1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

МОДЕРНИЗАЦИЯ СХЕМЫ РЕЖИМА ПУСКА-ТОРМОЖЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

  • Авторы
  • Файлы работы
  • Сертификаты

Предполагается, что предлагаемое схемное решение позволит оптимизировать пуск-торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и исключить ударные нагрузки в режиме торможения.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, направление вращения, сопротивление обмоток, точность регулирования, нагрузки двигателя

The purpose of this work is the modernization of the working scheme of the start-up braking mode of an asynchronous three-phase motor with a squirrel-cage rotor by replacing the obsolete electronic base with modern widely available and inexpensive electronic components, and replacing the relay components with contactless ones with detailed development of the control program on the microcontroller.

It is assumed that the proposed circuit solution will optimize start-up of the induction motor with a squirrel-cage rotor and exclude impact loads in the braking mode.

Keywords: asynchronous motor, direction of rotation, winding resistance, accuracy of regulation, motor loads

Трехфазные асинхронные двигатели благодаря простоте и надежности конструкции и низкой стоимости активно используются в производстве[1]. До сих пор в промышленности широко распространены трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, имеющие трехфазную обмотку на статоре и питающиеся от трехфазной сети. Существующая потребность в регулировании параметров двигателей, для оптимального управления технологическим процессом, позволяет считать модернизацию подобного рода систем актуальной и значимой для современного производства[2].

Описание исходной электрической структурной схемы

Рисунок 1- Исходная структурная схема

Рассмотрим принцип работы исходной структурной схемы.

При нажатии на кнопку «Пуск» срабатывает контактор и своими главными контактами включает двигатель в сеть. Один из вспомогательных контактов контактора шунтирует кнопку, а другой подключает обмотку реле времени к сети постоянного тока. Якорь реле притягивается и связанные с ним контакты в цепи катушки контактора, они замыкаются. Однако контактор не срабатывает, так как цепь его катушки разомкнута вспомогательными контактами контактора.

Для остановки двигателя нажимают на кнопку «Стоп». Контакты кнопки в цепи катушки контактора размыкаются, контактор срабатывает, его силовые контакты размыкаются и отключают двигатель от сети переменного тока. Другие контакты кнопки замыкают цепь катушки контактора, контактор срабатывает и своими силовыми контактами подключает обмотку статора двигателя к сети постоянного тока. Реле начинает отсчет времени. По прошествии определенного времени, на которое оно рассчитано, якорь реле отпадает и размыкает свои контакты в цепи катушки контактора. Контактор срабатывает — размыкает свои силовые контакты и отключает двигатель от сети постоянного тока. Схема возвращается в исходное положение — она снова готова к очередному пуску двигателя. Время выдержки реле времени KДТ должно быть несколько больше времени торможения, в противном случае динамическое торможение прекратится раньше, чем двигатель остановится.

Для того чтобы изменить направление вращения вала на противоположное, в обязательном порядке должно быть изменено расположение фаз напряжения, которое подается при питании асинхронного двигателя. Именно для этого и применяется схема реверсивного пуска двигателя, позволяющая полностью выполнить эту функцию. Кроме того, необходимо осуществлять постоянный контроль над значением напряжения, подводимого к двигателю, а также за напряжением, поступающим к катушкам контакторов. Именно контакторы непосредственно участвуют в организации реверсивного движения вала. При срабатывании первого контактора, фазы будут располагаться совершенно иначе, нежели при включении второго контактора.

При динамическом торможении с независимым возбуждением обмотки статора отключаются от сети трехфазного тока и подключаются к источнику постоянного тока. Этот ток создает неподвижный в пространстве магнитный поток, который при вращении ротора наведет в последнем ЭДС. Под действием ЭДС в обмотках ротора потечет ток, от взаимодействия которого с неподвижным потоком возникает тормозной момент. Двигатель превращается в синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной скорости.

В схеме применяется одновибратор, технический эффект от использования которого заключается в повышении надежности электропривода за счет улучшения работы задающего одновибратора, повышении устойчивости работы асинхронного электродвигателя, формирования пусковых характеристик фазоимпульсным модулированием подводимого к асинхронному электродвигателю (АД) напряжения. Кроме того, повышается точность регулирования электропотребления за счет учета изменения сопротивления обмоток АД при изменении температуры, в повышении надежности.

Цифровой коммутатор предназначен для использования в нерегулируемом электроприводе переменного тока для питания от однофазной сети трехфазных асинхронных двигателей. Устройство снабжено двумя полупроводниковыми ключами, подключающими обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети переменного тока.

Коммутаторы на выходе цифровых компараторов осуществляют коммутацию ШИМ-сигнала между транзисторными ключами.

Силовые ключи выполняют роль электронного коллектора, осуществляя коммутацию секций обмотки якоря.

Разработка модернизированной структурной схемы пуска-торможения трехфазного АД с короткозамкнутым ротором

На рисунке 2 представлена предложенная модернизированная структурная схема пуска-торможения трехфазного АД с короткозамкнутым ротором.

Рисунок 2 — Структурная схема модернизированной схемы

Структура модернизированной системы состоит из следующих блоков:

— микроконтроллер- предназначен для управления электронными устройствами системы и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой;

— интерфейс связи- предназначен для подключения элементов передающих или принимающих данные с микроконтроллера;

— драйвер ключей и силовые ключи. Драйвер управления является промежуточным согласующим устройством между схемой управления и силовыми ключами. Драйвер предназначен для выполнения двух основных функций:

Формирование сигнала управления на затворе IGBT в соответствии с командами процессора.

Диагностика состояния (наличие или отсутствие тока перегрузки), своевременное выключение силового транзистора.

— датчик тока предназначен для формирования электрического сигнала, пропорционального силе тока;

— датчик скорости предназначен для информирования схемы управления о скорости вращения двигателя;

— устройство торможения предназначено для быстрого и надежного останова и фиксации асинхронного двигателя в отключенном состоянии, состоит из двух твердотельных реле;

— блоки питания предназначены для преобразования напряжения сети переменного тока в постоянный;

— асинхронный двигатель предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию.

Более подробно работу модуля управления трехфазным асинхронным двигателем с автономным питанием целесообразно рассмотреть с помощью схемы электрической принципиальной. Принцип ее работы состоит в следующем.

Микросхема DD1 предназначенная для управления асинхронным двигателем, в ходе работы микрконтроллер считывает команды из памяти и исполняет их. Система команд заложена в архитектуре микрконтроллера и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций[3].

Силовые ключи IR2131 предназначены для согласования уровней из TTL-уровней и датчика обратной связи (ОС) (датчик тока ACS758), который включен между минусовым проводом и силовыми ключами (является ОС по току).

Также в схеме предусмотрена RBRAKE – цепь с электролитом в цепи питания и силовым транзистором (VT6), разряжающим эту емкость по сигналу микроконтроллера.

Также предусмотрена цепь датчика перенапряжения с гальванической развязкой (оптопара VТ8).

Принцип управления состоит в использовании инвертора на IGBT транзисторахIRGBC20F, к которому подключается АД мощностью 1.1 кВт.

В схеме также присутствуют твердотельные реле VT7 и VT9: управляющий сигнал подается на светодиод, который при этом передает сигнал далее – на фотодиодную матрицу, при этом обеспечивается гальваническая развязка коммутируемых и управляющих цепей. Напряжение, которое при этом создается, управляется силовым ключом.

Микросхема DD2 поочерёдно выдаёт в линию связи последовательность нулей и единиц, а устройство приёма отслеживает эти данные, запоминая их, происходит передача данных по последовательному двоичному коду.

Рисунок 3- Схема электрическая принципиальная

На основе разработанных структурной схемы и схемы электрической принципиальной были разработаны процессорная и силовая части печатной платы системы (рисунок 4). Габаритные размеры печатной платы процессорной части 145х100х1,5 мм.

Читать еще:  F3r двигатель датчик температуры охл жидкости

Габаритные размеры печатной платы силовой части 130х85х1,5 мм.

а) процессорная часть

б) силовая часть

Рисунок 4- Внешний вид печатных плат процессорной и силовых частей

В данной статье показан вариант модернизации схемы режима пуска-торможения трехфазного АД с короткозамкнутым ротором. В ходе работы были разработаны схемы структурная и электрическая принципиальная, разработана печатная плата.

В устройстве используется современная, широкодоступная, дешевая элементная база. Применение микроконтроллера в качестве устройства управления и обработки информации значительно сокращает количество элементов. При внедрении данной системы в производство можно существенно сократить время работы, и самое главное, добиться более высокого качества работы объекта управления[4].

Асинхронные электромеханические преобразователи: учеб. по- собие / Сост. Ю.В. Зубков. – 2-е изд. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. – 146 с.: ил.

Гольдберг, О.Д. Электромеханика: учеб. / О.Д. Гольдберг, С.П. Хмелевская. – М.: Academia, 2007. – 504 с. 2.

Копылов, И.П. Электрические машины: учеб. / И.П.Копылов. – 5-е изд. – М.: Высшая школа, 2006. – 607 с. 3.

Беспалов, В.Я. Электрические машины: учеб. пособие / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленц. – М.: Academia, 2006. – 313 с.

Типовые схемы включения асинхронных электродвигателей. Схема управления асинхронным электродвигателем. Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя

Типовые схемы релейно-контакторного управления асинхронными двигателями (АД) строятся по тем же принципам, что и схемы управления двигателями постоянного тока.

Типовые схемы управления ад с короткозамкнутым ротором

Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно пускаются прямым подключением к сети без ограничения пусковых токов. В этих случаях они управляются с помощью магнитных пускателей, которые одновременно обеспечивают и некоторые виды их защиты.

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя (рис. 2.1) включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск двигателя, отключение его от сети, а также защиту от коротких замыканий (предохранители F А) и перегрузки (тепловые реле КК).

Рис. 2.1. Схема управления АД с использованием

нереверсивного магнитного пускателя

Для пуска двигателя замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска S В 1. Получает питание катушка контактора КМ, который, включившись, своими главными силовыми контактами в цепи статора двигателя подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку S В1. Происходит разбег двигателя по его естественной характеристике. Для отключения двигателя нажимается кнопка остановки S В2, контактор КМ теряет питание и отключает двигатель от сети. Начинается процесс торможения двигателя выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

Реверсивная схема управления ад.

Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ 1 и КМ 2 и два тепловых реле защиты КК (рис. 2.2). Схема обеспечивает прямой пуск и реверс двигателя, а также торможение противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

Рис. 2.2. Схема управления АД с использованием реверсивного магнитного пускателя

В схеме предусмотрена защита от перегрузок двигателя (реле КК) и коротких замыканий в цепи статора (автоматический выключатель QF ) и управления (предохранители F А). Кроме того, схема управления обеспечивает и нулевую защиту от исчезновения (снижения) напряжения сети (контакторы КМ 1 и КМ 2).

Пуск двигателя при включенном QF в условных направлениях «Вперед» или «Назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок S В1 или S В2. Это приводит к срабатыванию контактора КМ 1 или КМ 2, подключению двигателя к сети и его разбегу.

Для реверса или торможения двигателя вначале нажимается кнопка S В З, что приводит к отключению включенного до сих пор контактора (например, КМ 1), после чего нажимается кнопка S В 2.

Это приводит к включению контактора КМ 2 и подаче на АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз. Магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения на противоположное, что приводит к началу процесса реверса. Этот процесс состоит из двух этапов: торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

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

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного нажатия кнопок S В 1 и S В 2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокировка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотвращает втягивание одного контактора, если включен другой. В дополнение к механической блокировке в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ 1 в цепь катушки аппарата КМ 2 и, наоборот.

Следует отметить, что повышению надежности и удобства в эксплуатации способствует использование в схеме воздушного автоматического выключателя QF . Его наличие исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы, при однофазном коротком замыкании.

Схема управления многоскоростным АД .

Эта схема (рис. 2.3) обеспечивает получение двух скоростей двигателя путем соединения секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду, а также его реверсирование. Защита электропривода осуществляется тепловыми реле КК 1 и КК 2 и предохранителями F А.

Рис. 2.3. Схема управления двухскоростным АД

Для пуска двигателя на низкую частоту вращения нажимается кнопка S В 4, после чего срабатывает контактор КМ 2 и блокировочное реле К V . Статор двигателя оказывается включенным по схеме треугольника, а реле К V , замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМ З и КМ 4, подготавливает подключение двигателя к источнику питания. Далее нажатие кнопки S В 1 или S В 2 приводит к включению соответственно в направлении «Вперед» или «Назад».

После разбега двигателя до низкой частоты вращения может быть осуществлен его разгон до высокой частоты вращения. Для этого нажимается кнопка S В 5, что приведет к отключению контактора КМ 2 и включению контактора КМ 1, обеспечивающему переключение секций обмоток статора с треугольника на двойную звезду.

Остановка двигателя производится нажатием кнопки S В 3, что вызовет отключение всех контакторов от сети и торможение двигателя выбегом.

Применение в схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов КМ 1 и КМ 2, КМ 3 и КМ 4. Этой же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов КМ 1 и КМ 2, КМ 3 и КМ 4 в цепи их катушек.

Схема управления АД, обеспечивающая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки S В 1 (рис. 2.4), после чего срабатывает линейный контактор КМ , подключающий двигатель к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ 1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ.

Рис. 2.4. Схема управления пуском и динамическим торможением АД с короткозамкнутым ротором

Для остановки двигателя нажимается кнопка S В 2, Контактор КМ отключается, размыкая свои контакты в цепи статора двигателя и отключая тем самым его от сети переменного тока. Одновременно с этим замыкается контакт КМ в цепи аппарата КМ 1 и размыкается контакт КМ в цепи реле КТ. Это приводит к включению контактора торможения КМ 1, подаче в обмотки статора постоянного тока от выпрямителя V через резистор R т и переводу двигателя в режим динамического торможения.

Читать еще:  Характеристики дизельного двигателя ниссан икстрейл

Реле времени КТ, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени. Через интервал времени, соответствующий времени останова двигателя, реле КТ размыкает свой контакт в цепи контактора КМ 1, тот отключается, прекращая подачу постоянного тока в цепь статора. Схема возвращается в исходное положение.

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

Для исключения возможности одновременного подключения статора к источникам переменного и постоянного тока в схеме использована типовая блокировка с помощью размыкающих контактов КМ и КМ 1, включенных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов.

Типовые схемы управления АДс фазным ротором . Схемы управления двигателя с фазным ротором, которые рассчитаны в основном на среднюю и большую мощность, должны предусматривать ограничение токов при их пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора. За счет включения резисторов в цепь ротора можно также увеличить момент при пуске вплоть до уровня критического (максимального) момента.

Схема одноступенчатого пуска АД в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

После подачи напряжения включается реле времени КТ (рис. 2.5), ко­торое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ 3, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Рис.2.5. Схема управления пуском и торможением противовключением АД с фазным ротором

Включение двигателя производится нажатием кнопки S В 1, после чего включается контактор КМ 1. Статор двигателя подсоединяется к сети, электромагнитный тормоз Y В растормаживается, и начинается разбег двигателя. Включение КМ 1 одновременно приводит к срабатыванию контактора КМ 4, который своим контактом шунтирует ненужный при пуске резистор противовключения R д2 , а также разрывает цепь катушки реле времени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ 3, который срабатывает и шунтирует пусковой резистор R д1 , в цепи ротора, и двигатель выходит на свою естественную характеристику.

Управление торможением обеспечивает реле торможения K V , контролирующее уровень ЭДС (частоты вращения) ротора. С помощью резистора R p , оно отрегулировано таким образом, что при пуске, когда скольжение двигателя 0

§80. Пуск в ход асинхронных двигателей

При пуске двигателя в ход должны по возможности удовлетворяться следующие основные требования: процесс пуска должен быть простым и осуществляться без сложных пусковых устройств, пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи — по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляются и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используются двигатели: необходимость плавного пуска, наибольшего пускового момента и пр. Практически используются следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.

Прямой пуск применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Однако при прямом пуске двигателей большой мощности, особенно при подключении их к недостаточно мощным электрическим сетям, могут возникать чрезмерно большие падения напряжения (свыше 10—15%). В этом случае прямой пуск для двигателей с короткозамкнутым ротором не применяют и пускают их при пониженном напряжении.
Прямой пуск асинхронного двигателя широко применяют в технике. Недостатками его являются большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент.

Пуск при пониженном напряжении применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения осуществляется следующими способами:

переключением обмотки статора при пуске с рабочей схемы «треугольник» на пусковую схему «звезда». В этом случае фазное напряжение, подаваемое на обмотку статора, уменьшается в ?З раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в ?З раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на схему «треугольник»;

включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных резисторов или реакторов. При этом на указанных аппаратах создаются некоторые падения напряжения ?U, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора будет приложено пониженное напряжение U1 — ?U. По мере увеличения частоты вращения ротора двигателя уменьшается э. д. с, индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате этого уменьшается падение напряжения ?U и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение;

подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор. Последний может иметь несколько ступеней, которые в процессе пуска двигателя переключаются соответствующей аппаратурой.

Недостатком всех указанных способов является значительное уменьшение пускового и наибольшего моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Поэтому они могут применяться только при пуске двигателя без нагрузки.

Пуск с помощью пускового реостата применяется для двигателей 1 с фазным ротором (рис. 265, а). Пусковой реостат 2 обычно имеет четыре — шесть ступеней, что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление Rп, поддерживая высокое значение пускового момента на все время, разгона двигателя. При пуске предварительно устанавливают пусковой реостат в положение, при котором он имеет максимальное

Рис. 265. Схема включения асинхронного двигателя с пусковым реостатом (а) и механические характеристики двигателя при пуске (б)

сопротивление Rп4 = Rп max, после чего подключают обмотку статора к сети трехфазного тока. При этом двигатель пускается по характеристике 4 (рис. 265,б) и развивает в начале пуска вращающий момент Mпmax.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя на снегоход для чего

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

  • однофазные;
  • двухфазные;
  • трёхфазные.

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: ns=n1–n2, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( ns / n1) = 100% * (n1 — n2) / n1 , где ns частота скольжения; n1, n2 – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

  • стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
  • высокой надёжностью в эксплуатации;
  • низкие эксплуатационные затраты;
  • долговечностью функционирования без обслуживания;
  • сравнительно высокими показателями КПД;
  • невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

  • высокие пусковые токи;
  • чувствительность к перепадам напряжений;
  • низкие коэффициенты скольжений;
  • необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
  • ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector