Схемы торможения асинхронных двигателей


СОДЕРЖАНИЕ:

§2.5. Пуск, реверсирование и торможение асинхронных двигателей

Пуск.
Условием пуска двигателя является неравенство Мпст ; если это условие выполняется, то при включении двигателя в сеть ротор приходит в движение и разгоняется до установившегося режима. При пуске ( ω2= 0, S= 1) ток в роторе достигает наибольшего значения (см. (2.15)). Соответственно велики пусковые токи и в обмотке статора, электродинамические усилия, действующие на обмотку, токовые перегрузки в питающей сети.
У асинхронных двигателей малой мощности и специальных двигателей с повышенным критическим скольжением обычно кратность пускового тока Кiп ≤ 6 и допускается непосредственное включение двигателя в сеть. Если Кiп > 6 или требуется более сильно ограничить пусковой ток, то приходится применять специальные способы пуска. У двигателей с короткозамкнутым ротором это в основном способы пуска при пониженном напряжении питания. По мере разгона ротора токи в обмотках уменьшаются и напряжение может быть повышено до номинального значения. Недостатком способов пуска при пониженном напряжении является то, что пропорционально квадрату фазного напряжения уменьшается пусковой момент (см. (2.22)).
У двигателей с рабочей схемой соединения обмоток статора в “треугольник” возможен пуск переключением со “звезды” на “треугольник”. Пуск происходит при соединении обмоток статора в “звезду”. Фазные напряжения и токи в раз, а линейный ток в √3 раза меньше, чем при прямом пуске на схеме “треугольник”. После разгона обмотки статора переключают на рабочую схему “треугольник”. Однако, как уже отмечалось, уменьшается и пусковой момент – в 3 раза.
У двигателей с контактными кольцами чаще применяется р е о с т а т н ы й способ пуска, основанный на изменении добавочного активного сопротивления – пускового реостата R, включаемого в цепь ротора (рис. 2.13,a).

Включение в цепь ротора активного сопротивления уменьшает ток в роторе и одновременно, как показано на рис. 2.13,б, увеличивает пусковой момент: при RПD&gtRПС>RПB>RПА пусковой момент МпDпCпBпA. Пуск осуществляют путем постепенного, обычно ступенчатого, уменьшения сопротивления Rп (жирные линии на рис. 2.13, б). Максимальное значение сопротивления Rп и его ступени ( RпA, RпB, RпC, RпD ) выбирают так, чтобы пики тока не превышали допустимых и пусковой момент Мп был больше момента сопротивления Мст. Однако эти двигатели более сложные и дорогие и их целесообразно применять только при тяжелых условиях пуска, когда необходим максимальный пусковой момент и мала мощность питающей сети.
Более современным способом пуска двигателя с контактными кольцами, основанным на изменении добавочного активного сопротивления в цепи ротора, является и м п у л ь с н ы й способ (рис. 2.14,а).

Пусковое сопротивление Rп подсоединяют последовательно к обмотке ротора через неуправляемый выпрямитель В. Периодическое подключение Rп производится силовым тиристором Т. Если тиристор Т включен, его сопротивление практически равно нулю, т.е. Rп шунтируется. Если тиристор Т отключен, его сопротивление существенно больше сопротивления Rп и можно считать, что цепь ротора по тиристору разомкнута, а замкнута через сопротивление Rп. Это можно представить как подключение к цепи ротора некоторого пускового сопротивления, среднее значение которого изменяется при изменении относительной продолжительности ε включения тиристора: Rп.cp = Rп (1- ε ) (рис.2.14.б), где ε =tи /Tи.
Относительная продолжительность может изменяться от I до 0, соответственно, Rп.cp — от 0 до Rп. Семейство механических характеристик при различной скважности будет иметь такой же вид, что и при обычном реостатном пуске (см. рис. 2.13,6), причем характеристике RпА=0 соответствует ε =1, характеристике RпD=Rп соответствует ε =0.
Преимущества рассмотренного импульсного способа по сравнению с обычным реостатным заключается прежде всего в том, что пуск может быть плавным и что способ удобен для реализации автоматического пуска.

Реверсирование двигателя.
Изменение направления вращения ротора осуществляется изменением направления вращения поля статора. Для этого достаточно поменять местами выводы двух любых фаз.

Торможение двигателя.
Для быстрой остановки двигателя могут применяться различные способы электрического торможения: рекуперативное, торможение противовключением и динамическое торможение.
Рекуперативное торможение происходит при работе асинхронной машины в режиме генератора параллельно с сетью, т.е. при ω21 (см. рис. 2.9,б). На практике этот режим встречается в основном при переходе с высших угловыхскоростей на низшие, например, при изменении числа пар полюсов или частоты напряжения питания.
Торможение противовключением происходит в том случае, когда магнитное поле статора вращается в одном направлении, а ротор в противоположном. При этом угловая скорость ротора и создаваемый двигателем момент имеют противоположные знаки. Основным способом перевода работающего двигателя в этот режим является переключение любых двух фаз статора. При этом изменяется направление вращения магнитного поля и двигатель переходит из точки А (рис.2.15,а; характеристика 1) в точку В (характеристика 2).

Электромагнитный момент Мэм изменяет знак, т.е. становится тормозным, и угловая скорость ротора, продолжающего по инерции вращаться в прежнем направлении, быстро уменьшается. Если в точке С двигатель отключить от сети, ротор остановится. В противном случае произойдет реверсирование двигателя — ротор начнет вращаться в противоположном направлении и перейдет в установившийся режим в точке D.
Реверсирование или торможение противовключением асинхронных двигателей с контактными кольцами средней и большой мощности осуществляется с одновременным подключением к цепи ротора дополнительного активного сопротивления с целью ограничения чрезмерно больших токов.
Динамическое торможение осуществляется отключением обмотки статора от сети переменного тока и подключением к сети постоянного тока (рис.2.15, б; ключ К1 – разомкнут, К2 – замкнут). Возникает неподвижное поле статора, которое наводит ЭДС и токи во вращающемся роторе. В результате взаимодействия этих токов с полем статора создается тормозной момент. Механические характеристики в режиме динамического торможения расположены во II квадранте (кривые 2 и 3 на рис.2.15, в) и похожи на механическую характеристику в режиме двигателя (кривая I). В отличие от режима двигателя максимальный момент наступает при тем большей угловой скорости ротора чем больше активное сопротивление ротора. В момент переключения питания двигатель переходит из точки А характеристики I в точку B характеристики 2, электромагнитный момент меняет знак и начинается интенсивное динамическое торможение, заканчивающееся в точке 0.
У двигателей с контактными кольцами в момент переключения в цепь ротора включается добавочное активное сопротивление Rд для повышения начального тормозного момента (переход в точку С ) и снижения токов.

Схемы торможения асинхронных двигателей

Такая остановка электродвигателя при движении по инерции называется свободным выбегом . Многие электродвигатели, работающие в продолжительном режиме или со значительными нагрузками, останавливают путем свободного выбега.

В тех же случаях, когда продолжительность свободного выбега значительна и оказывает влияние на производительность электродвигателя (работа с частыми пусками), для сокращения времени остановки применяют искусственный метод преобразования кинетической энергии, запасенной в движущейся системе, называемый торможением .

Все способы торможения электродвигателей можно разделить на два основных вида: механическое и электрическое.

При механическом торможении кинетическая энергия преобразуется в тепловую, за счет которой происходит нагрев трущихся и прилегающих к ним частей механического тормоза.

При электрическом торможении кинетическая энергия преобразуется в электрическую и в зависимости от способа торможения двигателя либо отдается в сеть, либо преобразуется в тепловую энергию, идущую на нагрев обмоток двигателя и реостатов.

Наиболее совершенными считают такие схемы торможения, при которых механические напряжения в элементах электродвигателя незначительны

Схемы динамического торможения асинхронных двигателей

Для управления моментом при динамическом торможении асинхронным двигателем с фазным ротором по программе с заданием времени используются узлы схем, приведенные на рис. 1, из которых схема рис. 1, а применяется при наличии сети постоянного тока, а схема рис. 1, б — при отсутствии ее.

В качестве тормозных резисторов в роторе используются пусковые резисторы R1, включение которых в режиме динамического торможения производится отключением контакторов ускорения, показанных в рассматриваемых узлах схем условно в виде одного контактора КМ3, команда на отключение которого подается блокировочным контактом линейного контактора КМ1.

Рис. 1 Схемы управления динамическим торможением асинхронных двигателей с фазным ротором с заданием времени при наличии и отсутствии сети постоянного тока

Эквивалентное значение постоянного тока в обмотке статора при торможении обеспечивается в схеме рис. 1, а дополнительным резистором R2, а в схеме рис. 1. б соответствующим выбором коэффициента трансформации трансформатора Т.

Контактор торможения КМ2 может быть выбран как на постоянном, так и на переменном токе в зависимости от требуемого числа включений в час и использования пусковой аппаратуры.

Приведенные н а рис. 1 схемы управления могут использоваться для управления режимом динамического торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Для этого обычно используется схема с трансформатором и выпрямителем, приведенная на р и с. 1 , б.

Схемы торможения противовключением асинхронных двигателей

При управлении моментом при торможении противовключением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с контролем скорости применяется узел схемы, приведенный на рис. 2.

В качестве реле противовключения используется реле контроля скорости SR, укрепляемое на двигателе. Реле настраивается на напряжение отпадания, соответствующее скорости, близкой к нулю и равной (0,1 — 0,2) ω уст.

Схема используется для остановки двигателя с торможением противовключением в реверсивной (рис. 2, а) в в нереверсивной (рис. 2, б) схемах. Команда SR используется для отключения контакторов КМ2 или КМЗ и КМ4, отключающих обмотку статора от напряжения сети при скорости двигателя, близкой к нулю. При реверсировании двигателя команды SR не используются.

Рис. 2 Узлы схемы управления торможения противовключением асинхронного двигателя с коооткозамкнутым ротором с контролем скорости при остановке в реверсивной и нереверсивной схемах

Узел управления асинхронным двигателем с фазным ротором в режиме торможения противовключеиием с одной ступенью, состоящей из R1 и R2, приведен на рис. 3. Управляющее реле противовключения KV, в качестве которого применяется, например, реле напряжения постоянного тока типа РЭВ301, которое подключено к двум фазам ротора через выпрямитель V. Реле настраивается на напряжение отпадания.

Часто для настройки реле KV используется дополнительный резистор R3. Схема в основном применяется при реверсировании АД со схемой управления, приведенной на рис. 3, а, но может использоваться и при остановке в нереверсивной схеме управления, приведенной на рис. 3, б.

При пуске двигателя реле противовключения КV не вклгочатся и ступень противовключения резистора ротора R1 выводится сразу после подачи управляющей команды на пуск.

Реле KV отключает контакторы КМ4 и КМ5 и тем самым вводит полное сопротивление Rl + R 2 ротор двигателя.

В конце процесса торможения при скорости асинхронного двигателя, близкой к нулю и составляющей примерно 10 — 20 % установившейся начальной скорости ω пер = (0,1 — 0,2) ωуст , реле KV отключается, обеспечивая команду на отключение ступени противовключения R1 с помощью контактора КМ4 и на реверсирование электродвигателя в реверсивной схеме или команду на остановку электродвигателя в нереверсивной схеме.

В приведенных схемах в качестве управляющего устройства может применяться командоконтроллер и другие аппараты.

Схемы механического торможения асинхронных двигателей

При остановке асинхронных двигателей, а также для удержания механизма передвижения или подъема, например в крановых промышленных установках, в неподвижном состоянии при отключенном двигателе применяется механическое торможение. Оно обеспечивается электромагнитными колодочными или другими тормозами с трехфазным электромагнитом переменного тока, который при включении растормаживает тормоз. Электромагнит тормоза YB включается и отключается вместе с двигателем (рис 4, а).

Напряжение на электромагнит тормоза YB может подаваться контактором торможения КМ2, если нужно отключать тормоз не одновременно с двигателем, а с некоторой задержкой по времени, например после окончания электрического торможения (рис. 4, б)

Выдержку времени обеспечивает реле времени КТ, получающее команду на начало отсчета времени, обычно при отключении линейного контактора КМ1 (рис. 4, в).

Рис. 4. Узлы схем, осуществляющих механическое торможение асинхронных двигателей

В асинхронных электроприводах применяются также электромагнитные тормоза постоянного тока при управлении электродвигателем от сети постоянного тока.

Схемы конденсаторного торможения асинхронных двигателей

Для торможения АД с короткозамкнутым ротором применяется также конденсаторное торможение с самовозбуждением. Оно обеспечивается конденсаторами C1 — С3, подключенными к обмотке статора. Включаются конденсаторы по схеме звезды (рис. 5, а) или треугольника (рис. 5, б).

Рис. 5. Узлы схем, осуществляющих конденсаторное торможение асинхронных двигателей

Торможение асинхронных двигателей

Торможение АД можно осуществить как при питании от сети переменного тока, так и путем включения в цепь статора источника постоянного тока. Кроме того, для подтормаживания Д используют режим самоторможения [9].

При включении АД по основной схеме может быть осуществлено торможение противовключением и рекуперативное торможение.

1. Торможение противовключением.

Рис. 5.13. Механические характеристики АД

при торможении противовключением

Этот режим можно осуществить двумя путями:

1) изменяя порядок чередования фаз. В этом случае направление вращения магнитного поля меняется на противоположное и Д с естественной характеристики 1 переходит на тормозную характеристику 2, расположенную во втором квадранте. В момент, когда частота вращения становится близкой к нулю, Д необходимо отключить от сети. В противном случае он реверсируется.

2) нагружая Д активным моментом, при введении в цепь ротора большого добавочного сопротивления. В этом случае вращающий момент нагрузки оказывается больше движущего момента Д. Поскольку они направлены в разные стороны, то Д переходит на работу по характеристике 3, и новое установившееся значение скорости будет соответствовать противоположному направлению вращения Д, то есть имеем спуск груза с подтормаживанием за счет включенного на подъем Д.

Рис. 5.14. Механические характеристики АД

при рекуперативном торможении

Рекуперативное торможение самое экономичное, поскольку Д включается параллельно с сетью и работает в режиме генератора, то есть энергия, затрачиваемая на торможение, возвращается обратно в сеть. Это торможение имеет место тогда, когда частота вращения выше синхронной. На практике этот метод широко используется в многоскоростных Д при переходе с большей скорости на меньшую, а также при уменьшении частоты питающего напряжения в системе преобразователь частоты — двигатель.

3. Динамическое торможение.

а)
б)

Рис. 5.15. Динамическое торможение АД: а) схема включения АД;

б) механические характеристики АД

Для осуществления этого режима обмотку статора отключают от сети и в две фазы статора подают постоянный ток. В результате ротор вращается в неподвижном магнитном поле. При этом цепь ротора может быть закорочена, либо в нее может быть введено . Возникает тормозной момент, который и тормозит двигатель. Электромеханическую характеристику Д в режиме динамического торможения можно получить из схемы замещения. Она располагается в первом квадранте (кривая 1), скольжение в режиме динамического торможения определяется как . Форма тормозной характеристики и величина тормозного момента зависят от схемы соединения обмоток. Кроме того, вид характеристики определяется величиной тормозного тока и, следовательно, сопротивлением потенциометра . При одном и том же значении можно получить различные характеристики (кривые 2 и 4). Следует иметь в виду, что момент будет пропорционален квадрату тока. При постоянном тормозном токе, изменяя , получим другое семейство характеристик (кривые 2 и 3).

Этот режим получил большое распространение.

Недостатком этого способа является уменьшение тормозного момента до нуля при снижении скорости до нуля.

4. Торможение АД при самовозбуждении.

Этот вид торможения основан на том, что после отключения АД от сети его электромагнитное поле затухает не мгновенно. Если использовать энергию этого затухающего поля, то можно обеспечить самовозбуждение Д и осуществить тормозной режим. На практике используют два способа торможения с самовозбуждением: конденсаторное и магнитное торможение.

Рис. 5.16. Конденсаторное торможение АД: а) схема включения АД;

б) механические характеристики АД

При конденсаторном торможении самовозбуждение осуществляется за счет включения в цепь статора конденсаторов. Причем конденсаторы могут подключаться постоянно (глухое включение) или при помощи контактора. Увеличение емкости конденсаторов приводит к смещению вниз и влево характеристик. При отключении двигателя накопленная в электрическом поле энергия самовозбуждает его, что приводит к появлению тормозного момента.

Рис. 5.17. Схема включения АД при магнитном торможении

Магнитное торможение. В настоящее время с использованием тиристорных коммутирующих устройств и тиристорных регуляторов напряжения широкое распространение получило магнитное торможение. Этот способ реализуется при отключении Д от сети и закорачивании обмоток статора контактором . При этом появляется электрическая цепь и за счет запасенной в Д электромагнитной энергии осуществляется самовозбуждение Д.

Особенностью этого способа является быстротечность, которая определяется небольшим временем затухания магнитного поля. Обычно этот режим осуществляется в сочетании с режимом динамического торможения. Такое комбинированное торможение реализуется с помощью тиристорных пускорегулирующих устройств.

Рис. 5.18. Схема включения АД при комбинированном торможении

При отключении Д от сети тиристоры закрыты, сигнал подается на и он замыкает обмотку статора, осуществляя магнитное торможение. Спустя короткое время закрывается , открывается один из тиристоров коммутирующей группы , например . В результате в одну из обмоток статора подается выпрямительный ток и осуществляется динамическое торможение до остановки Д.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Виды торможения двигателя

Если отсоеденить обмотки ЭД от сети переменного тока и подсоединить их к источнику постоянного тока, то произойдет динамическое торможение. Т.к при протекании через статорную обмотку постоянного тока, появляется неподвижное магнитное поле. При вращении в нем, в роторной обмотке наводиться ЭДС, под действием которой начнет течь ток, взаимодействующий с неподвижным статорным полем и при этом появится тормозной момент, который будет направлен в противоположную сторону направления вращения ротора. В итоге двигатель начнет постепенное торможение, причем скорость его остановки зависит от силы постоянного тока, протекающего по статору и от запасенной кинетической энергии привода.

В двигателе с фазным ротором, величину тормозного момента, а следовательно, скорость торможения, можно изменять, изменяя величину добавочных сопротивлений в цепи ротора.

Генераторное торможение асинхронного электродвигателя используется в основном в роли небольшого подтормаживания перед основным торможением ЭД, либо при спуске какого-либо груза, например в лифтах.

Чтобы произошло рекуперативная остановка ЭД, требуется чтобы частота вращения ротора была выше синхронной частоты вращения. В этом случае двигатель начнет отдавать накопленную энергию в сеть, то есть станет генератором. При этом электромагнитный момент ЭД будет отрицательным, и окажет существенный тормозной эффект.

Осуществить генераторное торможение можно несколькими методами. Допустим, в двухскоростных и более ЭД, при переключении с большей на меньшую скорость. При этом ротор будет вращатся по инерции с частотой более высокой, чем новая синхронная частота. Генерируется тормозной момент, который снизит скорость до новой номинальной.

Допустим, в начальный момент времени ЭД работал на характеристике 1 в точке A, после снижения скорости он перешел на вторую характеристику в точку B, а затем под действием тормозного момента достигнет точки С, но с гораздо более меньшей частотой оборотов.

Рекуперативное торможение можно выполнить, если снизить частоту питания двигателя. Это вполне возможно, если ЭД питается от преобразователя частоты на тиристорах. При снижении частоты напряжения, уменьшается и синхронная частота вращения ротора. А т.к он вращается по инерции, то она опять окажется выше, появится тормозной момент, который и далее уменьшит частоту вращения ротора вплоть до полной остановки.

Торможение методом противовключения используется в случае необходимости для быстрой остановки двигателя. Оно может быть выполнено несколькими способами. В первом варианте, в работающем ЭД, меняют две фазы местами, при этом направление вращения магнитного поля статорной обмотки изменяется в противоположную сторону. Возникнет большой тормозной момент, и бдвигательыстро останавится. Но для того чтобы снизить большие токи в момент увеличения тормозного момента, требуется ввести в обмотку ротора или статора добавочный резистор.

Во втором методе ЭД используют как тормоз для груза. Т.е, если груз спускается, то двигатель должен работать на подъем. Для этого в роторную цепь двигателя добовляется большое сопротивление. Поэтому его пусковой момент окажется ниже чем момент нагрузки, и ЭД работает при небольшой скорости, обеспечивая плавный спуск. По своей прямой сути, торможение противовключением происходит по схеме реверса двигателя.

Каждый электрик должен знать:  Потери напряжения в двухпроводной линии

Если питание ЭД отсоединить, то его магнитное поле начнет затухать только через некоторый промежуток времени. Если в этот момент успеть подсоединить к статорной обмотке ЭД конденсаторную батарею, то энергия магнитного поля перейдет сначала в заряд емкостей, а только затем возвратится в статорную обмотку. При этом появится тормозной момент, который остановит ЭД. Такое торможение еще могут называть конденсаторным.

Величина тормозного момента зависить от емкости конденсаторов, чем она выше, тем больше момент торможения. Емкости могут быть включены постоянно, а могут отсоединяться во время работы ЭД с помощью контактора.

В принципе можно обойтись и совсем без емкостей, просто замкнув обмотку статора по схеме “звезда” с помощью тумблеров SA, предварительно отсоединив ее от сети с помощью контактора K. Тогда торможение будет происходить заметно быстрее, за счет остаточного магнетизма. Такое торможение еще называется магнитным.

Курсовая работа: Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине: «Основы электропривода» и «Автоматизированный электропривод»

«Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором»

Выполнил: студент гр.ЭСЭ 24-в

технич. наук Назаренко В.Н.

Тема: РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (АД) С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

1) Закрепить и углубить теоретические знания по определению свойств электродвигателей электроприводов по их механическим характеристикам.

2) Освоить методики расчета механических характеристик электроприводов в двигательном и тормозном режимах.

1) Рассчитать параметры обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М.Клосса.

3) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.

4) Построить механические характеристики исполнительного механизма и асинхронного двигателя в двигательном и тормозном режимах.

1) Технические данные двигателей нормального исполнения представлены в табл. и

2) Динамическое торможение асинхронного двигателя производиться по схеме соединения обмоток статора в звезду табл.

3) При расчете механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения принять

4) Момент сопротивления исполнительного механизма

1.1 Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным

Параметры АД являются переменными, изменяющимися в зависимости от скольжения машины, что определяется насыщением зубцового слоя и вытеснением тока ротора. Изменение параметров АД значительно затрудняет расчет их механических характеристик. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n=f(M) или s=f(M).[4]

Рис.1.Механическая характеристика АД

В последующих расчетах характеристик АД в различных схемах включения основное внимание уделяется учету влияния изменения Rиндукт контура намагничивания, т.к. оно определяет точность расчетов. Характер изменения остальных параметров схемы замещения или не учитывается, или учитывается косвенно.

Схема замещения АД представляет собой электрическую схему, в которой вторичная цепь (обмотка ротора) соединена с первичной цепью (обмотка статора) гальванически вместо магнитной связи, существующей в двигателе.[4]

Рис.2. Схема замещения АД

В каталогах на двигатели параметры схем замещения не указываются, а приводимые данные относятся к номинальному режиму работы. И хотя каталожных данных в ряде случаев достаточно для расчета механических характеристик, эти расчеты не всегда точны. Ниже приводятся выражения, позволяющие рассчитывать параметры схем замещения АД, а также ряд других параметров по приводимым в каталогах данным: линейному напряжению и линейному току статора, номинальным значениям мощности , частоты вращения , коэффициента мощности , и КПД , числу пар полюсов , кратностям максимального и пускового тока (приложение – таблица )

Технические данные односкоростных электродвигателей серии МАП нормального исполнения на 1000 об/мин.

Название: Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
Раздел: Рефераты по физике
Тип: курсовая работа Добавлен 13:03:13 27 марта 2010 Похожие работы
Просмотров: 2656 Комментариев: 13 Оценило: 2 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать
Мощность, кВт Частота вращения, об/мин Номинальный ток при 380 В, А Момент, Н·м Пусковой ток при 380 В, А Коэффициент мощности Массогабаритные показатели, кг·м 2 КПД, %
максимальный пусковой
Мmax Мп Iп сosн φ GD 2 η
Синхронная частота вращения n0=1000 об/мин
12 МАП 221-6 4,0 890 11,8 150 130 46 0,78 0,19 83

1.3 Расчеты параметров обмоток статора и ротора

1) Критическое скольжение двигателя.

Одной из важных точек механической характеристики, представляющей интерес при анализе работы и выборе АД, является точка, где момент, развиваемый двигателем, достигает наибольшего значения. Эта точка имеет координаты nкр,sкр,Mmax (рис.1.) Значение критического скольжения sкр, при котором двигатель развивает максимальный (критический) момент Mmax определим по формуле.

— кратность критического (максимального) момента;

Номинальный момент асинхронного двигателя рассчитывается по выражению:

где — номинальное значение мощности ,

— номинальное значение угловой скорости вращения .

Величину , где σ1 — коэффициент первичного рассеяния, принимают приближенно равной 1 для двигателей нормального исполнения.

Подставим полученные значения в формулу (1).

2) Ток намагничивания двигателя в номинальном режиме.

— по условию sin²φ+cos²φ=1 отсюда sin²φ =1- cos²φ; sinφ =√1- cos²φ;

sinφ =√(1- 0,78²)=0,62578

3) Относительное значение номинального тока ротора.

отсюда — приведенное значение номинального тока ротора

4) Пусковой ток ротора.

— кратность пускового тока двигателя.

5) Приведенное активное сопротивление ротора.

— приведенное значение номинального тока ротора из выражения (3).

— скорость вращения идеального холостого хода.

-число пар полюсов электродвигателя, отсюда

-частота питающего напряжения=50Гц

6) Полное сопротивление короткого замыкания.

— фазное напряжение асинхронного двигателя. (1.6)

7) Коэффициент мощности при пуске асинхронного двигателя.

— кратность пускового момента двигателя;

-номинальное значение КПД двигателя (по усл);

— отношение потерь в меди статора к суммарным потерям в номинальном режиме.

8) Коэффициент первичного рассеяния

9) Активное сопротивление обмотки статора

— из пункта 5; Zк- из пункта 6; cosφ из пункта 7; — из пункта 8. 1,943 (Ом)

10) Индуктивное сопротивление обмотки статора двигателя, определяемое по номинальному режиму.

11) Индуктивное сопротивление двигателя, определяемое по пусковому режиму.

12) Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора

2. Расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме

32 Тормозные режимы асинхронных двигателей

4.3 Тормозные режимы асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах:

1) генераторное торможение с отдачей энергии в сеть;

2) торможение противовключением;

3) динамическое торможение.

Все перечисленные способы применимы принципиально как к двигателю с фазным ротором, так и короткозамкнутым ротором.

4.3.1 Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть

Как все электрические машины, асинхронная машина, обратима. Если к валу асинхронной машины приложен тормозной статический момент, то она, преодолевая внешний момент, работает как двигатель и потребляет мощность из сети. Если внешний статический момент на валу двигателя отсутствует, то двигатель, подключенный к сети, будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь. Если же с помощью первичного двигателя вращать ротор с синхронной скоростью, то есть будет покрывать только потери статора, а потери ротора (механические и в стали) будут покрываться первичным двигателем.

Рассмотрим работу двигателя при скорости выше синхронной. В этом случае ротор будет вращаться со скоростью большей, чем скорость магнитного поля. Это приводит к изменению направления пересечения обмоток ротора магнитными силовыми линиями поля статора (в двигательном режиме ротор отставал от поля статора). Следовательно, изменится направление ЭДС, наводимой в статоре, и направление статорного тока, т.е. теперь энергия будет отдаваться в сеть.

Указанное явление можно объяснить векторной диаграммой АД в генераторном режиме, представленной на рис. 4.10. При переходе в генераторный режим ЭДС ротора меняет свой знак Е22·S, т.к. приведенный ток ротора в этом случае

В двигательном режиме S>0 и составляющие и — положительны, причём — индуктивный ток.

В генераторном режиме S 0 ). Физически это объясняется тем, что поле вращается относительно ротора по сравнению с двигательным режимом в обратную сторону. При этом изменяется и знак ЭДС .

Двигатель переходит в генераторный режим. Электромагнитный момент также меняет свой знак и он становится тормозным. Следовательно, двигатель работает уже генератором параллельно с сетью, и отдает электрическую энергию, потребляя при этом реактивную мощность для возбуждения. Следует заметить, что асинхронная машина как в двигательном, так и в генераторном режиме потребляет реактивную энергию из сети, т.е. генераторный режим возможен только при наличии сети, которая способна снабжать асинхронный генератор реактивной мощностью, необходимой для создания магнитного поля.

Часто характеристики, соответствующие генераторному скольжению, будут располагаться во втором квадрате (II). Поэтому данному режиму будут соответствовать значения скольжения от “0” до “- ”. В этом режиме, как видно из формулы для критического момента, критический момент имеет большую величину, чем в двигательном режиме.

Торможение с рекуперацией энергии в сеть используется в подъемно транспортных устройствах при спуске тяжелых грузов. Под действием опускающегося груза асинхронная машина начинает вращаться со скоростью . При этом машина переходит в генераторный режим и начинает создавать тормозной момент. Установившемуся равновесному состоянию будет соответствовать точка пересечения механической характеристики двигателя и линии статического момента. При этом устанавливается равенство М>Мс и груз будет спускаться с установившейся скоростью.

Для этого, чтобы обеспечить нормальный тормозной спуск груза статический момент не должен превосходить критического момента машины в генераторном режиме.

Если на валу механизма имеется реактивный, статический момент, то торможение с рекуперацией энергии в сеть возможно только в случае использование асинхронного двигателя с переключением числа пар полюсов.

Предположим, что обмотки статора включены таким образом, что они обеспечивают меньшее число пар полюсов, т.е. двигатель работает в точка А, на высшей скорости

Если обмотки переключить на меньшее число пар полюсов p2, то двигатель перейдёт работать в точку В на характеристику 2, проходящую через точку

Скорость вращения двигателя при переключении окажется больше синхронной скорости, соответствующей новому числу полюсов, т.е.

Машина перейдет в режим генератора. На рис. 4.10 область с отдачей энергии в сеть соответствует участку ВСД механической характеристики.

Этот процесс применяется (имеет место) например в приводах металлорежущих станков при переключении скоростей двигателя.

4.4.2 Торможение противовключением асинхронного двигателя

Значительно большее применение на практике имеет торможение противовключением.

· Торможение противовключением посредством включения значительного по величине сопротивления в цепь ротора.

Режим противовключения можно получить в том случае, если обмотка статора будет включена для одного направления вращения, а ротор под действием внешнего момента или по инерции будет вращаться в противоположном направлении. Этот режим может иметь место в подъемно – транспортных установках при спуске груза, когда статор двигается включен для работы на подъем, а ротор под действием момента от груза вращается в противоположном направлении.

При неподвижном роторе (f2=f1) его ток достигает 5 – 6 кратного значения. При противовключении, когда , ЭДС ротора и ток ротора еще больше увеличиваются, а момент из – за большой частоты тока ротора (большого индуктивного сопротивления контура ротора) будет невелик. Поэтому для ограничения тока и получения (увеличения) соответствующего момента при торможении необходимо в цепь ротора включить дополнительное активное сопротивление. В этом случае торможение будет протекать на прямолинейном участке механической характеристики, крутизна которой определяется активным сопротивлением цепи ротора. Установившемуся режиму при торможении противовключением соответствует точка , точка Д.

Недостатком данных характеристик является их большая крутизна, трудность получения малых скоростей опускания груза, и возможность значительного колебания скорости спуска при незначительном изменении веса груза. Несмотря на это данный вид торможения применяется широко.

· Торможение противовключением изменением порядка чередования фаз статора АД

Наиболее часто режим противовключения применяется для быстрой остановки двигателя. Для перехода из двигательного режима в режим противовключения необходимо переключить две фазы статора. Вращающееся поле статора при этом изменит направление вращения, а ротор по инерции будет вращаться в прежнем направлении. Машина перейдет в режим противовключения.

При этом ток и момент изменяют свой знак. Момент станет тормозным и двигатель быстро остановится. Механическая характеристика такого режима противовключения показа на рис. 4.12. Режим противовключения соответствует участку ВС механической характеристики.

Для того, чтобы остановить двигатель, нужно отключить его от сети при достижении скорости, равной нулю. Если же его не отключить, то произойдет реверс двигателя и он увеличит свою скорость в противоположном направлении до установившегося состояния.

При реактивном статическом моменте Мс установившийся режим наступит в точке D (ω=ω2).

При активном статическом моменте Мс, который не изменяет своего знака, скорость АД превысит ω=-ω и достигнет значения ω=ω3.

В режиме противовключения ротор и поле статора вращаются в противоположном направлениях, поэтому скорость пересечения обмотки ротора полем статора определяется суммой скоростей ротора и поля статора. Скольжение двигателя в точке В будет:

Это приводит к разному увеличению ЭДС, ,индуктируемой в роторе и резкому броску тока при переходе в режим противовключения. Поэтому для ограничения броска ток в цепи ротора двигателей с фазным ротором и включают значительное добавочное сопротивление R.

Несмотря на повышенные потери в двигателе в этом режиме, в двигателе развивается повышенный тормозной, что обеспечивает торможение АД. Поэтому торможение противовключением очень широко применяется в электроприводе.

4.3.3 Динамическое торможение асинхронных двигателей

Динамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется обычно отключением статора двигателя от сети переменного тока и включением его на сеть постоянного тока. Для перехода из двигательного режима в режим динамического торможения контактор КМ1 отключает статор от сети переменного тока, а контактор КМ2 присоединяет обмотку статора к сети постоянного тока. Для ограничения тока и получение различных тормозных характеристик в цепь ротора включено внешнее сопротивление R.

Ротор при отключении двигателя продолжает вращаться по инерции. По обмоткам статора начинает протекать постоянный ток, который образует неподвижное магнитное поле статора. Под действием этого поля в обмотках вращающегося ротора наводится ЭДС. А так как обмотка ротора замкнута на сопротивление, то по ним протекает ток, величина которого определяется значением наводимой ЭДС и сопротивлением цепи ротора. Взаимодействие неподвижного магнитного потока статора с током ротора создает тормозной момент двигателя.

В этих условиях асинхронный двигатель представляет собой синхронный генератор с неявно выраженными полюсами, работающий при переменной частоте.

При динамическом торможении, также и как в двигательном режиме обмотки ротора пересекаются магнитным потоком статора.

Поэтому процессы в машине для этих режимов аналогичные. А, следовательно, и механические характеристики двигателя при динамическом торможении будут аналогичны механическим характеристикам при двигательном режиме работы (это же можно доказать аналитически). Все характеристики проходят через начало координат, так как при скорости, равной нулю, тормозной момент в этом режиме также равен нулю.

Скольжение при динамическом торможении определяется как отношение скорости вращения ротора к синхронной скорости:

Это определение скольжения полностью соответствующему общему определению скольжения асинхронной машины. Действительно, под скольжением асинхронной машины в любом режиме работы понимают отношение скорости вращения ротора относительно поля статора к синхронной скорости .

В режиме динамического торможения поле неподвижно в пространстве, и поэтому скорость вращения ротора относительно поля статора будет равна скорости вращения ротора.

Величина критического момента пропорциональна квадрату приложенного к статору напряжения и возрастает с ростом напряжения (если пренебречь насыщением): критическое скольжение зависит от сопротивления, включенного в ротор. Оно увеличивается пропорционально этому сопротивлению.

Следует иметь в виду, что в схеме динамического торможения токи Iдт протекают (при соединении обмоток в звезду не по трём, а по двум фазным обмоткам) Для расчёта характеристик нужно заменить реальный ток Iдт эквивалентным током Iэкв, который протекая по трём фазам, вызывает ту же намагничивающую силу, что и ток Iдт. Например, для схемы рис. 4.15,а Iэкв=0.816·Iдт, и для схемы (рис. 4.15, б) Iэкв=0.472Iдт.

С учетом этих особенностей можно записать следующие выражения для тока

Ток намагничивания зависит от тока ротора при постоянном . При росте скольжения ток намагничивания будет уменьшаться под действием реактивного тока ротора. Упрощенная формула для приближенного расчета механических характеристик (не учитывается насыщение двигателя) подобна формуле Клосса для двигательного режима

где Мдтк = критический момент при динамическом торможении

Sотк — критическое скольжение при динамическом торможении

Следует отметить, что критическое скольжении в режиме динамического торможения меньше критического скольжения в двигательном режиме, т.к. Для получения максимального тормозного момента, равного максимальному моменту в двигательном режиме, ток эквивалентный должен в 2-4 раза превышать номинальный ток намагничивания .

Вид механических характеристик (рис. 4.14) подобен характеристикам в режиме рекуперативного торможения. Исходный точкой характеристик является начало координат. Интенсивность динамического торможения можно регулировать, изменяя ток в обмотках статора. Тормозной момент пропорционален току и сопротивлению . При появляется насыщение машины. При включении улучшается cosφ2, Повышается Sкрт.

Энергетика в режиме динамического торможения АД работает как синхронный генератор, нагруженный на сопротивление Rд. Вся механическая мощность, поступающая на вал двигателя при торможении преобразуется в электрическую и идёт на нагрев сопротивления роторной цепи.

Механические характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения при различных сопротивлениях в цепи ротора и различных значениях постоянного тока в статоре будут иметь вид, изображенный на рис 4.14.

Симметричное включение двух обмоток статора к сети постоянного тока практически невозможно без переключений обмоток.

Поэтому используют различные способы включения обмоток статора при питании их от источника постоянного тока (рис.4.15).

Наиболее простыми применяющимися на практике является первые две схемы.

Питание постоянным током короткозамкнутых двигателей сравнительно небольшой мощности осуществляется от сети переменного тока через выпрямители.

Иногда используются динамическое торможение с самовозбуждением для двигателей с короткозамкнутым ротором. В этом случае к обмотке статора приключаются конденсаторы по схеме рис. 4.16.

Машина работает самовозбужденным асинхронным генератором. Толчок для самовозбуждения создает ЭДС, индуктируемая в обмотках как статора вращающимся ротором за счет остаточного намагничивания последнего.

ЭДС от остаточного намагничивания , приложенная к конденсатором, обуславливает протекание по обмоткам статора емкостного тока . Этот возникший в статоре ток создает в генераторе вращающееся магнитное поле, которое увеличивает ЭДС и напряжение на зажимах статора. Напряжение на конденсаторах увеличивается до величины . Т.к. протекающий через конденсаторы, в результате еще увеличится и еще больше увеличится напряжение генератора до величины Ео2 и т.д. В результате будем наблюдать процесс самовозбуждения асинхронного генератора, который протекает аналогично процессу, самовозбуждения постоянного потока (рис. 4.17).

Зависимость между напряжением и током конденсатора прямоугольника, а зависимость между потоком намагничивания и ЭДС генератора определится его кривой холостого хода. Поэтому процесс самовозбуждения будет протекать до тех пор, пока не наступит равновесие напряжения на зажимах конденсаторов и генератора (точка А).

Механические характеристики асинхронной машины при работе в режиме асинхронного генератора с самовозбуждением для различных значений емкости имеют вид (рис. 5.19).

Максимум тормозного момента при уменьшении емкости конденсатора перемещается в области более высоких скоростей.

Недостатки данного вида торможения:

1) возникновение тормозного момента только при ;

2) срыв моментов при скоростях, превышающих (скорость при которой прекращается самовозбуждение);

3) необходимость большой емкости конденсаторов для обеспечения тормозного эффекта при пониженных скоростей.

Преимуществом. Конденсаторного напряжения является отсутствие необходимости во внешнем источнике электрической энергии.

Примечание. Несмотря на аналогию уравнения механической характеристики для режима динамического торможения и уравнений для других режимов, режим динамического торможения и характеризующие его кривые имеют значительное отличие от двигательного режима:

1) при двигательном режиме работы результирующий магнитный поток, созданный магнитодвижущими силами статора и ротора, вращается в пространстве с синхронной скоростью, при динамическом торможении магнитный поток неподвижен.

2) Ток статора в двигательном режиме изменяется в функции скольжения, а при динамическом торможении постоянный ток статора не меняется.

3) Результирующий магнитный поток в двигательном режиме остается примерно постоянным, а при динамическом торможении и малой скорости ротора магнитный поток увеличивается, т. к. при этом уменьшается размагничивающее действие реакции ротора.

В двигательном режиме все характеристики начинаются в точке, соответствующей синхронной скорости, а при динамическом торможении выходят из точки, соответствующей неподвижному ротору.

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя

Номер патента: 1422346

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 2346 04 Н 02 Р 3/24 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОР СНОМ ЕЛЬСТВУ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(53) 62-83:621.316,719(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР У 383183, кл. Н 02 Р 3/24, 1969.Авторское свидетельство СССР В 445973, кл. Н 02 Р 3/24, 1974, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе переменного тока. Цель изобретения — повышение надежности и расширение области применения за счет обеспечения возможности использования асинхронных электродвигателеи с различными схемами соединения обмотки статора. Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя 1 содержит линейный контактор 2 с тремя замыкающими контактами 3 — 5 и с двумя размыкающими контактами 12, 13 и два диода 6, 7,два конденсатора 8, 9, два резистора 10, 11. Две цепочки, образованныесоединенными последовательно конденсатором, диодом и резистором, подключены к двум фазам обмотки двигателя 1. Диод и резистор зашунтированы соответствующим контактом 12, 13.В предложенном устройстве обеспечивается электронное торможение двигате.ля без дополнительных коммутационных аппар тов при любой схеме соединения обмотки статора двигателя 1. 1 ил.1422346 8 щцщ . Заказ 4438/54 ТиРаж 583 ПодписноеПроизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе Переменного тока.Цель изобретения — повышение на 5 цежности и расширение области применения эа счет обеспечения воэможности использования асинхронних электродвигателей с различными схемами соедине ния обмотки статора.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя 1 содержит линейный контактор 2 с тремя замыкающими контактами 3 — 5 и два диода 6 и 7, два конденсатора 8 и 9, два резистора 10 и 11, линейный контактор 2 дополнен двумя размыкающими контактами 12 и 13,lоДни выводы конденсаторов 8 и 9 объ- еДинены и предназначены для подключения к первой фазе асинхронного электрЬдвигателя 1, другой вывод каждого конденсатора 8 и 9 через соединенные последовательно соответствующие диод 6 и 7 и резистор 10 и 11 подключен к одному выводу соответствующего размь 1 кающего контакта 12 и 13 линейного кбнтактора 2, один вывод каждого размыкающего контакта 12 и 13 линейного контактора 2 предназначен для подключЕния второй и третьей фаз обмотки статора асинхронного электродвигателя 1, другой вывод каждого размыкаю- щего контакта 12 и 13 линейного контактора 2 подключен к точке соединения анода соответствующего диода 6 и 7 и другого вывода соответствующего конденсатора 8.и 9.Устройство работает следующим образом.Обмотка статора электродвигателя 1 подключается к сети с помощью за 45 мыкающих контактов 3 — 5 контактора 2. Оцновременно его контакты 12 и 13 размыкаются и через токоограничивающие резисторы 10 и 11 и диоды 6 и 7 происходит зарядка конденсаторов 8 и 9. При остановке или внезапном (аварийном) отключении схемы от сети замыкающие контакты 3 — 5 размыкаются, а раэмыкающие контакты 12 и 13 замыкаются и шунтируют диоды 6 и 7 и токоограничивающие резисторы 10 и 11. Начинается разряд конденсаторов 8 и 9 на фаэные обмотки статора электродвигателя 1, в результате чего наступает режим динамического торможения. Процесс динамического торможения длится до полного разряда конденсаторов 8 и 9.Таким образом, благодаря введению размыкающих контактов линейного контактора и предлагаемой схеме включения элементов устройства обеспечивается, экстренное торможение электродвигателя без дополнительных коымутационных аппаратов при любой схеме соединения обмотки статора. формула изобретения Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее линейный контактор с тремя замыкающими контактами и два диода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения за счет обеспечения возможности использования асинхронных электродвигателей с различными схемами соединения обмотки статора, в него введены два конденсатора и два резистора, а линейный контактор снабжен,цвумя размыкающими контактами, одни выводы конденсаторов объединены и прецназначены для подключения к первой фазе асинхронного электродвигателя, другой вывод каждого конденсатора через соединенные последовательно соответствующий диод и резистор подключен к одному выводу соответствующего размыкающего контакта линейного контактора, предназначенному для подключения одной из двух оставшихся фаз обмотки статора асинхронного электродвигателя, другой вывод каждого размыкающего контакта линейного контактора подключен к точке соединения анода соответствующего диода и другого вывода соответствующего конденсатора.

Заявка

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Г-4585

ЖАРИНОВ ВЯЧЕСЛАВ СЕРГЕЕВИЧ, ПАТРИКЕЕВ ЕВГЕНИЙ РОБЕРТОВИЧ, САЛАМАТОВ ГЕОРГИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Устройство для крепления лобовых частей обмотки статора асинхронного электродвигателя

Номер патента: 146849

. частей предлагается указанную кольцевую колодку выполнить в виде кольцевой коробки с концентричными стенками, которая при надевании на лобовые части охватывает их с трех сторон,На фиг. 1 схематически показано предлагаемое устройство для крепления лобовых частей обмотки статора асинхронного электродвигателя; на фиг, 2 изображен разрез колодки,Как видно из фиг. 1, в зазоре между корпусом 1 электродвигателя и лобовой частью 2 обмотки статора установлена кольцевая колодка 3, которая, в зависимости от конструкции, может быть разрезной и состоять из секторов, устанавливаемых в местах наибольших деформаций, Как показано на фиг, 2, изображающей разрез кольцевой колодки, она выполнена в виде коробки с концентричными стенками а и б. При.

Устройство для переключения обмотки статора асинхронного электродвигателя

Номер патента: 1053707

. обмо. — ки статора электродвигателя соаеожит датчик 1 скорости вращения электродвигателя блок 2 задания, выходы которых соединены с входами блока 3 сравнения, выходом соединенного че-. рез диод ч с входом порогового элемента 5, блок управления, состоящий из схемы 6 ИЛИ и схемы 7 «Запрет», имеющих связь между собой и с источником управляющего напряжения, элемент 8 задержки, вход которого соединен с выходом порогового элемента 5 и с одним входом схемы 9 И другой вход которой соединен с выходом элемента 8 задержки, выход схемы 9 И соединен с входом элемента 10 задержки и с одним входом схемы 11 И-НЕ, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента 5, а выход соединен с входом элемента 12 задержки, схему 13 И, оцин вход котэрой.

Приспособление для автоматического переключения обмотки статора асинхронного двигателя

Номер патента: 48769

. и возвращает тем самым шкив в первоначальное положеййе. Следов ател ьпо, если двигатель, снабженный этим шкивом, при помощи ременной передачи присоединить к какой-либо машине в орудию, то, в случае переменного режима нагрузки, шкив будет скользить вдоль вала электродвигателя; это перемещение шкива используется для переключения рубильником обмоток статорадвигателя со звезды на треугольник или наоборот. Переключение осуществляется штангой 9, представляющей собой железную планку, которая проходит впереди кронштейнов, прикрепленных к двигателю; один конец тяги прикреплен к рукоятке рубильника или переключателя, установленного в том месте, где выведены концы статорной обмотки, второй конец тяги, показанной на чертеже имеет два.

Способ определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора асинхронного двигателя

Номер патента: 390632

. индуктивную составляющую полного сопротивления включенной обмотки. Недостатком такого способа является необходимость проведения нескольких опытов, что усложняет методику определенця сопротивления рассеяния обмотки статора. Кроме того, способ может быть использован только для трехфазных машин, обмотки которых сдвинуты одна относительно дру2гой на угол а = — , и эл. рад. и имеют одина;3ковые числа витков.Предлагаемый способ позволяет сократить число опытов и расширить область его применения. Это достигается тем, что измеряют мнимую часть отношения э.д,с. в одной разомкнутой обмотке к току в обмотке, включенной в сеть, и на основании полученных данных вычисляют искомую величину.На чертеже дана схема опыта, проводимого по.

Трехфазная двухслойная полюсопереключаемая обмотка статора асинхронного двигателя

Номер патента: 1437953

. слое пазов, в нижнем и верхнем слоях зубцовой зоны стороны катушек каждой фазырасположены в равном количестве. Этообуславливает равенство индуктивныхсопротивлений рассеяния фаз предлагаемой обмотки в отличие от сопротивлений фаэ известной обмотки, вкоторой все стороны катушек однойфазы расположены в нижнем слое пазов,а все стороны катушек другой фазы -в верхнем слое. Различие сопротивлений по фазам искажает магнитное поледвигателя, вызывает дополнительныепотери электроэнергии, снижающиеКЩ двигателя, и приводит к повышению нагрева обмотки, снижающего егонадежность,Устранение несимметрии реактивныхсопротивлений по фазам позволяет повысить КПД двигателя, снизить температуру обмотки статора, повысить надежность двигателя,Изобретение.

Торможение двигателей постоянного тока

Виды электрического торможения. Электрические двигатели, как правило, используют не только для вращения механизмов, но и для их торможения. Электрическое торможение позволяет быстро остановить механизм или уменьшить его частоту вращения без применения механических тормозов.

Различают три вида электрического торможения двигателей постоянного тока: 1) рекуперативное торможение — генераторное торможение с отдачей электрической энергии в сеть; 2) динамическое или реостатное торможение — генераторное торможение с гашением выработанной энергии в реостате, подключенном к обмотке якоря; 3) электромагнитное торможение — торможение противовключением.

Во всех указанных режимах электромагнитный момент М воздействует на якорь в направлении, противоположном и, т. е. является тормозным.

Рекуперативное торможение. Двигатель с параллельным в озбуждением переходит в режим рекуперативного торможения при увеличении его частоты вращения и выше п0 = U/ceФ. В этом случае ЭДС машины становится больше напряжения сети и ток согласно (8.80) изменяет свое направление, т. е. двигатель переходит в генераторный режим. В этом режиме машина создает тормозной момент, а выработанная электрическая энергия отдается в сеть и может быть полезно использована.

В машине с параллельным возбуждением (рис. 8.71, а) механические характеристики генераторного режима являются продолжением механических характеристик двигательного режима в область отрицательных моментов.

Рис. 8.71. Схема и механические характеристики машины постоянного тока в двигательном и генераторном режимах.

Динамическое торможение. При этом виде торможения двигателя с параллельным возбуждением обмотку якоря отключают от сети и присоединяют к ней реостат Rдо6 (рис. 8.72, а) При этом машина работает как генератор, создает тормозной момент, но выработанная электрическая энергия бесполезно гасится в реостате. Регулирование тока Ia = Е/(ΣRa + Rдоб), т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивления Rдоб, подключенного к обмотке якоря.

Рис. 8.72. Схема и механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением в режиме динамического торможения.

Электромагнитное торможение. В этом режиме изменяют направление электромагнитного момента М, сохраняя неизменным направление тока из сети, т. е. момент делают тормозным. Последнее осуществляют так же, как и при изменении направления вращения двигателя — путем переключения проводов, подводящих ток к обмотке якоря (рис. 8.76, а) или к обмотке возбуждения. Чтобы ограничить значение тока в этом режиме, в цепь обмотки якоря вводят добавочное сопротивление Rдоб. Регулирование тока Ia = (U + Е)/(ΣRa + Rдоб), т. е. тормозного момента М, осуществляют путем изменения сопротивления Rдоб или ЭДС Е (тока возбуждения Iв). Механические характеристики в этом режиме для двигателей с параллельным и последовательным возбуждением показаны на рис. 8.76, б и в.

Рис.8.76. схема и механические характеристики двигателей в режиме электромагнитного торможения.

21.Универсальные коллекторные двигатели — это электродвигатели малой мощности последовательного возбуждения с секционированной обмоткой возбуждения, благодаря чему они могут работать как на постоянном, так и на переменном стандартных напряжениях примерно с одинаковыми свойствами и характеристиками. Такие электродвигатели используют для привода маломощных быстроходных устройств и многих бытовых приборов. Они допускают простое, широкое и плавное регулирование скорости.

По своему устройству эти двигатели отличаются от двигателей постоянного тока общего применения конструкцией статора, магнитную систему которого собирают из топких изолированных друг от друга листов электротехнической стали с выступающими полюсами, на которых размещают по две секции обмотки возбуждения. Эти секции соединяют последовательно с якорем и располагают по обе стороны от его выводов, что снижает радиопомехи от ценообразования на коллекторе под щетками, которое при питании двигателя от сети переменного напряжения особенно усиливается из-за существенного ухудшения условий коммутации.

Устройства плавного пуска и торможения двигателей электроустановок: грамотное использование

Тиристорный способ пуска похож на пуск при пониженном напряжении, который в прежние времена реализовывался как переключение «звезда — треугольник» или ступенчатый пуск от от автотрансформатора. Благодаря тиристорам.

Что может устройство плавного пуска (УПП)?

Среднее по функциональности устройство плавного пуска (УПП) позволяет решать следующие задачи:

  • Ограничить пусковой ток ( в большинстве случаев на уровне 3 — 4,5 Iном) и просадки сетевого напряжения питания в зависимости от мощности силового трансформатора и характеристик подводящих шин питания;
  • Оптимизировать пусковой и тормозной моменты для безударных разгонов и остановок приводимых механизмов, продлить срок использования подшипников, зубьев колёс редукторов, ремней и других деталей машин;
  • Аварийно защитить питающую сеть от токовых перегрузок, заклинивания вала.

Схожесть тиристорного пуска с классическими способами пуска электродвигателей

Тиристорный способ пуска похож на пуск при пониженном напряжении, который в прежние времена реализовывался как переключение «звезда — треугольник» или ступенчатый пуск от автотрансформатора. Благодаря тиристорам такой способ пуска не имеет недостатков ступенчатости двух последних способов, но, с точки зрения механических характеристик, не может сдвинуть «горб» области максимального момента к области нулевой скорости, и вынужден мириться с падением пускового момента при ограничении тока.

Тиристорный пуск не похож на пуск мотора с фазным ротором и тем более двигателя постоянного тока с последовательно включенной обмоткой возбуждения (см. выше). В большинстве реальных ситуаций, когда мы модернизируем уже имеющийся механизм с имеющимся двигателем (асинхронным с короткозамкнутым ротором и обмотками, соединёнными в звезду), условно есть только 3 практических способа «умягчения» пуска:

  • Автотрансформатор — на практике случаи применения автору не известны ни в советское, ни в настоящее время.
  • Собственно устройство плавного пуска (УПП), позволяющее, в отличие от первого способа, гибко настраивать условия пуска на конкретном механизме под его уникальные условия.
  • Частотный привод (преобразователь). Снижая стартовую частоту до единиц герц, мы, будучи также зажатыми «горбатой» характеристикой зависимости момента от скольжения, можем снизить пусковой ток, потребляемый из сети питания, до значений не выше номинального, даже при пуске под нагрузкой. Подробности пусковых (и не только пусковых) свойств частотных преобразователей — тема отдельной статьи.

Что не может устройство плавного пуска (УПП)?

В свою очередь, устройство плавного пуска (УПП) не может выполнить следующие функции:

  • Регулировать частоту вращения двигателя в установившемся режиме;
  • Реверсировать направление вращения;
  • Увеличить пусковой момент относительно номинального;
  • Снизить пусковой ток до значений меньших, чем требуется для вращения ротора в момент старта.

Рис.1. Семейство характеристик зависимости момента на валу и потребляемого тока от частоты вращения при разных допустимых значениях напряжения питания относительно номинального.

Очень важно: ток обмотки в конкретный момент времени при скорости вращения вала меньше синхронной зависит от текущей скорости, а не от механической нагрузки. От последней при пуске зависит, как быстро мы завершим процесс пуска.

Устройство устройство плавного пуска (УПП)

Силовая часть устройства плавного пуска

Сердцем силовой части устройства плавного пуска (УПП) является классический симистор (два встречно-параллельно включенных тиристора с управляющим входом), включаемый последовательно между питающим проводником и обмоткой двигателя. Тиристор отпирается при условии приложения прямого напряжения анод-катод и одновременной подачи отпирающего потенциала или его импульса на управляющий электрод. Запирается тиристор только снижением тока в цепи «анод-катод-нагрузка» до значения, близкого к нулевому. В составе устройства плавного пуска (УПП) тиристор исполняет роль быстродействующего полупроводникового контактора, включаемого напряжением, а выключаемого током.

Отметим, что временной момент запирания при переходе через ноль тока тиристора, через который питается обмотка разгоняемого двигателя, всегда запаздывает относительно момента перехода синусоиды фазного напряжения через ноль из-за индуктивной составляющей. Готовые устройства плавного пуска (УПП) содержат симисторы, включаемые в одну, две или все три фазы, причём, при соединении обмоток треугольником, возможно включение симисторов не в фазу питания, а в разрыв обмотки. В этом случае ток через симистор снижается в 1,73 раза и позволяет выбрать менее мощное и более дешёвое устройство плавного пуска (УПП), но удваивает число необходимых кабелей (с допустимым током в те же 1,73 раза ниже).

Рис.2. Симистор в одной фазе. Рис.3. Симисторы в двух фазах. Рис.4. Симисторы в трёх фазах.

Не перегружая статью расчётами и формулами, кратко сравним важные потребительские технические характеристики одно-, двух- и трёхфазного регулирования.

Число регули-
руемых фаз
Перекос I и U по фазам Реализация плавного торможения Ограни-
чение пускового тока
Включение в разрыв обмоток в «треугольник» Динами-
ческое торможе-
ние
Обязатель-
ность входного контактора
1 да нет слабо нет нет да
2 да да средне нет нет нет
3 нет да Только по характеру нагрузки на валу при пуске и торможении да возможно нет

Входной контактор не обязателен только при отсутствии требований к гальванической развязке.

В пользу выбора одно- или двухфазных устройств плавного пуска (УПП) говорят только более низкая цена в сочетании с возможностью использования в конкретном механизме.

Однофазное регулирование. Через нерегулируемые фазы при разгоне двигателя протекает ток, соответствующий скольжению и моменту в конкретный момент времени. Поскольку время разгона больше вследствие плавности характера процесса пуска, тепловой режим нерегулируемой обмотки может оказаться даже хуже, чем при прямом пуске. Следует также отметить, что само по себе однофазное устройство плавного пуска (УПП) не может аварийно остановить трёхфазный двигатель, максимум, что он может — выдать аварийный сигнал. Таким образом, схема применяется только там, где требуется смягчить пусковые удары в механической нагрузке в диапазоне мощностей до 11 кВт, а плавное торможение, длительный пуск и ограничение пускового тока не требуются. В связи с удешевлением тиристоров однофазные устройства плавного пуска (УПП) снимаются с производства, замещаясь двухфазными, поэтому в настоящей статье более не рассматриваются.

Двухфазное регулирование. Есть ограничение пускового тока, но несимметричность его ограничения в момент запуска и торможения также присутствует, так как управление отпиранием тиристора только в двух фазах не позволяет питать все три фазы абсолютно одинаково. Двухфазные устройства плавного пуска (УПП) выпускаются для двигателей мощностью до 250 кВт и более, применяются в случаях, когда узким местом при запуске является не ограничение тока до гарантированной величины, а, как и для однофазных устройств плавного пуска (УПП), смягчение механических ударов. Многие модели снабжены внутренними байпасными контакторами, что удешевляет стоимость решения по запуску одного двигателя или нескольких параллельно подключенных. О роли байпасного контактора речь пойдёт ниже.

Трёхфазное регулирование. Самое технически совершенное решение, так как позволяет получить симметричное по фазам ограничение тока и силы магнитного поля, поэтому, в сравнении с двухфазным, при том же крутящем моменте силы в момент разгона двигателя, токовый режим максимально благоприятен и для двигателя, и для сети. Технически область применения универсальна, есть возможность применить динамическое торможение и подхват обратного хода мотора, хотя эта функция реализована не во всех моделях устройств плавного пуска (УПП). Мощность и напряжение питания двигателя ограничены только тепловой и электрической прочностью самих тиристоров.

Система управления и выставляемые параметры

Генерация управляющего сигнала для отпирания симисторов происходит в системе управления, которая в законченном виде (аппаратная +программная части) представляют собой ноу-хау производителя.

На рис.5 схематически показано изменение напряжения в обмотке двигателя при изменении временного промежутка, или, что то же самое, фазового сдвига между прохождением синусоиды входного напряжения через ноль и моментом подачи управляющего сигнала в процессе пуска двигателя. Величина называется углом отпирания тиристора и изменяется от значения менее 180 градусов или 10 мс при частоте 50 Гц в начале до нуля в момент выхода на номинальные обороты. При плавном торможении угол отпирания изменяется в обратном порядке.

Время процесса включения — это время, за которое система плавного пуска увеличит напряжение на выходе от начального до полного.

Время выключения — это время, за которое напряжение на выходе системы снизится от полного до напряжения остановки (начального напряжения). Если время остановки равно нулю, это будет эквивалентно прямой остановке. Используется, когда необходима плавная остановка мотора, например, при работе с насосами или ленточными конвейерами.

Начальное напряжение. Иногда называется напряжением или крутящим моментом подставки. Это точка, в которой система мягкого пуска начинает или завершает процесс включения или выключения. Применяется для гарантированного трогания вала с места. При начальном напряжении 50% от номинального α =90 градусов.

Рис.6 Полный рабочий цикл двигателя, управляемого устройством плавного пуска (УПП).

Ограничение тока может использоваться в тех случаях, когда требуется ограничение пускового тока или при пуске под большой нагрузкой, когда трудно обеспечить хороший старт заданием только начального напряжения и времени включения. При достижении предела ограничения тока система плавного пуска временно прекратит увеличение напряжения, пока ток не снизится ниже заданного предела, после чего процесс увеличения напряжения возобновится до достижения полного напряжения. Эта функция имеется не во всех устройствах плавного пуска (УПП).

Функция BOOST поддержки напряжения позволяет получить пусковой момент для преодоления механического трения. Применяется, когда крутящий момент при пониженном стартовом напряжении недостаточен для трогания вала с места, но основной разгон уже стартовавшего двигателя можно выполнить и от пониженного напряжения. Кривая изменения напряжения на старте показана на рис. 7.

Возможные применения функции BOOST — дробилки, тестомесы, мясорубки. Первые 0,2 с (10 полных периодов) тиристоры полностью открыты, и двигатель ведёт себя, как и при прямом пуске, и нагружает сеть соответствующим образом. Такая короткая по времени просадка в сети обычно не вызывает аварийных остановок других механизмов. Эта функция также имеется не во всех устройствах плавного пуска (УПП).

Простейшие двухфазные устройства плавного пуска (УПП) с плавным торможением на токи до 32 А собираются в пластиковом корпусе с креплением на 35 мм DIN-рейку. На передней панели находятся регулировки времени пуска, времени торможения и начального напряжения, винты клемм питания, выхода на двигатель, логических входов для подключения кнопок «Пуск» и «Стоп» и, при наличии, BOOST, и выходы сигналов ошибки и завершения процесса разгона. Более функционально продвинутые устройства плавного пуска (УПП) позволяют устанавливать настройки и управлять процессом с интерактивной передней панели или по сетевому протоколу, реализуя, например, смену режимов пуска или последовательный запуск двигателей разной мощности.

Электромагнитная совместимость

Хотя процесс отпирания тиристора происходит лавинообразно, индуктивная составляющая сопротивления обмотки ограничивает скорость нарастания тока при включении, а выключение происходит в момент снижения тока до нуля. Специальные дроссели и фильтры ЭМС на практике не применяются. Уровень помех во всём спектре частот на порядки ниже, чем у частотного преобразователя той же мощности без дросселей и фильтров ЭМС.

Байпасный контактор

Байпасный (обходной) контактор (БК) служит для питания двигателя в установившемся режиме, минуя тиристоры и, таким образом, облегчая их тепловой режим. Выбирается по категории АС-1, так как пусковые токи стандартного прямого включения через него не протекают. Многие двухфазные устройства плавного пуска (УПП) имеют встроенный БК.

Каскадное включение при пуске и торможении нескольких двигателей

Все двигатели одной мощности, устройства плавного пуска (УПП) выбирается из соображений мощность/продолжительность включения/температура в месте установки.

Рассмотрим рабочий цикл привода каскадного механизма. Привод готов к пуску — КМ1 замкнут (остальные разомкнуты). Все контакторы в штатных режимах работают по категории АС-1 при условии гарантированной краткой выдержки времени между окончанием процесса замыкания стартовых контакторов и началом подачи импульсов отпирания на тиристоры. Для реализации аварийной защиты, например, от теплового пробоя тиристоров во время затянувшегося пуска, стартовые контакторы всё же целесообразно выбирать по АС-3, а для резервирования возможности прямого пуска в случае выхода из строя устройств плавного пуска (УПП) — и рабочие контакторы тоже.

Состояние двигателей Замкнутость контакторов
M1 M2 M3 K25 K26 K27 K28 K29 K30
запуск остановлен остановлен +
работа остановлен остановлен +
работа запуск остановлен + +
работа работа остановлен + +
работа работа запуск + + +
работа работа работа + + +
работа работа торможение + + +
работа торможение остановлен + +
торможение остановлен остановлен +
остановлен остановлен остановлен

При использовании в управлении приводом простейшего микроконтроллера или программируемого реле с часами и счётчиками можно следить за моторесурсом каждого двигателя и, например, автоматически подключать в первую очередь самый «свежий» и выключать самый «уставший».

Плавное торможение в насосных агрегатах необходимо, поскольку остановка одного из насосов на выбеге двигателя приводит примерно к такому же резкому перепаду давления, как и прямой пуск. В каскадной системе, как это видно из схемы, роль БК выполняют рабочие контакторы.

Типовые проблемы эксплуатации устройства плавного пуска (УПП) и способы их решения

Наиболее дорогие в плане восстановления устройства, потенциально подверженные поломкам вследствие ошибок (см. 1):

  • Силовой трансформатор питания сети с устройством плавного пуска (УПП);
  • Собственно устройство плавного пуска (УПП);
  • Двигатели;
  • Механические части нагрузки (редукторы и исполнительные органы).

Проектирование: выбор устройства плавного пуска (УПП), схема включения. Ведущие мировые производители предлагают компьютерные программные средства, помогающие выбрать и устройство плавного пуска (УПП), и сопутствующие элементы схемы привода.

В идеальном случае, ограниченном только физическими принципами работы силовой части, устройство плавного пуска (УПП) должно создавать плавно возрастающее по значению, начиная от стартового, круговое по форме магнитное поле, вращающееся со скоростью, заданной частотой питающей сети. Для этого тиристоры должны стоять во всех трёх фазах.

При эксплуатации привода в установившемся режиме без БК ток в обмотки продолжает поступать через тиристоры устройства плавного пуска (УПП). Последствия включения без БК для двигателей и трансформаторов подробно описаны в [1, 2]. Последствия для устройства плавного пуска (УПП) — только более тяжёлый тепловой режим. Корень всех минусов — в физических свойствах реальных тиристоров и погрешностях работы генератора отпирающих импульсов. Постоянная составляющая как следствие несимметричности полуволн тока, протекающего по цепи «вторичная обмотка трансформатора — тиристоры устройства плавного пуска (УПП) — обмотка двигателя» возникает как совокупность следующих факторов: запирание тиристора происходит при некотором остаточном значении тока:

  • между моментом подачи отпирающего импульса на управляющий электрод и моментом начала;
  • протекания тока проходит время, называемое временем включения тиристора;
  • не существует ни двух, ни тем более шести тиристоров, у которых эти 2 параметра точно совпадают;
  • при появлении в сети мощной помехи могут происходить сбои в синхронизации тактового генератора.

Как показывают элементарные расчёты, в случае, описанном в [1], уровень постоянной составляющей тока по фазам при U=0.4 кВ составил не более 2% номинального для двигателя и менее 1% номинального для трансформатора. При всей кажущейся незначительности относительных величин, результаты не врут. Дешевле добавить в схему один контактор, чем ремонтировать двигатель, менять трансформатор мощностью в сотни и тысячи кВА и терпеть убытки от простоя оборудования.

Пусконаладочное параметрирование устройства плавного пуска (УПП). Как уже было отмечено ранее, простейшее устройства плавного пуска (УПП) в настройке ненамного сложнее, чем тепловое реле защиты двигателя. Ниже приведены ориентировочные настройки устройства плавного пуска (УПП) для различных механизмов.

Параметры настройки устройства плавного пуска при использовании функции ограничения тока

В таблице не учтена возможность включения функции BOOST.

Крутящий момент мотора будет уменьшаться пропорционально квадрату напряжения и, если начальное напряжение задано слишком малым, например 20 %, стартовый крутящий момент будет равен только 0.2? = 0.04 = 4 %, и мотор не начнет вращаться в самом начале процесса включения.

Поэтому очень важно находить такой уровень, при котором мотор начнет сразу работать, чтобы избежать ненужного перегрева. При завышенном начальном уровне пусковой ток и момент будут слишком мало отличаться от значений при прямом пуске.

Время включения не должно быть слишком большим, поскольку это приведет только к ненужному перегреву мотора и срабатыванию защитного реле. Если мотор не нагружен, время пуска мотора окажется меньше заданного, а если мотор сильно нагружен, то больше.

Выводы

Тиристорное устройство плавного пуска (УПП), если мы жёстко завязаны на имеющийся асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, не дающий возможности переключать обмотки со звезды на треугольник на ходу, является самым массовым устройством для решения многих проблем, возникающих при прямом пуске.

При выборе решений по плавному пуску и торможению в механизмах, приводимых двигателями мощностью от десятков кВт и выше, необходимо стартовать от следующего:

  • устройство плавного пуска (УПП) должно иметь 3-фазное регулирование;
  • При подключении к одному или параллельно соединённым нескольким двигателям, запускаемым синхронно, БК обязателен;
  • При многодвигательном приводе на общую механическую нагрузку с раздельным пуском каждого двигателя (например, насосные станции) разумно использовать каскадный последовательный запуск/торможение;
  • Имеющиеся механические охолостители нагрузки (например, байпасные трубопроводы в насосах и компрессорах) целесообразно оставить.

Литература:
1. Петухов В.С., Соколов В. А. Повреждения трансформаторов и электродвигателей. Причина — в системе плавного пуска // Новости ЭлектроТехники. — 2005. — № 2(32).
2. Соркинд М. Асинхронные электродвигатели 0,4 кВ. Аварийные режимы работы// Новости ЭлектроТехники. — 2005. — № 2(32).
3. Schneider Electric. Устройства плавного пуска и торможения Altistart 48. Каталог 2002. ART. 011237RU.
4. АВВ. Системы плавного пуска. Учебное пособие. Февраль 2003.
5. Siemens. SIRIUS 3RW. Устройства плавного пуска. Презентация. Февраль 2005.
6. Ключев В. И., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. М., Энергия, 1980. — 360 с., ил.
7. Лотоцкий К. В. Электрические машины и основы электропривода. М., Колос, 1964. — 495 с., ил.

Электродвигатель с фазным ротором принцип работы

схема асинхронного двигателя с фазным ротором

Большие пусковые токи двигателей создают скачки напряжения в электросети. Возможность избежать этого переключением асинхронного двигателя со звезды на треугольник я описывал. Есть еще способ снижения пускового тока — асинхронный двигатель с фазным ротором. Преимущества такого способа весьма ощутимы:

  1. пусковой момент почти не снижается;
  2. довольно плавная регулировка скорости вращения ротора;
  3. возможность торможения противотоком (изменение вращения ротора в противоположную сторону — реверс) без последствий для статора;
  4. возможность динамического торможения (об этом читайте ниже).

Из минусов я бы назвал громоздкость электрооборудования и повышенная сложность обслуживания. Схема асинхронного двигателя с фазным ротором значительно сложнее схемы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Асинхронный двигатель с фазным ротором широко применяется в грузоподъемной технике (мостовые, козловые, башенные краны).
Обмотки фазного ротора соединены в звезду, и через токосъемные кольца с графитовыми или медно-графитовыми щетками к обмоткам подключаются сопротивления номиналом ниже 1 Ом (десятые и сотые доли). Так как в фазном роторе наводится ток, превосходящий статорный, сопротивления очень большого сечения. Сделанные из нихрома, они собираются секциями в ящике, размером больше самого двигателя. Подключается от 3 до 5 ступеней разгона двигателя.
При пуске работает вся батарея сопротивлений. Постепенно закорачивая части сопротивлений силовыми контактами пускателей, командоконтроллеров или контакторов, повышают скорость вращения ротора. В схемах асинхронного двигателя с фазным ротором я преднамеренно исключил многие элементы управления, чтобы не отвлекали от описания работы фазного ротора и сопротивлений.

На легких мостовых кранах сопротивления переключаются непосредственно силовыми контактами командоконтроллера (Рис.1). Сначала включаются в работу все сопротивления, двигатель работает на малой скорости, затем закорачивается верхняя часть сопротивлений, и поэтапно выводится из работы вся батарея, обеспечивая максимальную скорость вращения ротора. Крановщик может включить самую высокую скорость, мгновенно проходя все ступени разгона.
На башенном кране такая вольность чревата. Плавность разгона там регулирует реле времени .
Помню, на башенном кране сгорела катушка реле, а начальство требует срочно разгрузить машины на стройке. Пришлось идти на преступление — закорачивать контакты реле времени. Жуткое зрелище, скажу вам, когда под тяжелым грузом дергало и раскачивало башню крана!

Разберем примерную схему асинхронного двигателя с фазным ротором (Рис.2). Не обращая внимания на статорные цепи, вкратце разберем работу фазного ротора.
В нейтральном положении контроллера включено реле времени РУ1, остальные катушки обесточены.
На первой ступени пуска контактом контроллера включается контактор подъема или спуска (КМП или КМС), ротор вращается на минимальных оборотах при полном сопротивлении. Замыкается цепь реле РУ2. С задержкой времени включается нормально разомкнутый контакт РУ2, обеспечивая цепь включения контактора КУ1.
На второй ступени пуска следующим контактом контроллера включается контактор КУ1, контакты которого выводят часть сопротивлений из работы. Скорость вращения увеличивается. В это время вспомогательный контакт включенного контактора КУ1 разрывает цепь реле времени РУ1. Нормально замкнутый контакт реле РУ1 возвращается с задержкой в исходное положение — цепь катушки КУ2 готова к работе.
Третья ступень контроллера включает контактор КУ2, и выходит из работы еще одна часть сопротивлений. Вспомогательный контакт КУ2 отключает катушку реле времени РУ2, нормально разомкнутый контакт РУ2 без помощи контроллера с задержкой включает катушку контактора КУ3. Все сопротивления закорочены, двигатель работает на максимальных оборотах.
Режим динамического торможения асинхронного двигателя основан на совместной работе фазного ротора, блока сопротивлений и трехфазного выпрямителя. Разберем саму суть динамического торможения с самовозбуждением. Если разбираться основательно во всех схемах режима, понадобится целая заумная статья, что для начинающего электрика будет сложновато.
Торможение асинхронного двигателя с фазным ротором можно осуществить подачей на статор постоянного тока. Если постоянный ток получить через выпрямитель из питающей линии и подать на статор, получится динамическое торможение с подпиткой. Режим с самовозбуждением не использует внешнюю подпитку.
Известно, что при снятии напряжения со статора в «железе» остается остаточное магнитное поле. Это явление и используется в нашей простенькой схеме (Рис.3).

Ротор, вращаясь в остаточном магнитном поле, вырабатывает трехфазный переменный ток, который выпрямляется трехфазным диодным мостом. Полученное таким образом постоянное напряжение через контакты контактора КД подается на обмотки статора.
Динамическое торможение эффективно применяется на башенных кранах в режиме опускания груза. Двигатель в этом режиме расторможен, и груз раскручивает лебедку. Ротор вырабатывает переменный ток, который, выпрямляясь диодным мостом, притормаживает двигатель. Если груз ускоряется, ток увеличивается, создавая большее торможение. Груз приостанавливается, ток уменьшается, торможение ослабевает. Получается что-то вроде отрицательной обратной связи (знаете электронику?). Плавность посадки груза самого высокого уровня. Единственное, что плохо, — груз должен быть не легким. Легкий груз может не разогнать лебедку.

Добавить комментарий Отменить ответ

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

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

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

Достоинства асинхронных электродвигателей

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

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы асинхронных электродвигателей

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

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

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

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

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

Статьи и схемы

Полезное для электрика

[ВИДЕО] Асинхронный двигатель: принцип работы, характеристики

Принцип работы любого асинхронного двигателя основан на физическом взаимодействии магнитного поля, возникающего в статоре, с током, который это же поле наводит в обмотке ротора. Электрическое напряжение прикладывается к обмотке статора, которая выполнена как три группы катушек. Под действием напряжения в обмотке возникает переменный трехфазный ток, который и наводит вращающееся магнитное поле. При пересечении замкнутой обмотки ротора, это поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, создает в ней ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля (статор) и тока (ротор) создает вращающий электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение. Благодаря совокупности моментов, создаваемых отдельными проводниками, возникает результирующий момент, электромагнитная пара сил, заставляющая вращаться ротор в направлении, в котором движется электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле при этом вращаются с различными скоростями, т.е. асинхронно (отсюда и основное название двигателей). У асинхронных двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет меньше скорости, с которой вращается магнитное поле в статоре.

С момента начала вращения ротор может выполнить механическую работу – с помощью подсоединенного вала приводить в движение технологическую машину (насос, вентилятор, транспортер и т.д.).

Принцип работы асинхронного двигателя показан на видео.

Асинхронный двигатель с фазным ротором необходим в приводах, которые сразу требуют большого пускового момента – лифты, краны, мельницы и т.д. В таких механизмах необходимее уже при запуске двигателя получить максимальный момент, но при этом ограничив значение пускового тока.

Основные элементы асинхронного двигателя – ротор и статор, разделяемые воздушным зазором. Активные части двигателя – магнитопровод и обмотки, остальные составляющие – конструктивные, призванные обеспечить необходимую жесткость, прочность, возможность вращения и его стабильность, охлаждение и т.д.

Cтатор – неподвижная часть, на внутренней стороне сердечника которого размещаются обмотки. Обмотка статора — это трехфазная (для общего случая — многофазная) обмотка, в которой проводники равномерно распределяются по окружности статора и уложены пофазно в пазах, соблюдая угловое расстояние равное 120 эл.град. Статорные фазы обмотки соединены стандартно – «звезда» или «треугольник» — и подключены к трехфазной сети электротока. В процессе вращения (изменения) магнитного потока в обмотках возбуждения, происходит перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготовлен шихтованным (набирается из пластин) из особой электротехнической стали – таким способом удается минимизировать магнитные потери.

Рис. 1. Схема асинхронного двигателя

На асинхронный двигатель с фазным ротором установлен ротор, на котором размещают три, как и на статоре, фазные обмотки, соединяемые между собой по схеме «звезда» («треугольник» встречается очень редко). К медным кольцам (их количество равно количеству обмоток), которые закреплены на валу рота и полностью изолированы как сердечника ротора, так и между собой, присоединены концы фазных обмоток. Благодаря этому соединению асинхронный двигатель с фазным ротором имеет и другое название – двигатель с контактными кольцами.

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.

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

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.

Каждый электрик должен знать:  Международная компания по защите окружающей среды путем снижения потребления электроэнергии
Добавить комментарий