Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

Пусковые свойства двигателей.

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.

Прямой пуск. Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на рис. 3.22. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

, (3.37)

максимальны (см.п.3.19 при s=1). По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Рис. 3.22

Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:

.(3.38)

Из рис. 3.18 видно, что пусковой момент близок к номинальному и значительно меньше критического. Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться. С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами. Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки. Эффект вытеснения тока состоит в следующем: потокосцепление и индуктивное сопротивление X2 проводников в пазу ротора тем выше, чем ближе ко дну паза они расположены (рис.3.23). Также X2 прямо пропорционально частоте тока ротора.

Следовательно, при пуске двигателя, когда s=1 и f2 = f1 = 50 Гц , индуктивное сопротивление X2 = max и под влиянием этого ток вытесняется в наружный слой паза. Плотность тока j по координате h распределяется по кривой, показанной на рис.3.24. В результате ток в основном проходит по наружному сечению проводника, т.е. по значительно меньшему сечению стержня, и, следовательно, активное сопротивление обмотки ротора R2 намного больше, чем при нормальной работе. За счет этого уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент МП (см. (3.37), (3.38) ). По мере разгона двигателя скольжение и частота тока ротора падает и к концу пуска достигает 1 – 4 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление мало и ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. При сильно выраженном эффекте вытеснения тока становится возможным прямой пуск при меньших бросках тока и больших пусковых моментах.

К двигателям с улучшенными пусковыми свойствами относятся двигатели, имеющие роторы с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и некоторые другие.

Рис.3.23 Рис. 3.24

Двигатели с глубокими пазами. Как показано на рис.3.25, паз ротора выполнен в виде узкой щели, глубина которой примерно в 10 раз больше, чем ее ширина. В эти пазы-щели укладывается обмотка в виде узких медных полос. Распределение магнитного потока показывает, что индуктивность и индуктивное сопротивление в нижней части проводника значительно больше, чем в верхней части. Поэтому при пуске ток вытесняется в верхнюю часть стержня и активное сопротивление значительно увеличивается. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, и плотность тока по сечению становится почти одинаковой. В целях увеличения эффекта вытеснения тока глубокие пазы выполняются не только в виде щели, но и трапецеидальной формы. В этом случае глубина паза несколько меньше, чем при прямоугольной форме.

Рис.3.25

Рис.3.26

Двигатели с двойной клеткой. В таких двигателях обмотки ротора выполняются в виде двух клеток (рис.3.26): во внешних пазах 1 размещается обмотка из латунных проводников, во внутренних 2 – обмотка из медных проводников. Таким образом, внешняя обмотка имеет большее активное сопротивление, чем внутренняя. При пуске внешняя обмотка сцепляется с очень слабым магнитным потоком, а внутренняя – сравнительно сильным полем. В результате ток вытесняется во внешнюю клетку, а во внутренней тока почти нет.

По мере разгона двигателя ток из внешней клетки переходит во внутреннюю и при s =sНОМ протекает в основном по внутренней клетке. Ток во внешней клетке при этом сравнительно небольшой. Результирующий пусковой момент, складывающийся из моментов от двух клеток, значительно больше, чем у двигателей нормальной конструкции, и несколько больше, чем у двигателей с глубоким пазом. Однако следует иметь в виду, что стоимость двигателей с двойной клеткой ротора выше.

Пуск переключением обмотки статора.

Если при нормальной работе двигателя фазы статора соединены в треугольник, то, как показано на рис.3.27, при пуске первоначально они соединяются в звезду. Для этого сначала включается выключатель Q, а затем переключатель S ставится в нижнее положение Пуск. В таком положении концы фаз Х, Y, Z соединены между собой, т.е. фазы соединены звездой. При этом напряжение на фазе в √3 раз меньше линейного. В результате линейный ток при пуске в 3 раза меньше, чем при соединении треугольником. При разгоне ротора в конце пуска переключатель S переводится в верхнее положение и, как видно из рис. 3.27, фазы статора пересоединяются в треугольник. Недостатком этого способа является то, что пусковой момент также уменьшается в 3 раза, так как момент пропорционален квадрату фазного напряжения, которое в √3 раз меньше при соединении фаз звездой. Поэтому такой способ применим при небольшом нагрузочном моменте и только для двигателей, нормально работающих при соединении обмоток статора в треугольник.

Рис.3.27

Пуск при включении добавочных резисторов в цепь статора. (рис. 3.28). Перед пуском выключатель (пускатель) находится в разомкнутом состоянии и замыкается выключатель Q1.

При этом в цепь статора включены добавочные резисторы RДОБ. В результате обмотка статора питается пониженным напряжением U1n = U1НОМ – InRДОБ. После разгона двигателя замыкается выключатель Q2 и обмотка статора включается на номинальное напряжение U1НОМ. Подбором RДОБ можно ограничить пусковой ток до допустимого. Следует иметь в виду, что момент при пуске, пропорциональный U21П, будет меньше и составляет (U1П / U1НОМ)2 номинального. Важно отметить, что при этом способе пуска значительны потери в сопротивлении RДОБ (RДОБI21n). Можно вместо резисторов RДОБ включить катушки с индуктивным сопротивлением ХДОБ, близким к RДОБ.

Применение катушек позволяет уменьшить потери в пусковом сопротивлении.

Рис.3.29 Рис.3.28

Автотрансформаторный пуск. Кроме указанных способов можно применить так называемый автотрансформаторный пуск.

Соответствующая схема показана на рис.3.29. Перед пуском переключатель S устанавливается в положение 1, а затем включается автотрансформатор и статор питается пониженным напряжением U1П. Двигатель разгоняется при пониженном напряжении и в конце разгона переключатель S переводится в положение 2 и статор питается номинальным напряжением U1ном.

Если коэффициент трансформации понижающего трансформатора n, тогда ток I на его входе будет в n раз меньше. Кроме того, пусковой ток будет также в n раз меньше, т.е. ток при пуске в сети будет в n2 раз меньше, чем при непосредственном пуске.

Этот способ, хотя и лучше рассмотренных в п.3.14.7, но значительно дороже.

Пуск двигателя с фазным ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис.3.30. Начала фаз обмоток ротора присоединяются к контактным кольцам и через щетки подключаются к пусковому реостату с сопротивлением Rp.

Приведенное к обмотке статора сопротивление пускового реостата Rp рассчитывается так, чтобы пусковой момент был максимальный, т.е. равен критическому. Так как при пуске скольжение sП = 1, то sП = 1 = sК , равенство МП = М Пmaх = МК будет обеспечено. Тогда .

Пуск двигателя происходит по кривой, показанной на рис.3.31. В момент пуска рабочая точка на механической характеристике находится в положении а, а при разгоне двигателя она перемещается по кривой 1, соответствующей полностью включенному реостату. При моменте, соответствующем точке е , включается первая ступень реостата и момент скачком увеличивается до точки b – рабочая точка двигателя переходит на кривую 2; в момент времени, соответствующей точке d, выключается вторая ступень реостата, рабочая точка скачком переходит в точку с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и затем в точку f. Реостат закорачивается, обмотка ротора замыкается накоротко, а щетки отводятся от колец.

Таким образом, фазный ротор позволяет пускать в ход асинхронные двигатели большой мощности при ограниченном пусковом токе. Однако этот способ пуска связан со значительными потерями в пусковом реостате. Кроме того, двигатель с фазным ротором дороже двигателя с короткозамкнутым ротором. Поэтому двигатель с фазным ротором применяется лишь при больших мощностях и высоких требованиях к приводу.

Содержание

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

В момент пуска в ход n=0, т.е. скольжение S=1. Т.к. токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и возрастают при его увеличении, пусковой ток двигателя в 5 ÷ 8 раз больше его номинального тока Iпуск = (5 ÷ 8) Iн. Как рассматривалось ранее, из-за большой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент: Мпуск = (0,8 ÷ 1,8) Мн. Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, пуск при пониженном напряжении, реостатный пуск. Прямое включение в сеть. Это самый простой и самый дешевый способ пуска. Короткозамкнутые асинхронные двигатели проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети пусковые токи не создавали опасных с механической точки зрения электродинамических усилий. Кроме того, превышение температуры , возникающее при пуске, не должно нарушать термическую прочность изоляции обмотки статора. Двигатели этого типа обычно пускают с помощью магнитного пускателя и разгоняют автоматически по естественной механической характеристике от М = Мп до М = Мст. Если в момент пуска Мп < Мст, двигатель разогнаться не сможет. Недостатками данного способа пуска является сравнительно небольшой пусковой момент (кратность пускового момента kп = Мп/Мн = 1…2) и большой бросок пускового тока (кратность пускового тока kiп = Iп/Iн = 5…7). Значение начального пускового момента при s = 1:

Пуск с помощью реостата в цепи ротора.Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

На рис. 2.19 приведена схема реостатного пуска (рис. 2.19а) и механические характеристики (рис 2.19б) при этом пуске.

Рис. 2.19

В момент пуска в ход (рис. 2.19 а) в цепь ротора введен полностью пусковой реостат (Rпуск3 = Rпуск1 + Rпуск2), для чего контакты реле к1 и к2 разомкнуты. При этом двигатель будет запускаться по характеристике 3 (рис. 2.19 б) под действием пускового момента Мпуск. При заданной нагрузке на валу и введенном реостате Rпуск3 разгон закончится в точке А. Для дальнейшего разгона двигателя нужно замкнуть контакты к1, при этом сопротивление пускового реостата снизится до Rпуск2 и разгон будет продолжаться по характеристике 2 до точки В. При замыкании контактов к2, пусковой реостат будет полностью выведен (Rпуск=0) и окончательный разгон двигателя будет продолжаться по его естественной механической характеристике 1 и закончится в точке С. Критическое скольжение равно: для естественной характеристики ; для искусственной характеристики .Пусковой момент для искусственной характеристики можно рассчитать по формуле Клосса

.

Задаваясь необходимой величиной пускового момента, можно вычислить Sкр3 и величину пускового сопротивления

>Весёлый Карандашик

Схемы с пусковым активным сопротивлением.

Пусковое сопротивление используется там, где к электродвигателям не предъявляют больших пусковых моментов, то есть запуск с минимальной нагрузкой на валу, продолжительный период запуска, небольшая мощность электродвигателя, большое скольжение и др..

В большинстве случаев умельцы применяют ТЭНы в качестве пусковых сопротивлений по соответственной мощности электродвигателя. Но мы в начале подбирали пусковые сопротивления по электрическому сопротивлению пусковой обмотки, затем опытным путём уточняли его величину, при которой наблюдался наибольший пусковой момент электродвигателя.

Общедоступны три схемы подключения трёхфазного электродвигателя с пусковым сопротивлением.

Большой пусковой и максимальный моменты. Неустойчивый вращающий момент.Большой пусковой и в два раза меньший, чем у первой схемы максимальный моменты.Большой пусковой момент при запуске электродвигателя.

Схемы с пусковым конденсатором и конденсаторные двигатели.

Вторым простым фазосдвигающим элементом — конденсатором, пользуются чаще и при его применении получают большие пусковые моменты в электродвигателях. В настоящее время промышленностью выпускаются специальные пусковые и рабочие конденсаторы различных модификаций. В качестве рабочего можно применить разнополярный конденсатор, рассчитанный на рабочее напряжение не менее 500v.

Ёмкость подбирается из учёта необходимости величины пускового момента. При ёмкостном сопротивлении конденсатора равном сопротивлению короткого замыкания используемой пусковой(фазной) обмотки, пусковой момент электродвигателя будет максимальным. То есть, чем больше ёмкость взятого конденсатора, тем легче и быстрее запустится электродвигатель под нагрузкой.

После запуска двигателя пусковой конденсатор необходимо сразу же отключить, так как обмотка сильно перегреется, а конденсатор от перенапряжения может взорваться. Метало-бумажные конденсаторы не так часто взрываются, как электролитические, поэтому к выбору пускового конденсатора необходимо отнестись внимательно, изучив его паспортные данные касательно рабочего напряжения.

Вот несколько основных схем с конденсатором, хотя, любой умелец может комбинировать их как угодно.

Знавал я одного мастера, который переделал трёхфазный электродвигатель на однофазный и запускал его в работу пусковым реле от холодильника.

Требуется повышенное напряжение, но можно получить до 80% мощности.Пусковой момент равен номинальному.Можно получить до 100% мощности.
Мощность получаемая не более 90%.Схема позволяет получить 100% мощности как при использовании трёхфазного двигателя. Малый пусковой момент во время запуска электродвигателя.
Малый пусковой момент. Пример схемы. Использование рабочего и пускового конденсаторов. Номинальный пусковой момент.

Электродвигатели предназначенные для эксплуатации в однофазной сети конструктивно изготавливают с двумя обмотками на статоре, расположенными под некоторым углом друг к другу. Пусковая обмотка имеет меньшее электрическое сопротивление, чем рабочая и выполнена проводом немного бо́льшего сечения, чем основная.

Мощности конденсаторных двигателей невелики, так как у них наблюдается повышенное скольжение и небольшой пусковой момент.

Схемы с активным и индуктивным сопротивлением.

Если к схеме электродвигателя применить индуктивное и активное сопротивления, то можно получить некоторый сдвиг фаз и запустить асинхронный электродвигатель, питаемый трёхфазным напряжением. Этакий своеобразный расщепитель фаз, конструктивная электрическая схема которого при определённом включении дополнительных элементов, позволяет получить на её выходе трёхфазное напряжение при подаче на неё однофазного.

В качестве индуктивного сопротивления используют дроссель с воздушным зазором в сердечнике

Назовём такую схему статическим расщепителем фаз и работает она только при запуске двигателя, после чего отключаются активные элементы и двигатель работает как однофазный.

Схема с активным и индуктивным сопротивлением. Схема с активным и индуктивным сопротивлением.

Расщепитель фаз, частотный преобразователь и взаимная индукция для запуска электродвигателей.

Что бы применить схему с использованием взаимной индукцией нужны электродвигатели, изготовленные для двухфазной сети, поэтому такой способ ограничен использованием в быту. Схему можно применить для двухфазной сети и для однофазной. Однофазная сеть может быть использована для питания двухфазного электродвигателя, а двухфазная сеть для питания трёхфазного электродвигателя.

Многие задаются вопросом: ‘то происходит с пусковой обмоткой при её отключении от фазосдвигающего элемента после запуска электродвигателя?’ Меня ранее тоже мучил такой вопрос. Провёл эксперимент. После запуска трёхфазного электродвигателя(3kw) от однофазной сети, к освободившейся пусковой обмотке подключил 1.2kw электроплитку.

Потребляемый двигателем ток незначительно изменился, а электроплита нагрелась до красна. Получается, что пусковая обмотка уже после запуска электродвигателя работает как генераторная. Оказывается , что не только в пусковой, но и в рабочей(двигательной) тоже генерируется энергия.

Примерно половина мощности генерируется самим двигателем, а половина мощности берётся от однофазной сети. Одна фаза расщепляется ещё на две и распределение напряжений в обмотках двигателя дополняется до обычной трёхфазной системы.

Значит, трёхфазный электродвигатель от однофазной сети можно не только использовать для эксплуатации нагрузки, но и питать от него другой трёхфазный электродвигатель.

Пример: в 1915 году в США для питания тяговых электродвигателей электровозов использовали расщепители фаз — два двигателя по 600 kw.

Конструктивно всё просто. Как обычный трёхфазный электродвигатель запускаете расщепитель от однофазной сети. Затем трёхполюсным выключателем подключаете к нему трёхфазный двигатель.

Включение трёхфазного электродвигателя в однофазную сеть при помощи асинхронного расщепителя фаз. Для уменьшения асимметрии напряжения асинхронного расщепителя фаз в сему добавлен трансформатор. Ёмкостная компенсация асимметрии напряжения в асинхронном расщепителе фаз. Схема асинммертичного расщепителя фаз с симметричным напряжением.

Требовательность к асинхронным расщепителям значительная. Обороты ротора расщепителя должны быть выше, чем у питаемого ним электродвигателя. Мощность немного выше потребляемой мощности нагрузкой.

Все вышеперечисленные способы запуска трёхфазного электродвигателя можно отменить, при наличии в кармане определённой суммы денег, ведь нынешний прогресс в технике облегчил условия использования трёхфазных электродвигателей в однофазных сетях. Я говорю об электронных частотных преобразователях, которые напрямую подключаются к однофазной сети.

Переменное сетевое напряжение в таком преобразователе сначала выпрямляется и становится постоянным. Это постоянное напряжение через специальный блок или модуль преобразуется в переменное, нужной нам частоты. Далее переменное напряжение через электронные ключи подаётся на три обмотки трёхфазного электродвигателя.

Двойной выигрыш: возможность управления частотой вращения вала электродвигателя и не используем никаких фазосдвигающих элементов. Частотный преобразователь в данном случае является фазосдвигающим управляющим устройством, с комплексной защитой и другими дополнительными функциями.

К слову дополню, что таким преобразователем частоты удобно управлять электроинструментом, в котором в качестве привода используется синхронный электродвигатель.

На сколько Вы удовлетворены?

Поделись с другими. Возможно, они тоже ищут.

Как запускать трехфазный асинхронный двигатель от однофазной сети?

Самый простой способ запуска трехфазного двигателя в качестве однофазного, основывается на подключении его третьей обмотки через фазосдвигающее устройство. В качестве такого устройство может выступать активное сопротивление, индуктивность или конденсатор.

Прежде, чем подключать трехфазный двигатель в однофазную сеть, необходимо убедиться, что номинальное напряжение его обмоток соответствуют номинальному напряжению сети. Асинхронный трехфазный двигатель имеет три статорных обмотки. Соответственно в клемной коробке должно быть выведено 6 клемм для подключения питания. Если открыть клеммную коробку, то мы увидим борно двигателя. На борно, выведены 3 обмотки двигателя. Их концы подключены к клеммам. На эти клеммы и подключается питание двигателя.

Каждая обмотка имеет начало и конец. Начала обмоток маркируют как С1, С2, С3. Концы обмоток промаркированы соответственно С4, С5, С6. На крышке клемной коробки мы увидим схему включения двигателя в сеть при разных напряжениях питания. Согласно этой схемы мы и должны подключить обмотки. Т..е. если двигатель допускает использование напряжений 380/220, то для его подключения к однофазной сети 220В, необходимо переключить обмотки в схему «треугольник».

Если же его схема подключения допускает 220/127 В, то к однофазной сети 220 В, его необходимо подключать по схеме «звезда», как показано на рисунке.

Схема с пусковым активным сопротивлением

На рисунке показана схемы однофазного включения трехфазного двигателя с пусковым активным сопротивлением. Такая схема используется только в двигателях малой мощности, так как в резисторе теряетя большое количество энергии в виде тепла.

Схемы конденсаторного пуска асинхронного двигателя

Наибольшее распространение получили схемы с конденсаторами. Для изменения направления вращения двигателя необходимо применять переключатель. В идеале для нормальной работы такого двигателя необходимо, чтобы емкость конденсатора изменялась в зависимости от числа оборотов. Но такое условие выполнить довольно трудно, поэтому обычно применяют схему двухступенчатого управления асинхронным электродвигателем. Для работы механизма, приводимого в движение таким двигателем, используют два конденсатора. Один подключается только при запуске, а после окончания пуска его отключают и оставляют только один конденсатор. При этом происходит заметное снижение его полезной мощности на валу до 50…60% от номинальной мощности при включении в трехфазную сеть. Такой пуск двигателя получил название конденсаторного пуска.

При применении пусковых конденсаторов имеется возможность увеличить пусковой момент до величины Мп/Мн=1,6-2. Однако, при этом значительно увеличивается емкость пускового конденсатора, из за чего вырастают его размеры и стоимость всего фазосдвигающего устройства. Для достижения максимального пускового момента, величину емкости необходимо выбирать из соотношения, Xc=Zk, т. е. емкостное сопротивление равно сопротивлению короткого замыкания одной фазы статора. По причине высокой стоимости и габаритов всего фазосдвигающего устройства конденсаторный пуск применяется лишь при необходимости большого пускового момента. В конце пускового периода пусковой обмотки необходимо отключить, в противном случае пусковая обмотка перегреется и сгорит. В качестве пускового устройства можно применять индуктивность— дроссель.

Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети, через частотный преобразователь

Для пуска и управления трехфазным асинхронным двигателем от однофазной сети, можно применять преобразователь частоты с питанием от однофазной сети. Структурная схема такого преобразователя представлена на рисунке. Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с помощью преобразователя частоты является одним из самых перспективных. Поэтому именно он наиболее часто используется в новых разработках систем управления регулируемыми электроприводами. Принцип его лежит в том, что, меняя частоту и напряжение питания двигателя, можно в соответствии с формулой, изменять его частоту вращения.

Сам преобразователь состоит состоят из двух модулей, которые обычно заключены в один корпус:
— модуль управления, который управляет функционированием устройства;
— силовой модуль, который питает двигатель электроэнергией.

Применение преобразователя частоты для пуска трехфазного асинхронного двигателя. позволяет значительно снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом. Причем значения пускового тока и момента можно регулировать в достаточно больших пределах. Кроме того с помощью частотного преобразователя можно регулировать обороты двигателя и самого механизма, уменьшая при этом значительную часть потерь в механизме.

Недостатки применения частотного преобразователя для пуска трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети: достаточно высокая стоимость самого преобразователя и периферийных устройств к нему. Появление несинусоидальных помех в сети и снижение показателей качества сети.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором. упрощенная пусковая диаграмма. расчет пусковых сопротивлений.

При пуске асинхронный двигатель должен развить повышенный вращающий момент.

Для асинхронного двигателя с ф.р. начальный пусковой момент, соответствующий скольжению SП= 1, зависит от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.

а — зависимость вращающего момента двигателя с ф.р. от скольжения при различных активных сопр. резисторов в цепи ротора,

б — схема включ. резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора.

Введение в цепь ротора пусковых резисторов, снижает начальный пусковой ток и увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть максимального момента Mmax (кривая 3). Для поддержания достаточно большого вращающего момента, двигателем с ф.р. в процессе разгона производственного агрегата (с целью сокращения длительности переходного процесса и снижения нагрева двигателя) необходимо постепенно уменьшать активное сопротивление пусковых резисторов. Допустимое изменение момента в процессе разгона M(t) определяется электр. и механ. условиями, огранич пиковый предел момента М > 0,85Ммах, момент переключения М2 >> Мс, а также ускорение.

Пусковые характеристики трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором à

Переключение пусковых резисторов обеспечено поочередным включением контакторов ускорения y1, y2 в моменты времени t1, t2 (отсчитываемые с момента пуска двигателя) в момент, когда в процессе разгона вращающий момент М становится равным моменту переключения М2.

Благодаря этому на протяжении всего пуска все пиковые моменты получаются одинаковыми и все моменты переключения равны между собой.

Ч.2)

Поскольку вращающий момент и ток асинхронного двигателя с фазным ротором взаимно связаны, то можно при разгоне ротора установить пиковый предел тока I1 = (1,5 — 2,5) Iном и ток переключения I2, который должен обеспечить момент переключения М2 > Мc.

Отключение асинхронных двигателей с ф.р. от сети всегда выполняют при цепи ротора, замкнутой накоротко, во избежание появления перенапряжений в фазах обмотки статора, которые могут превысить номинальное напряжение этих фаз в 3 — 4 раза (при разомкнутой цепи ротора)

Расчет резисторов в цепи ротора, обеспечивающих заданную пусковую диаграмму двигателя, для асинхронного электропривода с фазным ротором является наиболее часто встречающейся задачей. Пусковая диаграмма строится в предположении, что рабочий участок механических характеристик близок к линейному.

При построении пусковой диаграммы предельный момент М 1 не может быть (0,8-0,9)Мmax, а момент (1,1-1,25)Mc.Число ступеней пусковой диаграммы m (оно равно числу искусственных M4 и М2 связаны между собой соотношением

— значение момента в относительных единицах

и величины сопротивлений по ступеням

Методика построения пусковой диаграммы

Построение пусковой диаграммы и определение пусковых сопротивлений выполняют аналитическим или графическим методами. Аналитический метод применяется при высокой линейности механических характеристик. Графический метод в большей степени учитывает нелинейность механической характеристики и отличается от аналитического тем, что после расчета максимального момента (М1) и момента переключения (М2) правильная пусковая диаграмма строится путем последовательных приближений с корректировкой значений М2.

1. Определить значение момента М1 через найденное ранее значение МН. Для этого используется заданная в табл.2 кратность пускового момента М1/МН.

2. Рассчитать величину момента переключения М2:

, где , а m – число пусковых ступеней, равное в данной работе для всех вариантов 3 (m=3).

3. Построить пусковую диаграмму привода в координатах естественной механической характеристики (cм. рис.3).

Рис.3 Графический расчет пусковой диаграммы.

Для этого на рисунке механической характеристики:

— отметить значения моментов М1, М2, через которые провести вертикальные прямые до пересечения с естественной механической характеристикой в точках kиg;

-через точки kиgпровести прямую линию tg, определяя положение точки t;

-через точкуgпровести горизонтальную прямую gf, определяя положение точки пересечения f c линией М2 ;

— через точку f провести луч te до пересечения с линией М1;

— горизонтальная прямая ed определит положение точки d, через которую провести луч tc до пересечения с линией М1 и т.д. Горизонтальная прямая cb определит положение точки b, луч ta через которую должен пересечь ось моментов в т. М1. Пусковая диаграмма построена.

4. Если луч ta не попадает в точку М1, необходимо скорректировать положение точки М2 сохраняя соотношение М2 ³ МС и повторить построение. В противном случае необходимо повторить выбор двигателя.

1.2.3. Расчет пусковых параметров электропривода.

К расчетным пусковым параметрам электропривода в первую очередь относятся значения сопротивлений пусковых реостатов и время пуска.

1. Значения сопротивлений отдельных секций пусковых реостатов определяется с помощью построенной пусковой диаграммы, лучи которой разбили вертикальные линии моментов М1, М2 на ряд отрезков (ac, ce, eg), соотношение длин которых пропорционально соотношению сопротивлений секций.

Определить значения сопротивлений секций по следующим формулам:

RG1 = ac × mR; RG2 = ce × mR; RG3 = eg × mR, где mR – масштаб сопротивлений равный: mR = RP / gh.

RP — активное сопротивление одной фазы обмотки ротора, определяемое по формуле: ,

где Е2К – напряжение между кольцами двигателя, а I2H- ток ротора при полученном значении ПВ. Оба параметра определяются из технических данных электродвигателей серии MTF (табл.3).

2. Для определения времени пуска необходимо выполнить приведение момента инерции механизма к валу двигателя по формуле:

, где

момент инерции двигателя JДВ = (CD)2/4;

момент инерции механизма JМЕХ(задан в табл.1);

(CD)2/4 – маховый момент двигателя (табл.3);

Номинальная скорость вращения механизма wМЕХ = 42 рад/c;

Номинальная скорость вращения двигателя wДВ = p×nДВ/30.

Рассчитать время пуска двигателя из неподвижного состояния до рабочей скорости («wДВ), считая, что двигатель разгоняется под действием среднеарифметического момента МСР = (М1 + М2)/2, а момент статического сопротивления механизма МС » РС3 / wДВ.

Тогда время пуска двигателя равно:

tП = J × wДВ /( МСР — МС).

Свести в таблицу основные расчетные данные пускового режима электропривода и сформулировать выводы по первому заданию.

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

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

Схема пуска двигателя с фазным ротором, функции тока.

Схема подключения двигателя с фазным ротором, функции времени.

Рисунок 1 — Схема пуска двигателя с фазным ротором.

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

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

замыкает контакты:

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

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

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

Устройство двигателя

Главными постоянными являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр, состав –листы электротехнической стали, в цилиндр уложена трёхфазная обмотка. Она состоит из обмоточной проволоки. Которые соединены между собой в виде звезды или треугольника в зависимости от напряжения.

Ротор – основная вращающаяся часть двигателей. Он в зависимости от расположения может быть внешним, внутренним. Данный элемент состоит из стальных листов. Пазы сердечника наполнены алюминием, который имеет стержни, содержащие торцевые кольца. Они могут быть латунными или стальными, каждое из них изолировано слоем лака. Между трёхфазным статором и ротором образуется зазор. Регулирование размер зазора от 0,30 –0,34 мм в устройствах с небольшим напряжением, 1,0–1,6 мм в устройствах с большим постоянным электрическим напряжением. Конструкция имеет название «беличья клетка». Для мощных двигателей используется медь в сердечнике. Контактор начинает действие, двигатель заводится.

Существует добавочный резистор в цепи обмотки вращающей части машины, крепится с помощью металлографитных щеток. Щетки обычно используются две, расположены на щеткодержателе. В приводах кранах и центрифугах для регулирования роботы применяется конический подвижный ротор. Асинхронные двигатели с фазным ротором незаменимы при технических требованиях мощного пускового момента. Это могут быть такие механизмы, как кран, мельница, лифт.

Схема переключения электрической цепи со звезды на треугольник

Принцип работы

В основе АД лежит вращение поля магнитов. В область обмотки трёхфазного статора поступает ток, а в фазах возникает поток магнитов, изменяемый в зависимости от скорости и частоты постоянной электрической мощности. При статорном вращении возникает электродвижущая сила.

В роторную обмотку подходит напряжение, которое совместно с постоянным магнитным потоком статора образует пуск. Он стремится направить ротор по магнитному вращению статора и при достижении превышения момента торможения, приводит к скольжению. Оно выражает отношение между частотами статорного силового поля магнитов и скоростью роторного вращения.

Чертеж режима кз

При балансе между моментами электромагнита и торможения, перемена значений остановится. Особенность эксплуатации АД – сольватация кругового движения силового поля статора и им наводящих токов в роторе. Момент вращения возникает лишь при разнице частот круговых движений магнитных полей.

Машины различают синхронные, асинхронные. Разница механизмов в их обмотке. Она образует магнитное поле.

Неподвижность ротора и замыкание обмотки приводит к короткому замыканию (кз).

Расчёт числа повторений

Возьмём m1 – процесс повторения постоянного поля магнитов и ротора. Система фазы переменного тока образуют вращение поля магнитов.

Данные расчета считаются по формуле:

m1=60f1/p

f1– частота электричества$

p – количество полюсных пар каждой обмотки статора.

m2 – процесс повторения вращения ротора. Имея различное количество одновременных повторений, данная скорость частоты будет асинхронной. Определение расчёта частоты проводится по соотношению между данными:

(m2≠m1)

Асинхронный электродвигатель работает только при асинхронной частоте.

(m2<m1)

При одновременном вращении статора и ротора, расчет скольжения будет равняться нулю.

Двухроторный АД используется для привода разных механизмов. Различие двухроторного двигателя заключается присутствием в конструкции двух роторов. Второй ротор выполняет функцию вспомогательную, может вращаться с другой скоростью. Вспомогательный ротор представляет собой внутренний хомут для замыкания постоянного потока магнитов, охлаждения электродвигателя. Недостаток двухмоторного асинхронного двигателя в низком КПД от использования ферромагнитного вспомогательного ротора.

В ходе исследования двухроторных машин достигаются близкие данные скоростик желаемым, когда вспомогательный ротор имеет максимальные вентиляционные зазоры. Полый ротор установлен на ступице, его вал расположен внутри цилиндра. При вращении вспомогательного ротора вентиляция работает по принципу центробежного вентилятора. Для увеличения пускового момента и большей электрической нагрузки полый ротор должен регулироваться, перемещаясь вдоль вала, с установленным штифтом, конец чего входит в паз ступицы ротора.

Данные для расчета:

Ремонт и характеристики неисправностей

Причиной ремонта могут служить внешние и внутренние причины.

Внешние причины ремонта:

  • обрыв провода или нарушение соединений с электрическим током;
  • сгорание предохранителей;
  • понижение или повышения напряжения;
  • перегруженность АД;
  • неравномерная вентиляция в зазоре.

Внутренняя поломка может возникнуть по механическим и электрическим причинам.

Механические причины ремонта:

  • неправильное регулирование зазора подшипников;
  • повреждение вала ротора;
  • расшатывание щеткодержателей;
  • возникновение глубоких выработок;
  • истощение креплений и трещины.

Электрические причины ремонта:

  • замыкания витков;
  • поломка провода в обмотках;
  • пробивание изоляции;
  • пробой пайки проводов.

Данные причины – это далеко не полный список поломок.

Асинхронный двигатель – незаменимый и важный механизм, применяемый для обслуживания быта и различных отраслей промышленности. Для практического действия АД с фазным ротором необходимо знать техническую характеристику управления, использовать его по назначению и регулярно проводить ремонт при технических осмотрах. Тогда асинхронный двигатель станет практически вечной эксплуатации.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Асинхронный электродвигатель – очень распространенная электрическая машина. Он прост в изготовлении и обслуживании, а из-за простоты конструкции – очень надежен. Но есть у него один недостаток – угловая скорость вращения вала неизменна и зависит от количества полюсов обмотки статора. А как быть, если в процессе работы требуется изменять частоту вращения?

Необходимость регулировки оборотов в основном требуется для электродвигателей, устанавливаемых на кранах. Выполняют они там следующие основные функции:

  • перемещение крана (моста крана) по рельсам;
  • перемещение тележки крана (в перпендикулярной рельсам плоскости);
  • подъем груза.

Для перемещения моста крана могут использоваться два двигателя (на обоих концах моста). Для подъема груза могут использоваться два гака разной грузоподъемности, поднимаемые разными электродвигателями. Один гак может иметь два диапазона скоростей подъема, и тоже использовать для этого два электродвигателя.

Есть и другие механизмы, скоростью вращения которых нужно управлять: конвейеры, вентиляторы.

Еще одна причина изменять скорость вращения электродвигателя – необходимость его плавного разгона. В момент включения он потребляет ток, в несколько раз превышающий номинальный. Называется он пусковым током. Если при этом еще и нагрузка мотора тяжелая и тоже разгоняется с трудом, то время пуска двигателя увеличивается, а пусковые токи нагревают обмотку статора и могут ее вывести из строя. Да и вал электромотора, его подшипники испытывают механические нагрузки, сокращающие их ресурс.

Электродвигатели постоянного тока способны изменять скорость вращения вала. Для этого в цепи их обмоток включаются реостаты. Этот метод решения проблемы используется на электрифицированном транспорте: в трамваях, троллейбусах, электричках, метро. Но вся инфраструктура энергоснабжения этих потребителей организована особым образом, ведь у постоянного тока свои особенности. Использовать же постоянный ток на предприятиях, большинство потребителей которых работает от сети трехфазного переменного тока, не выгодно. Да и у самих электродвигателей постоянного тока недостатков хватает: сложный щеточный аппарат, уход за коллектором. Реостаты греются, а дистанционное управление несколькими реостатами сразу – сложно.

Поэтому в подобных механизмах используются асинхронные электродвигатели с фазным ротором.

Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Статор этого электродвигателя ничем не отличается от обычного. А вот в его ротор добавлены обмотки трех фаз, соединенные в звезду, концы которых выведены на контактные кольца. По кольцам скользят щетки, с помощью которых обмотки подключаются к электрической цепи.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает так:

  • ток в обмотках статора создает вращающийся магнитный поток внутри него;
  • изменяющийся во времени магнитный поток, пересекая витки обмотки ротора, наводит в них ЭДС;
  • поскольку обмотка ротора замкнута, за счет наведенной ЭДС в ней возникает ток;
  • проводники обмотки ротора с током взаимодействуют с вращающимся полем статора, создается вращающий момент.

Особенность асинхронного двигателя с фазным ротором: ток в роторе можно изменять, подключая последовательно с его обмотками резисторы. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше ток в роторе. С уменьшением тока уменьшается и сила взаимодействия с вращающимся полем статора. Скорость вращения падает.

Конструкция асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Наличие резисторов в цепи ротора увеличивает объем пускорегулирующей аппаратуры двигателя. Мощность, которая рассеивается на них, возрастает с мощностью электродвигателя. Но и для небольших моторов она существенна, что приводит к громоздким конструкциям магазинов сопротивлений и необходимости обеспечивать им постоянное охлаждение. Резисторы изготавливаются из материалов, имеющих высокое удельное сопротивление. Проводники их наматываются на каркасы или монтируются на изоляторы из фарфора. Конструкция помещается в кожух с жалюзийными отверстиями для охлаждения или закрываются сеткой.

Магазин резисторов для кранового электродвигателя с фазным ротором

Не всегда возможно разместить резисторы в помещениях. На кранах они находятся непосредственно на мосту, что приводит к массовому скоплению внутри них пыли и необходимости часто проводить техническое обслуживание.

Плавная регулировка скорости электродвигателя с фазным ротором не производится. Изменение сопротивления в цепи ротора производится фиксированными ступенями. Для этого резисторы разделяются на секции. соединенные последовательно, в цепях которых устанавливаются контакторы управления. При необходимости увеличить скорость вращения контакторы шунтируют часть резисторов, уменьшая их суммарное сопротивление. Для достижения максимальной скорости вращения шунтируются все резисторы, для минимальной – не шунтируется ничего.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

А теперь рассмотрим несколько примеров построения схем управления асинхронным двигателем с фазным ротором.

Плавный запуск двигателя с фазным ротором

Система плавного разгона электродвигателя с фазным ротором работает автоматически. Оператор нажимает кнопку «Пуск», дальше автоматика все делает сама.

Главный контактор подключает к трехфазному напряжению обмотку статора. Двигатель начинает вращение с минимально возможной скоростью, так как в цепь его ротора включены резисторы с максимально возможным сопротивлением.

Через фиксированную задержку, формируемую реле времени, включается первый контактор, шунтирующий первую секцию сопротивлений в цепи ротора. Скорость вращения немного возрастает. Проходит еще время, второе реле времени запускает следующий контактор. Шунтируется следующая секция сопротивлений, ток в цепи ротора возрастает, скорость вращения – увеличивается. И так далее, до полного исключения всех сопротивлений из цепи ротора. При этом электродвигатель выходит на номинальные обороты.

Схема плавного пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Число ступеней разгона выбирается из условий тяжести запуска. Разгон получается не таким уж плавным, ток в статоре возрастает ступенями. При старте и переходе на каждую последующую ступень, электродвигатель все равно потребляет пусковой ток. хоть и меньшего значения.

Этого недостатка лишены электродвигатели, для разгона которых используются жидкостные пускатели (или стартеры). В них в качестве резистора используется жидкость с высоким удельным сопротивлением. Это – дистиллированная вода с растворенной в ней специальной солью. Уменьшение сопротивления достигается за счет уменьшения расстояния между электродами, помещенными в эту жидкость. Электроды приводятся в движение небольшим электродвигателем через червячную передачу. За счет этого уменьшение сопротивления в цепи ротора и разгон электродвигателя происходят плавно.

Регулировка скорости крановых электродвигателей

Если при плавном запуске электродвигателя с фазным ротором управление переключением сопротивлений происходит автоматически, то на кране этим управляет оператор – крановщик. Для этого в его кабине размещаются органы управления – контроллеры (на старых кранах) или джойстики (на современных). Они имеют два направления движения: «вперед-назад», «влево-вправо» или «вверх-вниз», в зависимости от назначения контроллера (управление мостом, тележкой или подъемом груза соответственно). В каждом из направлений рукоятка управления проходит ряд фиксированных положений. Чем дальше положение от рукоятки от средней точки, в которой привод выключен, тем больше скорость вращения электромотора. И тем быстрее происходит перемещение механизма или подъем (опускание) груза.

Типовая схема управления электродвигателем крана

При изменении направления перемещения рукоятки управления изменяется направление вращения электродвигателя. Это происходит за счет переключения чередования фаз питания обмотки статора. Для этого две фазы меняются местами. Происходит это путем подачи напряжения на обмотку реверсивными контакторами, состоящих из двух элементов: контактора «Вперед» и контактора «Назад».

При переключении скоростей другими контакторами из цепи обмотки ротора удаляется часть резисторов. Первое положение рукоятки управления всегда включает электродвигатель с полным набором сопротивлений в цепи ротора. Крайнее положение рукоятки шунтирует все сопротивления.

Оцените качество статьи. Нам важно ваше мнение:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *