M2 или M3.

г. все вышеперечисленное

13. Двигатели с фазным ротором могут использоваться с ___

а. ручные регуляторы скорости.

г. автоматические регуляторы скорости.

г. выбор кнопки.

г. все вышеперечисленное

14. Эффективность полной нагрузки двигателя с фазным ротором является наилучшей, когда _

а. все сопротивление отключено от вторичной цепи.

г.все сопротивление отключено во вторичной цепи.

г. он работает медленно.

г. он работает на средней скорости.

15. Основным преимуществом многофазного двигателя с фазным ротором является то, что он __

а. имеет низкий пусковой момент.

г. имеет широкий диапазон скоростей.

г. быстро изменится.

г. имеет низкий диапазон скоростей.

16. Двигатель с фазным ротором назван так потому, что

а. ротор намотан проволокой.

г.статор намотан проволокой.

г. контроллер обмотан проводом.

г. все вышеперечисленное верно

17. Намагничивающая составляющая тока нагрузки

а. составляет небольшую часть от общего тока двигателя без нагрузки.

г. намагничивает железо, вызывая взаимодействие между ротором и статором.

г. составляет большую часть от общего тока двигателя при полной нагрузке.

г. не зависит от коэффициента мощности.

Индукционная машина с ротором

— обзор

5.9.4 Моделирование индукционных генераторов с двойным питанием

Модель dq асинхронного генератора с двойным питанием и вращающимся ротором аналогична модели асинхронного двигателя, представленной в уравнении (5.88). Однако есть важное исключение; напряжения ротора dq e _dr и e _qr , указанные в уравнении (5.88b), не равны нулю. Они равны напряжениям, подаваемым преобразователем на стороне ротора. Эквивалентная схема установившегося режима индукционного генератора с двойным питанием показана на рисунке 5.34 со всеми количествами ротора, относящимися к статору.

Рисунок 5.34. Установившаяся эквивалентная схема индукционного генератора с двойным питанием

Трехфазное короткое замыкание в сети вызовет симметричный провал напряжения на выводах генератора и большие колебательные токи в обмотке ротора, подключенной к преобразователю на стороне ротора. Управление большими токами ротора требует большого и неэкономичного номинального напряжения ротора. Следовательно, большие токи ротора могут протекать через переключатели преобразователя и повредить их.Однако для защиты этих переключателей от повреждения можно использовать схему защиты преобразователя, называемую «ломовой», которая подключена к обмотке ротора через встречно-параллельные тиристоры, как показано на рисунке 5.31. Когда обнаруживается большой мгновенный ток ротора в любой фазе, превышающий допустимый предел преобразователя, переключатели преобразователя немедленно блокируются, и тиристоры цепи лома срабатывают, чтобы предотвратить большое перенапряжение в звене постоянного тока. Это действие лома эффективно замыкает и обходит преобразователь и заставляет токи ротора течь в цепь лома.Поскольку генератор может работать со скоростью, значительно превышающей синхронную скорость, некоторые схемы лома могут также включать импеданс, обычно только сопротивление, последовательно с обмоткой ротора, чтобы снизить потребление реактивной мощности генератора и улучшить его электрический крутящий момент. / скоростные характеристики. Блокировка переключателей преобразователя и срабатывание схемы защиты лома происходит очень быстро и может произойти в течение 2 мс. После обхода преобразователя обмотка ротора генератора выглядит практически аналогичной обмотке обычного индукционного генератора с фазным ротором с внешним сопротивлением ротора R _cb , как показано на рисунке 5.35а.

Рисунок 5.35. Асинхронный генератор с двойным питанием и срабатыванием защиты преобразователя со стороны ротора: (а) преобразователь закорочен ломом через сопротивление R _cb и (б) преобразователь защищен прерывателем постоянного тока через сопротивление R _Chop параллельно с конденсатором звена постоянного тока

Дальнейшие действия зависят от требований энергосистемы, к которой подключен генератор. Весь ветрогенератор может быть отключен от сети переменного тока.В качестве альтернативы может быть отключен только преобразователь ротора, но не генератор ветровой турбины, который продолжает работать как индукционная машина с фазным ротором с более высоким сопротивлением ротора. Стратегия управления преобразователем, более благоприятная для сети, заключается в том, чтобы турбогенератор оставался подключенным к сети, а преобразователь ротора был подключен к ротору, но быстро восстанавливал управление током ротора, как только токи ротора упали ниже достаточно низкого значения.

Возвращаясь к вкладу тока короткого замыкания генератора, как только преобразователь отключен и ротор закорочен через сопротивление R _cb , постоянная времени переходного короткого замыкания индукционного генератора с двойным питанием равна модифицирован с помощью R _cb и рассчитывается с использованием уравнения (5.134) следующим образом:

(5.135) Tcb ′ = 1ωs (Rr + Rcb) (Xσr + 11Xσr + 1Xm) ≈X′ωs (Rr + Rcb) s

. всегда близко к нулю, скольжение для типичного асинхронного генератора с двойным питанием может варьироваться от с = 0,3 о.е. в субсинхронном режиме до с = -0,2 о.е. для сверхсинхронной скорости в зависимости от номинальной скорости и конструкции машины. Следовательно, используя уравнение (5.112b) и предполагая, что R _cb не намного меньше, чем X ‘, изменение тока из-за трехфазного короткого замыкания приблизительно равно

(5.136a) ir (t) ≈2Vms (1-sx′2 + Rcb2) [et / T′cbcos {(1-s) ωst + θ0-π / 2} -et / Tacos (θo-π / 2)]

, где X ‘и T _a имеют значения, указанные в уравнениях (5.94c) и (5.108) для обмотки с одним ротором, соответственно.

Огибающая максимального тока короткого замыкания определяется как

(5.136b) ir (t) ≈2Vms (1-sx’2 + Rcb2) [et / T’cb + et / Ta]

Очевидно, в общем случае индукционного генератора с двойным питанием коэффициент (1 — с ) в уравнениях (5.136a) и (5.136b) нельзя приравнять к единице, если начальная скорость генератора не близка к синхронной скорости. Из уравнения (5.136a) частота f _sc тока короткого замыкания статора определяется как

(5.136c) fsc = (1-s) fsHz

, где s — скольжение генератора на единицы и f _s — номинальная частота системы в Гц. Разница между частотой тока короткого замыкания статора и номинальной частотой влияет на момент времени, который соответствует первому и последующим пикам тока короткого замыкания по уравнению (5.136а). В то время как этот момент времени почти равен половине цикла номинальной частоты для синхронных машин и асинхронных машин с фиксированной скоростью, это будет иметь место только в случае генератора с двойным питанием, если скорость его ротора изначально близка к синхронной скорости. Если генератор с двойным питанием первоначально работает с высокой выходной активной мощностью, например при скольжении с = -0,15 о.е., его скорость будет сверхсинхронной, а частота тока короткого замыкания, предполагая систему с частотой 50 Гц, составляет f _sc = 1.15 × 50 Гц = 57,5 ​​Гц. Результатом этого является то, что момент первого пика тока произойдет раньше обычного полупериода промышленной частоты. И наоборот, если машина изначально работает на субсинхронной скорости, например при скольжении с = 0,2 о.е., имеем f _sc = 0,8 × 50 Гц = 40 Гц и момент первого пика тока наступит после полупериода номинальной частоты. Уравнение (5.136a) также предполагает, что величина тока обратно пропорциональна (1 — с ), то есть начальная величина тока выше, если генератор первоначально работает на минимальной подсинхронной скорости.

В конструкции генератора с двойным питанием, подходящей для сети, упомянутой выше, цепь лома быстро отключается, а переключатели преобразователя разблокируются после некоторой временной задержки с момента возникновения тока короткого замыкания. Задержка предназначена для того, чтобы мгновенный ток ротора, особенно его постоянная составляющая, снизился до достаточно низкого значения. Выключение лома и разблокировка переключателей преобразователя позволяет преобразователю восстановить контроль над токами ротора. Это позволяет генератору подавать заранее определенное и постоянное значение тока короткого замыкания статора, величина которого зависит от удерживаемого напряжения статора.Обычно этот постоянный ток является максимальным реактивным током, который может постоянно подаваться генератором в условиях пониженного напряжения на клеммах без превышения его номинального значения.

Если место повреждения находится в сети и достаточно удалено от генератора, предел тока преобразователя на стороне ротора не может быть превышен, и, следовательно, схема защитного лома не будет работать. Таким образом, на величину подаваемого тока статора может влиять и изменять стратегия управления напряжением / реактивной мощностью преобразователя.Например, рассмотрим преобразователь на стороне ротора, работающий в режиме управления напряжением на клеммах статора, с использованием АРН, действующего через преобразователь для обеспечения требуемого изменения напряжения ротора. Степень влияния АРН на ток короткого замыкания статора, подаваемый генератором, зависит от параметров системы управления преобразователем, например постоянные усиления и времени, а также постоянная времени переходного процесса короткого замыкания генератора T ′. Анализ, аналогичный представленному в Разделе 5.4.7 для синхронного генератора без демпферной обмотки может также использоваться здесь для индукционного генератора с двойным питанием обмотки ротора. Таким образом, если предполагается мгновенное или ступенчатое изменение напряжения ротора, ток статора начинает увеличиваться с постоянной времени, равной постоянной времени короткого замыкания индукционного генератора T ‘. Это изменение будет наложено на ток, вызванный коротким замыканием, который затухает с той же постоянной времени T ‘. Следовательно, спад тока короткого замыкания, подаваемого генератором, может быть остановлен, и в какой-то момент ток может даже начать увеличиваться.Это поведение качественно аналогично поведению синхронного генератора, показанного на рис. 5.14, хотя время, когда ток может начать увеличиваться, может быть намного короче и составлять всего несколько циклов промышленной частоты. Если это происходит во время отключения тока автоматического выключателя, то это увеличение необходимо принимать во внимание при оценке работы автоматических выключателей при отключении при коротком замыкании.

Поведение тока короткого замыкания генератора с двойным питанием зависит от того, является ли сбой сбалансированным или несимметричным.Во время несимметричных замыканий в сети, которые создают большое напряжение NPS на клеммах генератора и соответствующий большой ток ротора NPS, может произойти постоянная работа лома до тех пор, пока неисправность не будет устранена.

Стратегии защиты преобразователя, используемые в технологии генераторов с двойным питанием, все еще развиваются. Альтернативой использованию схемы с ломом является стратегия, которая блокирует переключатели преобразователя, но регулирует напряжение конденсатора звена постоянного тока с помощью цепи прерывателя постоянного тока, подключенной параллельно конденсатору звена постоянного тока.Схема прерывателя постоянного тока представляет собой управляемый резистор силовой электроники, то есть переменный резистор. Блокировка переключателей преобразователя и работа цепи прерывателя постоянного тока параллельно с конденсатором звена постоянного тока показаны на Рисунке 5.35 (b). Влияние преобладающего сопротивления прерывателя постоянного тока R _Chop на поведение тока короткого замыкания статора машины аналогично влиянию R _cb цепи лома, показанной на рисунке 5.35 (a).

Включение вклада тока короткого замыкания в программы анализа фиксированного импеданса в установившемся режиме требует знания изменения во времени тока короткого замыкания в течение периода короткого замыкания. Это изменение, возможно, потребуется установить для ближних и удаленных повреждений, то есть с ломом и без него, или с другими защитными действиями преобразователя, используя подробные программы моделирования во временной области и принимая во внимание стратегию управления напряжением / реактивным током преобразователя. Производители лучше всего могут предоставить такую ​​информацию коммунальным предприятиям энергосетей.

Асинхронный двигатель с ротором

— обзор

3.1.3.1 Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока бывают трех основных типов: асинхронные, синхронные и последовательные, и определяются следующим образом:

Асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором первичная обмотка на одном элементе (обычно статоре) подключена к источнику питания, а многофазная вторичная обмотка или вторичная обмотка с короткозамкнутым ротором — на другом элементе (обычно роторе). несет индуцированный ток.Есть два типа:

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это двигатель, в котором вторичная цепь состоит из обмотки с короткозамкнутым ротором, подходящим образом размещенной в пазах вторичного сердечника.

Асинхронный двигатель с фазным ротором. Асинхронный двигатель с фазным ротором — это асинхронный двигатель, вторичная цепь которого состоит из многофазной обмотки или катушек, выводы которых либо закорочены, либо замкнуты через соответствующие цепи.

Синхронный двигатель. Синхронный двигатель — это синхронная машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Двигатель с последовательной обмоткой. Двигатель с последовательной обмоткой — это двигатель, в котором цепь возбуждения и цепь якоря соединены последовательно.

Многофазные двигатели. Многофазные двигатели переменного тока бывают с короткозамкнутым ротором, с фазным ротором или синхронными.

Дизайнерские письма. Многофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и интегральной мощностью могут быть одного из следующих:

Конструкция A.Конструкция A Двигатель — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для выдерживания пуска при полном напряжении и развития крутящего момента заторможенного ротора, как показано в MG 1-12.37, крутящего момента, как показано в MG 1-12.39, момента пробоя, как показано в MG 1-12.37. MG 1-12.38 с током заторможенного ротора, превышающим значения, указанные в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.25 для 50 Гц, и имеющий скольжение при номинальной нагрузке менее 5 % . Двигатели с 10 или более полюсами могут иметь скольжение немного больше 5 % .

Конструкция Б .Двигатель конструкции B — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для того, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать крутящий момент с заторможенным ротором, пробой и тяговый момент, достаточный для общего применения, как указано в MG 1-12.37, MG 1-12.38 и MG 1. -12.39, потребляющий ток заторможенного ротора, не превышающий значений, указанных в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и имеющий скольжение при номинальной нагрузке менее 5 % . Двигатели с 10 и более полюсами могут иметь скольжение немного больше 5 % .

Конструкция С .Двигатель конструкции C представляет собой двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для того, чтобы выдерживать запуск при полном напряжении и развивать крутящий момент с заторможенным ротором для специальных применений с высоким крутящим моментом до значений, указанных в MG 1-12.37, крутящий момент при подъеме, как показано в MG 1- 12.39, момент пробоя до значений, указанных в MG 1-12.38, с током заторможенного ротора, не превышающим значений, указанных в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и с проскальзыванием при номинальной нагрузке. менее 5 % .

Конструкция Д . Двигатель конструкции D — это двигатель с короткозамкнутым ротором, который выдерживает пуск при полном напряжении и развивает высокий крутящий момент с заторможенным ротором, как показано в MG 1-1.37 с током заторможенного ротора не более, чем показано в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и имеющим скольжение при номинальной нагрузке 5 % или более.

Однофазные двигатели. Однофазные двигатели переменного тока обычно представляют собой асинхронные или последовательные двигатели, хотя однофазные синхронные двигатели доступны в меньших номиналах.

Дизайнерские письма. Однофазные двигатели со встроенной мощностью в лошадиных силах могут быть одной из следующих:

Конструкция L.Двигатель A конструкции L представляет собой однофазный двигатель со встроенной мощностью в лошадиных силах, разработанный, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать крутящий момент пробоя, как показано в MG 1-10.33, с током заторможенного ротора, не превышающим значений, указанных в MG 1- 12.33.

Конструкция M. Двигатель конструкции M представляет собой однофазный двигатель со встроенной мощностью в лошадиных силах, разработанный, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать момент пробоя, как показано в MG 1-10.33, с током заторможенного ротора, не превышающим значения указаны в MG 1-12.33.

Однофазные двигатели с короткозамкнутым ротором. Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором классифицируются и определяются следующим образом:

Двухфазный двигатель. Электродвигатель с расщепленной фазой — это однофазный асинхронный электродвигатель, оснащенный вспомогательной обмоткой, смещенной в магнитном положении относительно основной обмотки и подключенной параллельно с ней. Примечание: Если не указано иное, предполагается, что вспомогательная цепь размыкается, когда двигатель достигает заданной скорости.Термин «двигатель с расщепленной фазой», используемый без уточнения, описывает двигатель, который будет использоваться без сопротивления, отличного от импеданса, обеспечиваемого самими обмотками двигателя, другие типы определены отдельно.

Двигатель с сопротивлением пуска. Двигатель с резистивным пуском — это двигатель с расщепленной фазой, сопротивление которого последовательно подключено к вспомогательной обмотке. Вспомогательная цепь размыкается, когда двигатель достигает заданной скорости.

Конденсаторный двигатель. Конденсаторный двигатель — это однофазный асинхронный двигатель с основной обмоткой, предназначенной для прямого подключения к источнику питания, и вспомогательной обмоткой, соединенной последовательно с конденсатором. Существует три типа конденсаторных двигателей, а именно:

Двигатель с конденсаторным пуском. Двигатель с конденсаторным запуском — это двигатель с конденсатором, в цепи которого конденсаторная фаза присутствует только в течение периода пуска.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов. Конденсаторный двигатель с постоянным разделением каналов — это конденсаторный двигатель, имеющий одинаковое значение емкости как для пусковых, так и для рабочих условий.

Двухзначный конденсаторный двигатель. Двухзначный конденсаторный двигатель — это конденсаторный двигатель, использующий разные значения эффективной емкости для условий запуска и работы.

Двигатель с расщепленными полюсами. Двигатель с расщепленными полюсами — это однофазный асинхронный двигатель, снабженный вспомогательной короткозамкнутой обмоткой или обмотками, смещенными в магнитном положении от основной обмотки. Это приводит к самозапуску двигателя.

Однофазные двигатели с фазным ротором. Двигатели с одинарным ротором определяются и классифицируются следующим образом:

Отталкивающий двигатель. Отталкивающий двигатель — это однофазный двигатель, имеющий обмотку статора, предназначенную для подключения к коммутатору. Щетки на коммутаторе закорочены и размещены так, чтобы совмещать магнитную ось обмотки статора. Этот тип двигателя имеет вариаторную характеристику.

Асинхронный двигатель с отталкиванием. Асинхронный двигатель с отталкивающим пуском — это однофазный двигатель, имеющий те же обмотки, что и отталкивающий двигатель, но при заданной скорости обмотка ротора замкнута накоротко или иным образом соединена, чтобы получить эквивалент обмотки с короткозамкнутым ротором.Этот тип двигателя запускается как отталкивающий двигатель, но работает как асинхронный двигатель с характеристиками постоянной скорости.

Отталкивающий асинхронный двигатель. Отталкивающий асинхронный двигатель — это разновидность отталкивающего двигателя, который имеет короткозамкнутую обмотку в роторе в дополнение к обмотке отталкивающего двигателя. Двигатель этого типа может иметь характеристику постоянной скорости (см. MG1-1.30) или переменной скорости (см. MG 1-1.31).

Универсальные моторы. Универсальный двигатель — это двигатель с последовательной обмоткой, предназначенный для работы примерно с одинаковой скоростью и мощностью на постоянном или однофазном переменном токе с частотой не более 60 циклов / с и примерно одинаковым среднеквадратичным напряжением.Есть два типа:

Двигатели с последовательной обмоткой. Двигатель с последовательной обмоткой — это двигатель с коллектором, в котором цепь возбуждения и цепь якоря соединены последовательно.

Двигатель с компенсацией серии. Компенсированный последовательный двигатель — это последовательный двигатель с компенсирующей обмоткой возбуждения. (Компенсирующая обмотка возбуждения и обмотка последовательного возбуждения могут быть объединены в одну обмотку возбуждения.)

Руководство по цепи питания и цепи управления асинхронным электродвигателем переменного тока с обмоткой ротора

В некоторых чрезвычайно огромных типах промышленных приложений, где требуется огромное количество мощности для управления определенным типом нагрузки, слишком большой для того, чтобы выдержать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычного типа, наиболее подходящий тип двигателя для использования с такой чрезвычайно большой потребностью. мощности — это другой тип двигателя большой мощности, который может работать с высоким пусковым крутящим моментом, который можно сразу получить на всем протяжении запуска, начиная с момента, когда двигатель только начинает работать из состояния покоя, даже когда он находится в состоянии нагрузки, до момента, когда двигатель достигает своего предела. пиковая номинальная скорость при такой же большой нагрузке, что также потребовало бы, чтобы этот тип двигателя обладал способностью непрерывно работать с различным изменением ступеней уровней скорости при движении с очень тяжелым грузом.Этот тип двигателя известен как асинхронный двигатель с фазным ротором.

Этот так называемый двигатель с фазным ротором, как следует из названия, представляет собой тип асинхронного двигателя переменного тока, который не только имеет обмотки статора, но также оснащен обмотками ротора. Клеммные концы его обмоток ротора снаружи соединены с контактными кольцами и щетками как часть двигателя в сборе, где эта обмотка ротора оканчивается на концевых выводах, которые подключены снаружи и далее подключены к изолированной группе резисторов, которая является отдельным необходимым компонентом для сопровождения Предполагаемая функция двигателя — служить ему как единое целое и функционирующее устройство.Отдельный блок резисторов, подключенный к намотанному ротору двигателя, может включаться и выключаться извне через разные промежутки между ветвями резисторов в блоке резисторов, обеспечивая таким образом несколько ступеней уровней скорости и допустимого крутящего момента со скоростью ускорения, большей, чем у обычного асинхронного двигателя. может работать с аналогичными типами приложений с громоздкими грузами.

Еще одна цель блока резисторов, подключенных к обмотке ротора, состоит в том, чтобы способствовать снижению очень высокого пускового пускового тока, учитывая, что тип применения, которому будет подвергаться двигатель, требует, чтобы двигатель начал работать с очень большой нагрузкой. состояние нагрузки.Блок резисторов также служит для поглощения тепла, выделяемого в обмотке ротора, что необходимо для предполагаемого применения двигателя, который должен иметь способность эффективно рассеивать тепло, выделяемое в таких экстремальных условиях нагрузки, поскольку быстрое нагревание является нежелательным. неотъемлемая характеристика двигателей очень большой мощности, работающих в условиях очень высокой нагрузки от нулевой скорости до его номинальной максимальной скорости или даже при работе двигателя в любом непрерывном изменении уровня скорости, попадающем в любое место в пределах различных ступеней диапазона скорости двигателя.

На рисунке 1 ниже показана электрическая принципиальная схема трехфазной силовой цепи двигателя с фазным ротором. Как показано на рисунке, вы заметите, что двигатель состоит из обмотки статора, которая является неподвижной частью двигателя, в то время как другой компонент двигателя — обмотка ротора, которая составляет вращающуюся часть двигателя. Обмотка статора напрямую подключена к трехфазному источнику питания, который обеспечивает двигатель источником напряжения. Основное напряжение питания подается на первичную сторону предохранителя отключения на трехфазных клеммах L1, L2 и L3, где предохранитель служит средством мгновенного отключения с быстрым действием, которое немедленно обнаруживает сбой питания на стороне сети и проблему цепи двигателя, такую ​​как перегрузка. напряжение, перегрузка по току, короткое замыкание или перегрузки.Главный магнитный контактор (MMC) представляет собой пускатель магнитного двигателя, который служит переключателем работы двигателя, который электрически активируется и деактивируется дистанционно с помощью внешнего кнопочного переключателя в цепи управления. Реле перегрузки — это еще один тип устройства защиты от перегрузки, которое непосредственно сконцентрировано на мгновенном обнаружении токов перегрузки двигателя, которые при обнаружении мгновенно отключаются, чтобы размыкать цепь управления, чтобы отключить главный магнитный контактор (MMC), чтобы изолировать поток энергии от напряжение основной питающей сети, идущее к двигателю, чтобы предотвратить разрушение двигателя.

Рис. 1: Электрическая схема силовой цепи двигателя с фазным ротором

Вторичная часть двигателя с фазным ротором содержит обмотку ротора. На рисунке 1 выше показана обмотка ротора, подключенная к блоку резисторов, который состоит из трех резисторов на фазу, составляющих в общей сложности девять резисторов во всей сети блока резисторов. Соответственно, в банке резисторов есть три ветви резисторов, которые состоят из первой ветви, состоящей из резисторов R1-R2-R3, второй ветви — R4-R5-R6 и, наконец, последней ветви — R7-R8-R9 соответственно.Каждые каскады ответвлений резисторов снабжены собственными индивидуальными переключателями магнитных контакторов с MC1 для первой ветви резистора, затем MC2 для второй ветви резистора и, наконец, MC3 для третьей ветви резистора. Каждая из этих ветвей резистора закорочена индивидуально MC1, MC2 и MC3 в соответствии с порядком работы, относящимся к эффективной работе двигателя с фазным ротором. Однофазный понижающий трансформатор доступен в силовой цепи, как показано выше, чтобы обеспечить низковольтное питание для схемы управления, взятой от однофазных клемм RC и SC.

Рис.2: Электрическая принципиальная схема цепи управления двигателем с фазным ротором

На рисунке 2 выше представлена ​​электрическая принципиальная схема общей схемы управления, которая иллюстрирует, как двигатель с фазным ротором работает из состояния покоя до тех пор, пока он не достигнет своей номинальной скорости. Напряжение источника питания схемы управления берется непосредственно с понижающего трансформатора, предусмотренного в силовой цепи на рисунке 1 выше, на котором показаны опорные клеммы RC и SC, поступающие от вторичной части понижающего трансформатора от силовой цепи.Правильная последовательность работы двигателя с фазным ротором напрямую зависит от конструкции схемы управления, основанной на предполагаемой последовательности работы для этого конкретного двигателя с фазным ротором.

Последовательность операций пуска в цепи управления на рис. 2 выше начинается с замыкания пускового кнопочного переключателя, который позволяет потоку мощности к главному магнитному контактору (MMC) при условии, что и переключатель останова, и контакты реле перегрузки остаются замкнутыми. все время во время работы цепи управления.Вспомогательный открытый контакт MMC, который подключен параллельно пусковому переключателю, служит удерживающим контактом, который поддерживает катушку MMC под напряжением даже после того, как человек-оператор отпускает пусковой переключатель, это, в свою очередь, обеспечивает непрерывный поток энергии в схему управления, которая дополнительно переходит в начало последовательности шагов в работе всей цепи двигателя с фазным ротором.

Во время первой стадии работы двигателя с фазным ротором, когда питание подключено к первичному статору двигателя, вторичная часть или ротор сначала подключаются с максимальным сопротивлением, при этом все резисторы в сети группы резисторов полностью активны, что первоначально запускает двигатель на минимальной скорости.Затем электрический ток в цепи управления будет проходить через замкнутый контакт таймера 4, идя вниз к катушке таймера 1, которая по достижении заданного периода задержки активирует контактор MC1, чтобы закоротить ветвь резистора первой ступени R1-R2-R3. оставляя только вторую и третью ступени ответвлений резистора, чтобы оставаться активными в сети резисторов, чтобы воздействовать на обмотку ротора, что в конечном итоге увеличит скорость двигателя до частичной 1/3 его номинальной скорости.

Активация контактора MC1 приводит к следующему этапу рабочей последовательности, который замыкает один из вспомогательных контактов MC1 для подачи питания на катушку таймера 2, которая по достижении заданного периода задержки затем активирует контактор MC2 для короткого замыкания резистора второй ступени. ветвь R4-R5-R6, оставляя только третью ветвь резистора, чтобы оставаться активной в обмотке ротора, что дополнительно увеличивает скорость двигателя до 2/3 от его общей номинальной скорости.Затем наступает последний и последний этап, на котором ранее активированный контактор MC2 включает таймер 3, который по истечении заданного периода задержки активирует контактор MC3, чтобы полностью замкнуть обмотку ротора, без каких-либо ответвлений резистора, оставшихся активными в сети, которая может подключаться к обмотке ротора, на этой последней стадии двигатель работает на максимальной номинальной скорости.

Активация контактора MC3 затем обеспечит удерживающий контакт с одним из его вспомогательных контактов, подключенных параллельно к контакту таймера 3, при этом катушка MC3 будет оставаться под напряжением во время заключительного этапа этой рабочей последовательности.Эта последняя стадия также будет активировать и поддерживать катушку Таймера 4, которая по достижении заданного периода задержки времени размыкает нормально замкнутый контакт Таймера 4 для отключения питания катушек Таймера 1, MC1, Таймера 2, MC2 и Таймера 3 в чтобы освободить контактор MC1 первой ступени и контактор MC2 второй ступени от короткого замыкания первой и второй ступеней ответвлений резистора, но при этом поддерживая только последний контактор MC3, чтобы он оставался активным, чтобы поддерживать полное замыкание обмотки ротора, что позволяет двигателю работать на своей номинальной полной скорости.

Чтобы прервать работу цепи, единственное, что необходимо для остановки двигателя вручную, — это нажать выключатель останова, который полностью отключит питание цепи в любое время, пока цепь активна, независимо от того, на каком этапе интервалов скорости двигатель активно работает. Другим средством прерывания в цепи управления является реле перегрузки, которое автоматически отключает цепь для немедленной остановки двигателя в случае, если перегрузка по току мгновенно обнаруживается в любое время во время работы двигателя.

(PDF) Повышение производительности асинхронного двигателя с обмоткой ротора с помощью VSI с динамической схемой ротора, управляемой конденсатором

Международный журнал компьютерных приложений (0975 — 8887)

Том 3 — № 9, июль 2010 г.

31

Повышение производительности Индукционный двигатель с обмоткой ротора

Двигатель VSI с ротором, управляемым динамическим конденсатором

Цепь

К. Ранджит Кумар, д-р С. Паланисвами К.Priyadharsini,

Старший преподаватель Профессор PG Scholar

Кафедра инженера-электрика Департамент электротехники, силовой электроники и приводов

Правительственный технологический колледж, Правительственный технологический колледж, Правительственный технологический колледж

Коимбатур, Тамил Наду, Индия.Коимбатур, Тамил Наду, Индия. Коимбатур, Тамил Наду, Индия.

РЕФЕРАТ

В статье предлагается новый метод улучшения рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

с использованием схемы косвенного регулирования реактивного тока

в роторе. Трехфазный VSI с динамическим конденсатором

подключен к цепи ротора для управления

реактивным током в роторе. Динамический конденсатор представляет собой мостовой переключатель H-

с конденсатором, в котором коэффициент заполнения мостовой схемы H-

изменяется для динамического изменения значения емкости

.Предлагаемый метод моделируется в среде MATLAB

7.6 / Simulink. Результат, полученный с помощью предложенного метода

, сравнивается со схемой

управления вторичным импедансом и получаются такие рабочие параметры, как крутящий момент, мощность

, коэффициент

и КПД. Помимо улучшения характеристик

, в предлагаемом способе используется только один конденсатор в роторе

, тогда как в схеме управления импедансом ротора

используются три конденсатора.Результат показал улучшенные характеристики

и рентабельность по предложенной схеме.

Общие условия

Рабочие характеристики, проверка, сравнение

Ключевые слова:

Асинхронный двигатель с фазным ротором, VSI с динамическим конденсатором, ротор

Контроль импеданса, Н-мост Конденсаторный переключатель

1. ВВЕДЕНИЕ

Утилита асинхронных двигателей составляют более 50% от общей

электроэнергии, вырабатываемой во всем мире.Небольшое повышение эффективности

позволит значительно сэкономить общую электрическую энергию.

Следовательно, важно оптимизировать эффективность систем моторных приводов

, если требуется значительная экономия энергии. Асинхронный двигатель

(IM), особенно с короткозамкнутым ротором, широко используется в электрических приводах и отвечает за большую часть энергии

, потребляемой электродвигателями [3].

Если равные сопротивления включены в каждую вторичную фазу трех асинхронных двигателей с фазами

, скорость уменьшается по мере увеличения сопротивлений вторичной обмотки

.Было проведено исследование, в котором импедансы

, подключенные к вторичным цепям двигателя, представляют собой не резисторы

, а пассивные сопротивления. [2]

Была представлена ​​новая концепция для получения различных характеристик

крутящего момента и скорости от асинхронного двигателя с фазным ротором путем работы

такого двигателя, близкой к его резонансу. Поскольку

по существу односкоростное устройство, асинхронный двигатель создает максимальный крутящий момент

, когда сопротивление ротора приблизительно равно

величине скольжения, умноженной на реактивное сопротивление ротора.

Xr обычно намного больше, чем Rr, и машина вряд ли

когда-либо работала в условиях максимального крутящего момента непрерывно. В

, чтобы получить резонансное состояние, в цепь ротора было введено емкостное реактивное сопротивление

для компенсации индуктивного реактивного сопротивления

цепи ротора. Регулирование скорости асинхронного двигателя

возможно за счет наличия резонансного контура ротора, который регулируется

в соответствии с частотой скольжения.Основным недостатком этого метода

является то, что машина с фазным ротором более дорогая, чем машина с короткозамкнутым ротором

, а реактивные компоненты, способные проводить

большие токи и выдерживать высокие напряжения, относительно дороги. Кроме того, для реализации стратегии переключения реактивных компонентов потребуется некоторая форма системы управления

[3]

Чтобы преодолеть проблему, с которой столкнулись в [3], была представлена ​​новая система

для управления разность фаз между напряжением

и током в индуктивных цепях с использованием переключаемого конденсатора

.Система дает хорошие результаты, даже если параметры схемы

неизвестны. Регулирование коэффициента мощности

является одним из основных направлений исследований силовой электроники. В последнее время,

, работа в этой области была облегчена разработкой понижающих, повышающих или пониженно-повышающих преобразователей

, использующих методы мягкой коммутации

(мультирезонансные или квазирезонансные версии). Разработаны новые стратегии управления

, основанные на таких концепциях, как: дельта-модуляция или

нечеткая логика

[4]

Концепция переключаемых конденсаторов [4] была принята с использованием

нерезистивного вторичного управления индукцией. двигатель

улучшает КПД, коэффициент мощности и крутящий момент.В нем используется концепция коммутируемого конденсатора

, которая использует четыре тиристора

, которые образуют Н-мостовую схему, и один конденсатор для каждой фазы ротора

. Дополнительные пары переключателей переключаются с использованием стратегии

PWM [5]. Основным недостатком этого метода является использование большего количества переключателей

и трех конденсаторов в цепи ротора

, что является дорогостоящим.

Для управления трехфазными машинами

доступно множество методов, позволяющих добиться максимальной производительности.В нем предлагается новый метод для

, улучшающий характеристики однофазного асинхронного двигателя с использованием косвенного управления током VSI

с динамическим конденсатором. Обычно

конденсатор постоянной емкости включен во вспомогательную обмотку, чтобы

создавал разность фаз 90 ° между основной и вспомогательной обмотками

. Вместо использования постоянного конденсатора в предлагаемом подходе

динамический конденсатор включен во вспомогательную обмотку

, чтобы токи двух обмоток всегда были в квадратуре фазы 90 °

независимо от условий нагрузки [6].

Оптимизация эффективности асинхронного двигателя с фазным ротором с использованием методов мягких вычислений

была представлена ​​в [14].

В этой статье предлагается новый метод использования VSI с мостовым динамическим конденсатором H-

в цепи ротора, чтобы улучшить характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

.

K.Ranjith kumar

Старший преподаватель

Кафедра электротехники

Govt College of Technology,

Coimbatore, Tamil Nadu, India

Dr.С. Паланисвами

Профессор

Кафедра электротехники

Государственный технологический колледж,

Коимбатур, Тамил Наду, Индия

К. Приядхарсини

Стипендиат PG

Колледж силовой электроники и приводов

Коимбатур, Тамил Наду, Индия

Электрические машины — индукционные машины

Пусковой ток также можно контролировать, управляя питанием двигателя.

Автотрансформатор Пуск

Используя автотрансформатор с несколькими вторичными «ответвлениями», можно контролировать напряжение питания двигателя. На низких скоростях напряжение питания остается низким для поддержания слабый ток. По мере уменьшения скольжения и увеличения фазового сопротивления двигателя напряжение питания может можно увеличить путем замены отводов трансформатора. При приближении к номинальной скорости автотрансформатор можно полностью обойти.

Автотрансформаторный подход имеет то преимущество, что нет необходимости доступ к клеммам обмоток двигателя, управление может осуществляться дистанционно к мотору.(в отличие от Y-Δ). Это значительное преимущество во многих операционных среды. Однако, как и Y-Δ, уменьшение напряжения питания фазы снижает токи, крутящий момент и, следовательно, увеличивает продолжительность переходного процесса пуска. Кроме того, Автотрансформаторы — дорогое дополнительное оборудование, которое используется только при пуске.

Дополнительное сопротивление или реактивность

Добавление дополнительного импеданса вдоль статора увеличивает общий сопротивление цепи двигателя во время пуска, опять же ограничение тока за счет крутящего момента.Опять же, одним из существенных недостатков этого метода является стоимость дополнительных оборудование.

Приводы с электронным плавным пуском или регулируемой скоростью

Электронный плавный пуск работает путем пения силовой электроники, чтобы постепенно увеличить напряжение, подаваемое на двигатель. Этот эффект чем-то похож на использование автотрансформатора, но выполнено с помощью электроники, а не магнитной схемы. Работа силовой электроники аналогично диммеру, уменьшающему среднеквадратичное напряжение, но с фиксированной частотой.

Приводы с регулируемой скоростью регулируют как напряжение, так и частоту источника питания. к мотору. В результате можно разогнать нагрузку с номинальным крутящим моментом без превышение номинального тока. Диски обычно выходят за рамки этого курса, но будет кратко рассмотрено.

Индукционная машина с фазным ротором с индивидуальной параметризацией или параметрированием в системе СИ

Описание

Блок индукционной машины с фазным ротором моделирует ротор с фазной головкой асинхронная машина с основными параметрами, выраженными в единице или в Международная система единиц (СИ).Асинхронная машина с фазным ротором — это разновидность индукционная машина. Все соединения статора и ротора доступны на блоке. Следовательно, вы можете моделировать режимы плавного пуска, используя переключатель между звездой и треугольником. конфигурации или за счет увеличения сопротивления ротора. Если вам не нужен доступ к ротору обмоток используйте блок Squirrel Cage для индукционной машины. вместо.

Подключите порт ~ 1 к трехфазной цепи. Для подключения статора в дельта-конфигурации подключите блок Phase Permute между портами ~ 1 и ~ 2 .Для соединения статора звездой конфигурации, подключите порт ~ 2 к заземленной нейтрали. или блок с плавающей нейтралью. Если вам не нужно изменять сопротивление ротора, подключите порт ротора ~ 1r ‘ к блоку плавающей нейтрали и порт ротора ~ 2r ‘ к заземленной нейтрали блокировать.

Цепь ротора относится к статору. Поэтому, когда вы используете блок в цепи, относите все дополнительные параметры цепи к статору.

Уравнения

Для реализации SI блок преобразует введенные вами значения SI в удельные значения для моделирования. Преобразованные значения основаны на том, что машина соединены по схеме «треугольник».

Для реализации на единицу необходимо указать сопротивления и индуктивности. на вкладке импедансов в зависимости от машины, подключенной по схеме треугольника. конфигурация.

Для получения информации о взаимосвязи между системой единиц СИ и единичными машинными параметрами, см. Преобразование на единицу для параметров машины.Для получения информации о параметризации на единицу, см. Система единиц на единицу.

Уравнения асинхронной машины выражаются относительно синхронной опорный кадр, определенный в

, где f _Rated — значение Номинальная электрическая частота парам.

Преобразование Парка отображает уравнения статора в систему отсчета, которая стационарный относительно номинальной электрической частоты.Преобразование парка определяется

, где θ _e — электрический угол.

Уравнения ротора отображаются в другую систему отсчета, определяемую разница между электрическим углом и произведением угла ротора θ _r и количество пар полюсов N:

Преобразование Парка используется для определения асинхронной машины на единицу. уравнения.Уравнения напряжения статора определяются как

и

, где:

• v _ds , v _qs и v _0s являются d — ось, q — ось и нулевая последовательность напряжения статора, определяемые как

  [vdsvqsv0s] = Ps [vavbvc].

  v , v _b и v _c — напряжения статора через порты ~ 1 и ~ 2 .

• ω _{основание} — основание на единицу электрическая скорость.

• ψ _DS , ψ _qs , и ψ _0s — это d — ось, q — ось и нулевая последовательность потокосцепления статора.

• R _s — статор сопротивление.

• я _DS , i _qs и i _0s — это d — ось, q — ось и нулевая последовательность токи статора, определенные как

  [idsiqsi0s] = Ps [iaibic].

  и _а , i _b и i _c — токи статора течет из порта ~ 1 в порт ~ 2 .

Уравнения напряжения ротора определены в

и

, где:

• v _dr , против _qr , и v _0r являются d — ось, q — ось и нулевая последовательность напряжения ротора, определяемые как

  [vdrvqrv0r] = Pr [varvbrvcr].

  v _ar , v _br , и v _cr — напряжения ротора через порты ~ 1r ‘ и ~ 2r’ .

• ψ _др , ψ _qr , и ψ _0r — это d — ось, q — ось и нулевая последовательность потокосцепления ротора.

• ω — синхронная скорость на единицу. Для синхронного кадра отсчета, значение 1.

• ω _r — механическое скорость вращения.

• R _rd — сопротивление ротора относится к статору.

• и _др , i _qr , и и _0r являются d — ось, q — ось и нулевая последовательность токи ротора, определенные как

  [idriqri0r] = Pr [iaribricr].

  i _ar , i _br , и i _cr — токи ротора течет из порта ~ 1r ‘ в порт ~ 2r ‘.

Уравнения потокосцепления статора определяются формулами

и

, где L _ss — собственная индуктивность статора. и L _м — намагничивающий индуктивность.

Уравнения потокосцепления ротора определяются формулами

и

, где L _rrd — собственная индуктивность ротора. относится к статору.

Крутящий момент ротора определяется

Собственная индуктивность статора L _SS , статора индуктивность рассеяния L _ls , и намагничивание индуктивность L _м относятся к

Самоиндукция ротора L _rrd , ротор индуктивность рассеяния L _lrd , и намагничивание индуктивность L _м относятся к

Если представлена ​​кривая насыщения, уравнения для определения насыщенного намагничивающая индуктивность как функция намагничивающего потока:

При отсутствии насыщения уравнение сводится к

Параметры построения и отображения

Вы можете выполнять действия по построению и отображению с помощью в контекстном меню блока.

Щелкните блок правой кнопкой мыши и в меню выберите вариант:

• — отображает машину базовые значения на единицу в командном окне MATLAB ^® .

• — График зависимости крутящего момента от скорость, оба измеренные в единицах СИ, в окне фигуры MATLAB с использованием текущих параметров машины.

• — График зависимости крутящего момента от скорость, оба измеренные на единицу, в окне фигуры MATLAB с использованием текущих параметров машины.

• — Терминал участков напряжение в зависимости от тока линии без нагрузки, как на единицу, в окне рисунка MATLAB. Сюжет содержит три следа:

  • Ненасыщенный — индуктивность намагничивания статора (ненасыщенный).

  • Насыщенный — справочная таблица разомкнутой цепи ( v по сравнению с и ) вы указываете.

  • Derived — поисковая таблица разомкнутой цепи, полученная по единице таблица поиска разомкнутой цепи ( против по сравнению с i ) вы указываете.Эти данные используются для рассчитать индуктивность насыщения намагничивания, L _{м_сат} , и коэффициент насыщения, K _s , по сравнению с магнито-потокосцепление, ψ _м , характеристики.

• — Насыщенность графиков коэффициент, K _с , в зависимости от магнитного потока linkage, ψ _m , в окне фигуры MATLAB с использованием машинных параметров. Этот параметр на основе других указанных вами параметров:

  • Данные о насыщении тока линии холостого хода, i

  • Данные о насыщении напряжения на клеммах, В

  • Индуктивность утечки, L _ls

• — Намагничивание графиков индуктивность, L _{м_сат} , относительно магнитопровод, ψ _м , в Окно фигуры MATLAB с использованием машинных параметров.Этот параметр на основе других указанных вами параметров:

  • Данные о насыщении тока линии холостого хода, i

  • Данные о насыщении напряжения на клеммах, В

  • Индуктивность утечки, L _LS

Для реализации SI, v находится в V (фаза-фаза RMS) и i в А (среднеквадратичное значение).

Тепловой порт

Блок имеет шесть дополнительных тепловых портов, которые по умолчанию скрыты. Чтобы выставить термический портов, щелкните правой кнопкой мыши блок в вашей модели, а затем в контекстном меню выберите >>. Этот действие отображает тепловые порты HA , HB , HC , HAr , HBr и HCr на иконке блока и открывает Thermal Параметры порта .

Используйте термопорт для имитации воздействия выделяемого тепла и машины. температура. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и о Thermal , см. Моделирование тепловых эффектов в поворотных и поступательных приводах.

Переменные

Используйте настройки Переменные , чтобы указать приоритет и начальную цель значения для переменных блока перед симуляцией. Для получения дополнительной информации см. Установка приоритета и начальной цели для блочных переменных.

Тип переменные, которые отображаются в настройках Variables , зависят от метод инициализации, который вы выбираете в настройках Main для Параметр инициализации параметр. Чтобы указать целевые значения, используя:

• Переменные потока — Установите для параметра Опция инициализации значение Установить цели для переменных потока .

• Данные анализа нагрузки-расхода — установка инициализации опция параметр для Установка целевых значений для потока нагрузки переменные .

Если вы выберете Задайте целевые значения для переменных потока нагрузки , чтобы полностью указать начальную условие, вы должны включить ограничение инициализации в виде высокоприоритетной цели ценить. Например, если ваша индукционная машина подключена к блоку инерции, начальное условие для индукционной машины будет полностью указан, если в настройках Variables блока Inertia, Priority для Rotational Скорость установлена ​​на High .В качестве альтернативы вы можете установить Priority — None для блока Inertia Скорость вращения , вместо этого установите Priority для блока индукционной машины Slip , Фактическая выработка электроэнергии или Потребляемая механическая мощность на Высокий .

Ссылки

[1] Kundur, P. Power Устойчивость системы и контроль. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу Хилл, 1993 г.

[2] Лышевский, С.Э. Электромеханические системы, электрические машины и прикладные Мехатроника.