Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором: особенности пуска

Асинхронные двигатели сегодня – это доля в 80% от всего количества разнообразных электродвигателей, выпускаемых мировой промышленностью. Все это – благодаря простоте конструкции, в эксплуатации и обслуживании, низкой себестоимости и высокой надежности. Но есть один существенный недостаток – из сети асинхронные двигатели потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их предельная мощность напрямую зависит от мощности системы энергоснабжения. Кроме того, такой электропривод имеет значения пускового тока, которые в втрое больше рабочих. При малой мощности системы энергоснабжения, это может вызвать значительное падение напряжение в сети и отключение других приборов. Асинхронные двигатели с фазным ротором, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов, могут запускаться с небольшим пусковым током.

Рис. 2. Асинхронные двигатели

Резисторы, стоящие в цепи ротора, помогают ограничить ток не только в течении запуска, но так же и при торможении, реверсе и при снижении скорости. По мере того, как двигатель набирает скорость – разгоняется, чтобы поддерживать необходимое ускорение, резисторы выводятся. При окончании разгона и выхода на паспортную частоту, все резисторы шунтируются, двигатель переходит на работу со своей естественной механической характеристикой.

Рассмотрим пример запуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 3. Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Используя схему асинхронного двигателя (рис. ) рассмотрим запуск в две ступени который проводится с использованием релейно-контакторной аппаратуры. Одновременно напряжение подается как на силовые цепи, так и на управляющие – замыкается выключатель QF.

При подаче напряжения реле времени (обозначены КТ1 и КТ2) в цепи управления срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия кнопки запуска (SB1) срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с резисторами, которые введены в цепь ротора – в этот момент на контакторах КМ1 и КМ2 питания нет. При подключении контактора КМЗ, из-за потери питания, в цепи контактора КМ1 реле КТ1 замыкает контакт через интервал времени, заданный задержкой времени в реле КТ1. По истечению времени (двигатель разгоняется, ток ротора начинает падать) происходит включение контактора КМ1 – происходит шунтирование первой пусковой ступени резисторов. Ток снова возрастает. но по мере разгона его значение начинает уменьшаться. Одновременно с этим в цепи происходит размыкание реле КТ2, оно теряет питание и с выставленной выдержкой происходит замыкание контакта в цепи контактора КМ2. Происходит шунтирование второй ступени резисторов, включенных в цепь ротора. Двигатель работает в штатном режиме.

Благодаря ограничению пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно устанавливать в слабых сетях.

Порядок подключения асинхронного двигателя приведен на видео.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Осуществляется путем подачи постоянного тока в статор асинхронного двигателя после отключения статора от сети переменного тока контактором КМ1.

Динамическое торможение можно осуществлять как для двигателя с короткозамкнутым ротором, так и для двигателя с фазным ротором. Причем у двигателя с фазным ротором сопротивление в цепь ротора может быть включено или ротор замкнут накоротко без сопротивлений.

Схема динамического торможения асинхронного двигателя.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Тормозная характеристика асинхронного двигателя при динамическом торможении: кривая 7 — электромеханическая характеристика, кривые 4-6 механические характеристики.

При подаче постоянного тока в две фазы обмотки статора в воздушном зазоре асинхронного двигателя создается постоянное магнитное поле. Когда ротор попадает в это поле, в нем наводится постоянная ЭДС, направленная навстречу ЭДС вращающего магнитного поля, и ротор притормаживается.

При этом торможении двигатель работает в режиме генератора, независящего от сети переменного тока и преобразует кинетическую энергию движущихся частей электропривода в электрическую энергию, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Процессом динамического торможения можно управлять, то есть изменять время торможения двумя способами. У асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором можно изменять тормозной ток. Для двигателей с фазным ротором можно изменять величину добавочного сопротивления в цепи ротора.

Недостатком динамического торможения является несимметрия магнитного поля при торможении, так как постоянный ток попадает только в две фазы. Несимметрия приводит к вибрации машины во время торможения.

В машинах мощностью более 100 кВт, чтобы избежать вибрации, с помощью усложнения силовой схемы подают постоянный ток во все три фазы. Но это очень усложняет и удорожает привод.

Торможение асинхронного двигателя: рекуперативное (генераторное) и при самовозбуждении

Асинхронные двигатели с фазным ротором:плюсы и минусы

Как уже указывалось выше, если сравнивать его с двигателем с короткозамкнутым ротором, имеет два основных преимущества:

  • возможность запуска двигателя с уже подключенной к валу значительной нагрузкой – двигатель с самого начала создает большой вращающий момент
  • ограничение по току включения позволяет устанавливать асинхронные двигатели с фазовым ротором в маломощных сетях.

Кроме того, следует отметить и другие достоинства:

  • возможность работы с большой перегрузкой
  • малые колебания скорости вращения – при разных нагрузках скорость вращения остается приблизительно одинаковой
  • возможность установки автоматики – пусковых приспособлений

Отметим и недостатки:

  • введение резисторов в цепь ротора усложняет и удорожает двигатель
  • большие габариты
  • меньший, чем у короткозамкнутых двигателей, показатель КПД и cos φ
  • при недогрузках значение cos φ имеет минимальные значения
Популярные статьи  Новые генераторы энергии

На практике асинхронные двигатели с фазным ротором оптимально подходят для случаев, когда нет необходимости в широкой и плавной регулировке скорости и требуется очень большая (особенно на первоначальном этапе) мощность двигателя.

Для правильного подключения асинхронного двигателя важно правильно определить начала и концы фазных обмоток. Как это сделать – подробно рассмотрено на видео

5.18.5 Сельсины

Представим себе два асинхронных двигателя с фазным
ротором включенным последующей схеме (рис. 5.18.5.1). Обмотки статора С1,
С2, С3, называемые обмотками возбуждения, включены в общую
сеть трехфазного тока.

Обмотки ротора P1, P2, P3
объединены трехпроводниковой линией связи. Магнитные потоки обмоток возбуждения
при q1=q2 наводят в соответствующих
обмотках роторов равные и совпадающие по фазе ЭДС.

Если ротор двигателя Д1 повернуть на угол q1,
а ротор Д2 оставить на месте (q2=0), то в фазных обмотках
ротора двигателя Д2 будет наведена ЭДС E2>E1. В результате
в линии связи потечет ток DI от большего потенциала к меньшему.

,

где 2z — сумма сопротивлений обмоток роторов и линии связи.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Этот ток, пройдя по обмоткам роторов, взаимодействуя
с магнитными полями статоров, вызовет образование дополнительных вращающих моментовDM. Поскольку направление момента DМ в каждом двигателе
будет свое, то в одном из них произойдет поворот ротора вправо (у двигателя
Д2), а у другого — влево (у двигателя Д1).

Следовательно, оба двигателя самостоятельно (синхронно)
придут в положение (q1=q2).
Такая система получила название синхронно-следящей.

Практическое использование эта система получила
в многоприводных механизмах (конвейерах, козловых кранах и т.п.).

В автоматике применяются так называемые сельсины.
Это маломощные асинхронные машины с однофазным статором и трехфазным ротором.

Сельсины применяются для целей измерения или определения
угла, на который повернулся определенный механизм.

В сельсинной передаче всегда используются две машины:
сельсин-датчик и сельсин-приемник.

Обмотки возбуждения бывают обычно однофазные и
располагаются на явновыраженных полюсах. Число полюсов всегда два. Обмотки синхронизации
— трехфазные, размещаются в пазах ротора и оканчиваются тремя контактными кольцами
(рис. 5.18.5.2).

В отличие от силовых синхронно-следящих систем,
поворот ротора сельсина-датчика осуществляется принудительно, а ротор сельсина-приемника
приходит в движение автоматически. Поворот ротора фиксируется индикаторной стрелкой.

При наличии однофазных обмоток возбуждения на статоре
поворот ротора сельсина-датчика может осуществляться в любую сторону, т.к. пульсирующее
магнитное поле статора обеспечивает для этого необходимые условия.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Помимо приведенного индикаторного режима, сельсины
могут работать и в так называемом трансформаторном режиме.

В этом случае сельсин-приемник, не только показывает
угол рассогласования q, но и вырабатывает электрический сигнал
для управления мощным механизмом

Схема реверса трехфазного двигателя, подключенного в однофазную сеть

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Несколько дней назад от одного из читателей сайта я получил письмо с просьбой подробно рассказать о том, как осуществить реверс трехфазного асинхронного двигателя 380/220 (В), подключенного в однофазную сеть 220 (В).

Действительно, я как то упустил этот момент из виду и про реверс совсем забыл. Дело в том, что у меня уже имеется статья, где я рассказывал про выбор емкости рабочих и пусковых конденсаторов, собирал схему подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть 220 (В) и даже снял видео на конкретном примере.

А сейчас вернемся к реверсу. Мудрить сложную схему я не буду, а покажу самый простой и самый распространенный вариант с помощью кнопки управления КУ-110111. Эту кнопку еще называют кнопочным выключателем или переключателем.

Вот так она выглядит.

Суть в том, что нам нужно две пары контактов: нормально-разомкнутый и нормально-замкнутый. И самое главное, чтобы управление этими контактами было фиксированным.

Вот как раз таки в этой кнопке имеется две пары контактов:

  • (1-2) – нормально-разомкнутый
  • (3-4) – нормально-замкнутый

В нашем случае управление контактами осуществляется с помощью рукоятки-переключателя, которая имеет два положения.

Когда переключатель установлен (зафиксирован) в вертикальном положении, то его контакт (1-2) разомкнут, а (3-4) замкнут. И наоборот, когда переключатель находится в горизонтальном положении (поворот рукоятки на 90° по часовой стрелке), то его контакт (1-2) замкнут, а (3-4) — разомкнут.

Номинальный ток контактных пар составляет 10 (А)

На это стоит обращать внимание, т.к. при выборе кнопки с заниженным номинальным током контакты могут выгореть. Например, для реверса двигателей мощностью до 0,4 (кВт) можно применять тумблер ТВ1-2

У него имеется 4 контактные группы: 2 нормально-разомкнутые и 2 нормально-замкнутые. Номинальный ток контактов составляет 5 (А)

Например, для реверса двигателей мощностью до 0,4 (кВт) можно применять тумблер ТВ1-2. У него имеется 4 контактные группы: 2 нормально-разомкнутые и 2 нормально-замкнутые. Номинальный ток контактов составляет 5 (А).

Реверс асинхронного трехфазного двигателя, подключенного в однофазную сеть

Все просто. Реверс осуществляется путем переключения питания конденсаторов с одного полюса питающего напряжения на другой. Это как раз и осуществляется с помощью кнопки управления. На схеме она показана в красном прямоугольнике.

В качестве примера рассмотрим уже известный нам трехфазный двигатель АОЛ 22-4 мощностью 0,4 (кВт) напряжением 220/127 (В). Для его запуска необходим рабочий конденсатор емкостью не ниже 25 (мкФ). Я использовал конденсатор чуть меньшей емкости – МБГО-1, 20 (мкФ), напряжение 500 (В).

В моем примере взят двигатель напряжением – 220/127 (В). Т.к. питающая сеть у нас 220 (В), то его обмотки должны быть соединены в звезду. Звезда уже собрана внутри этого двигателя и на клеммник выведено всего 3 вывода.

Популярные статьи  Механизированная прокладка оптоволоконного кабеля: рассказ прораба

Сначала я устанавливаю на кнопке управления перемычку между клеммами (2) и (3). Затем к клемме (2) подключаю один вывод конденсатора.

19.1 Двухскоростные асинхронные двигатели различных скоростей

Асинхронные трехфазные двигатели могут быть сконструированы более, чем на одну скорость, либо реализованные с различными обмотками, отличающимися числом полюсов, либо только с одной обмоткой, но построенной таким образом, что может подключаться внешне с различным числом полюсов. По этой причине некоторые виды трехфазных асинхронных двигателей с различными скоростями называют также двигатели с переключаемыми полюсами.

На рисунке 19.1 схематически представлены разнообразные типы обмоток и также их подключение, которые в настоящее время наиболее часто употребляются в конструкции двигателей различных скоростей, причем второй является наиболее часто используемым из всех.

Рисунок 19.1 – Системы соединения трехфазных асинхронных двигателей с различными скоростями

Этот тип двигателей имеет короткозамкнутый ротор и в основном применяется в работе станков и вентиляторов, и, что касается видов конструкции, представленных на рисунке 19.1, их главными характеристиками являются следующие:

  1. Двигатели с двумя независимыми обмотками. У этих двигателей две скорости и они сконструированы таким образом, что каждая обмотка взаимодействует внутренне с различным количеством полюсов и в зависимости от того, какая обмотка подключена к сети, двигатель будет вращаться с различным числом оборотов. В этом типе двигателей обычно обе обмотки включаются соединением в звезду и наиболее частые сочетания полюсов это: 6/2, 6/4, 8/2, 8/6, 12/2 и 12/4.
  2. Двигатели с одной обмоткой с подключением Даландера. Эти двухскоростные двигатели сконструированы с обычной трехфазной обмоткой, но соединенной внутри таким образом, что в зависимости то того, какие внешние потребители подключены в сеть, в двигателе будут происходить переключения с одного на другое количество полюсов, но их соотношение всегда будет 2 к 1; таким образом, у двигателя будут две роторные скорости, одна в два раза превышающая другую. Как показано на рисунке 19.1, подключение обмоток осуществляется треугольником или звездой для меньшей скорости и двойной звездой для большей, наиболее частые сочетания полюсов это: 4/2, 8/4 и 12/6.
  3. Двигатели с обмоткой Даландера и другой независимой обмоткой. При помощи этого типа двигателя достигаются три различные скорости, две с обмоткой подключения Даландера и третья с независимой обмоткой, конструкция которой различное количество полюсов, отличное от двух полярностей, полученных с первой. Наиболее часто используемые подключения представлены на рисунке 19.1, и наиболее часто встречающиеся сочетания полюсов: 6/4/2, 8/4/2, 8/6/4, 12/4/2, 12/6/4, 12/8/4, 16/12/8 и 16/8/4.
  4. Двигатели с двумя обмотками Даланлера. При помощи двигателей этого типа добиваются четырех скоростей, две с каждой обмотки, которые будут предназначены для полярностей отличных друг от друга, при наиболее часто использующихся сочетаниях: 12/8/6/4 и 12/6/4/2.

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.

В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).

Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.

Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.

Регулирование частоты вращения трёхфазного асинхронного двигателя

Частота вращения ротора асинхронного двигателя определяется из выражения:

(6.16)

где — частота вращения магнитного поля статора в минуту,

— скольжение ротора,

— частота мгновенных токов в обмотках статора в секунду,

— количество пар полюсов статора.

Исходя из выражения (6.16), регулирование частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором возможно путём изменения частоты тока , скольжения , и количества пар полюсов статора .

Регулирование частоты тока в обмотках статора двигателя может осуществляться тиристорным регулятором частоты, конструкция которого достаточно сложна. При этом происходит плавное регулирование частоты вращения магнитного поля статора.

Регулирование скольжения производится путём изменения подводимого напряжения в цепи статора с помощью трёхфазного автотрансформатора, либо симисторного регулятора, схемы которых приведены выше.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путём изменения количества пар полюсов статора , является ступенчатым. Так, если , то количество обмоток статора равно шести. На каждую фазу приходится по две обмотки. При последовательном соединении звездой двух обмоток, соединённых согласно (рис.6.21), получим четырёхполюсное магнитное поле с количеством пар полюсов , которое будут вращаться с чатотой в минуту , или в два раза меньше, чем у двухполюсного магнитного поля с количеством пар полюсов , у которого частота вращения магнитного поля статора в минуту .

Популярные статьи  Мостовые измерения

Рис.6.21. Схема последовательного соединения обмоток статора асинхронного двигателя, соединённых звездой, и образующих четырёхполюсное магнитное поле

На рис.6.22 изображена схема параллельного соединения статорных обмоток, подключенных встречно двойной звездой. Переключение секций фазных обмоток со звезды на двойную звезду происходит при постоянных значениях вращающегося максимального момента и пускового момента.

Рис.6.22. Схема параллельного соединения обмоток статора асинхронного двигателя, соединённых двойной звездой, и образующих двухполюсное магнитное поле

Советуем изучить — Коэффициент абсорбции. коэффициент поляризации

Механические характеристики преключения фазных обмоток приведены на рис.6.23.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Рис.6.23. Механические характеристики асинхронного двигателя со ступенчатым регулированием частоты вращения

Для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с фазным ротором применяется способ реостатного регулирования скольжения ротора путём изменения активного сопротивления его фазных обмоток.

Торможение самовозбуждением

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Схема торможения самовозбуждением

Этот вариант реализуется за счет подключения обмоток статора к параллельной конденсаторной батарее или мосту (расчет емкости придется вести). Когда двигатель отключается от сети и должен наступить режим выбега, угасающее магнитное поле начинает питать конденсаторы, а через них возвращается обратно в обмотку, создавая тормозной момент.

Как можно видеть, на практике используется целая гамма специфических режимов работы асинхронных двигателей, которыми можно добиться быстрой и точной его остановки. При частых пусках и остановках динамическое, рекуперативное, реверсное (на пускателях) или конденсаторное торможение (через расчет моста или батареи) могут повысить эффективность работ оборудования и снизить потери времени.

Что такое динамическое торможение?

На этом месте может возникнуть закономерный вопрос: зачем что-то придумывать, если можно отключить двигатель от электросети, и он сам остановится? Это бесспорно так, но учитывая высокую частоту вращения и массо-центровочные характеристики, пройдет некоторое время до того момента, когда ротор полностью остановится. Этот период называется свободным выбегом и каждый в детстве его наблюдал, запуская простую юлу. Тем не менее, если работа оборудования предполагает частое использование пускателей, то такой режим приводит к очевидной потере времени.

Для быстрой остановки используются режимы торможения, которые предполагают трансформацию механической (в данном случае – кинетической) энергии искусственным путем. Все выделяют два основных вида торможения, которые подразделяются затем на подвиды:

  1. Механическое. Вал двигателя сообщается физически с тормозными колодками, вследствие чего возникает трение, быстрая остановка и выделение теплоты,
  2. Электрическое. Асинхронный двигатель останавливается за счет преобразования цепи подключения, вследствие чего механическая энергия трансформируется сперва в электрическую. Далее возможны два варианта ее израсходования, зависящие от схемы: либо избыток электричества выбрасывается в резервную цепь сети, либо трансформируется в тепло, за счет нагрева обмоток и сопротивления.

Динамическое торможение асинхронного двигателя относится к электрическому типу, так как в процессе обмотка статора отключается от сети с переменным током (две из трех фаз) и переводится в замкнутую цепь постоянного тока. При этом магнитное поле в статоре преобразуется из вращающегося в неподвижное. В роторе по-прежнему будет наводиться ЭДС, но момент будет направлен в обратную сторону, что приводит к торможению.

Классическая схема, как можно видеть на иллюстрации, предусматривает отключение от сети одной фазы контактором КМ1. При этом две другие фазы за счет контактора КМ2 переключаются в цепь с постоянным током через диодный мост.

Он срабатывает, и на него подается напряжение через блок-контакт.

Они нам необходимы для предотвращения включения обоих магнитных пускателей одновременно , что приведёт к короткому замыканию. Магнитные волны из обмоток статора воздействуют на обмотки ротора, создавая напряжение.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Схема включения двигателей с реверсированием и его управлением показана на рисунке 2. Катушка КМ1 теряет питание и контактор КМ1 отпадывает, отключая электродвигатель от сети. То есть при воздействии на контакт он либо замыкается, либо размыкается.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
То есть схемы их включения должны предусматривать реверсирование. В этом случае схема выглядит как на рисунке ниже. При этом нормально разомкнутый блок контакт КМ1 подхват разомкнется, это приведет к тому, что при возврате кнопки SB3 двигатель не запуститься снова. Схема включения такая же, как и у предыдущих асинхронных. Чтобы запустить двигатель с пусковой обмоткой необходимо подключить его по такой схеме: Один конец рабочей и пусковой соединяем вместе и подключаем к одной из крайних клейм кнопки.

Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Из названий следует их принцип работы. Определённые модификации магнитных пускателей опционально оборудованы тепловым микрореле аварийного отключения и защитой от обрывания фазы.

Блок — контакты на магнитных пускателях б. При пропадании напряжения электромагнитное поле тоже исчезает, пружины отжимают подвижную часть магнитопровода вверх, контакты возвращаются в исходное состояние. Что нам для это потребуется? То есть, этой величины достаточно, чтобы прибор включил основную электрическую цепь. К примеру, в сверловочных станках, отрезных конструкциях либо же лифтах, если это не касается домашнего применения.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: