Трехфазного асинхронного двигателя схема: Трехфазный асинхронный двигатель

Схемы подключения асинхронных электродвигателей

Чтобы привести ротор электродвигателя в движение необходимо правильно подключить концы обмоток статора к трехфазной сети, где рабочее напряжение может быть:

220 вольт
380 вольт
660 вольт

Заказать новый электродвигатель по телефону
Асинхронные электродвигатели АИР предполагают два способа подключения к трехфазной промышленной сети – «треугольник» и «звезда». В основном электродвигатели АИР рассчитаны на 2 номинальных напряжения 220/380 В, либо 380/660 В и имеют два способа подключения к трехфазной промышленной сети: «звезда» и «треугольник»

220/380

220 В – «треугольник»

380 В – «звезда»

380/660

380 В — «треугольник»

660 В — «звезда»

Как правильно подключить шесть проводов электродвигателя?

Как правило двигатели имеют шесть выводов для возможности выбора схемы подключения: «звезда» либо «треугольник». Но встречаются и три вывода — уже соединенных внутри двигателя по схеме «звезда».

Схема подключения «звезда»

При подключении обмоток звездой начала обмоток подключаются к фазам, а концы обмоток собираются общую точку (0 точку).

Таким образом напряжение фазной обмотки составит 220В, а линейное напряжение между обмотками 380В. Основным преимуществом подключения электродвигателя по схеме звезда является:

Плавный пуск
Возможность перегрузки (недлительной)
Повышенная надежность

При этом данная схема подключения обеспечит более низкую мощность от заявленной.

Схема подключения «треугольник»

При подключении треугольником последовательно конец одной обмотки соединяется с началом следующей обмотки.

Главными преимуществами такого подключения являются:

Максимальная мощность

Повышенный вращающий момент
Увеличенные тяговые способности

Однако, электродвигатели подключенные по схеме звезда больше нагреваются.

Комбинированный тип подключения

Как уже было отмечено, подключение «звездой» обеспечивает более плавный пуск, но пр этом не достигается максимальная заявленная мощность электромотора. При подключении «треугольником» достигается полная мощность, но пусковой ток может повредить изоляцию. Поэтому для мощных двигателей (начиная от АИР100L2), часто применяют комбинированную схему подключения трехфазных электродвигателей «звезда-треугольник», когда запуск двигателя происходит по схеме «звезда», в рабочем состоянии он переключается на схему «треугольник». Переключение обеспечивается магнитным пускателем или пакетным переключателем.

Наиболее популярные модели асинхронных электродвигателей:

Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Схемы подключения электродвигателя. Звезда, треугольник, звезда — треугольник.

Асинхронные двигатели, имея ряд таких неоспоримых достоинств, как надежность в эксплуатации, высокая производительность, способность выдерживать большие механические перегрузки, неприхотливость и невысокая стоимость обслуживания и ремонта, обусловленные простотой конструкции, имеют, конечно и свои определенные недостатки.

На практике применяются основные способы подключения к сети трёхфазных электродвигателей: «подключение звездой» и «подключение треугольником».

При соединении трёхфазного электродвигателя звездой, концы его статорных обмоток соединяются вместе, соединение происходят в одной точке, а на начала обмоток подаётся трехфазное напряжение (рис 1).

При соединении трёхфазного электродвигателя по схеме подключения «треугольником» обмотки статора электродвигателя соединяются последовательно таким образом что конец одной обмотки соединяется началом следующей и так далее (рис 2).

Не вдаваясь в технические и теоретические основы электротехники известно, что электродвигатели у которого обмотки, соединенные звездой работают плавнее и мягче, чем электродвигатели с соединенными обмотками треугольником, необходимо отметить, что при соединении обмоток звездой электродвигатель не может развить полную мощность. При соединении обмоток по схеме треугольник электродвигатель работает на полную паспортную мощность (что составляет в 1,5 раз больше по мощности, чем при соединении звездой), но при этом имеет очень большие значения пусковых токов.

В связи с этим для снижения пусковых токов целесообразно (особенно для электродвигателей с большей мощностью) подключение по схеме звезда — треугольник; первоначально запуск осуществляется по схеме «звезда», после этого (когда электродвигатель «набрал обороты»), происходит автоматическое переключение по схеме «треугольник».

Схема управления :

Еще вариант схемы управления двигателем

Подключение напряжения питания через контакт NC (нормально закрытый) реле времени К1 и контакт NC К2, в цепи катушки пускателя К3.

После включения пускателя К3, своими нормально-замкнутыми контактами размыкает цепи катушки пускателя К2 контактами К3 (блокировка случайного включения) и замыкает контакт К3, в цепи питания катушки магнитного пускателя К1, который совмещен с контактами реле времени.

При включении пускателя К1 происходит замыкание контактов К1 в цепи катушки магнитного пускателя К1 и одновременно включается реле времени, размыкается контакт реле времени К1 в цепи катушки пускателя К3, замыкает контакт реле времени К1 в цепи катушки пускателя К2.

Отключение обмотки пускателя К3, замыкается контакт К3 в цепи катушки магнитного пускателя К2. После включение пускателя К2, размыкает своими контактами К2 в цепи катушки питания пускателя К3.

_{^{(Начало обмоток статора: U1; V1; W1. Концы обмоток: U2; V2; W2. На клеммной доске шпильки начала и концов обмоток расположены в строгой последовательности: W2; U2; V2; под ними расположены: U1; V1; W1. При подключении двигателя в «треугольник» шпильки соединяются перемычками: W2-U1; U2-V1; V2-W1.)}}

На начала обмоток U1, V1 и W1 через силовые контакты магнитного пускателя К1 подаётся трехфазное напряжение. При срабатывании магнитного пускателя К3 с помощью его контактов К3, происходит замыкание, соединяя концы обмоток U2, V2 и W2 между собой обмотки двигателя соединены звездой.

Через некоторое время срабатывает реле времени, совмещённое с пускателем К1, отключая пускатель К3 и одновременно включая К2, замыкаются силовые контакты К2 и происходит подача напряжение на концы обмоток электродвигателя U2, V2 и W2. Таким образом электродвигатель включается по схеме треугольник.

Для запуска двигателей по схеме звезда-треугольник разными производителями выпускаются так называемые пусковые реле, название они могут иметь разные «Пусковые реле времени» , реле «старт-дельта» и др., но назначение у них одно и тоже:

РВП-3, ВЛ-32М1, D6DS (Австрия) , ВЛ-163 (Украина), CRM-2T (Чехия), TRS2D (Чехия), 1SVR630210R3300 (ABB), 80 series (Finder) и другие.

Типовая схема с пусковым реле времени (реле «звезда/треугольник») для управления запуском трехфазного асинхронного двигателя:

Вывод: Для снижения пусковых токов запускать двигатель необходимо в следующей последовательности: сначала включенным по схеме «звезда» на пониженных оборотах, далее переключаться на «треугольник».
Запуск сначала треугольником создает максимальный момент, а уже переключение на звезду (пусковой момент в 2 раза меньше) с дальнейшей работой в номинальном режиме, когда электродвигатель «набрал обороты», происходит автоматическое переключение на схему треугольник, стоит учитывать какая нагрузка на валу перед запуском, ведь вращающий момент при звезде ослаблен, поэтому такой способ запуска вряд ли подойдет для очень загруженных двигателей, может выйти из строя.

Схема подключения электродвигателя, подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД) и другие инженерно технические системы (ИТС)

Схема подключения электродвигателя во многом определяется условиями его эксплуатации.

Например, подключение «звездой» обеспечивает большую плавность работы, но дает потерю мощности по сравнению с подключением «треугольником».

Иногда бывает нужно подключить трехфазный двигатель в однофазную сеть. В любом случае рассматривать этот вопрос надо по порядку. (Здесь и далее разговор пойдет про асинхронный электродвигатель как наиболее часто встречающийся).

На рисунке 1 представлены две схемы соединения обмоток двигателя.

Схема соединения «звездой». Начала (или концы) всех обмоток соединяются в одной точке, оставшиеся концы (или начала) подключаются каждый к своей фазе (L1, L2, L3).
Эта схема не позволяет использовать электрический двигатель на полную мощность, но имеет меньший пусковой ток.
Соединение обмоток электродвигателя «треугольником». При этом начало одной обмотки соединяется с концом другой. Вершины получившегося треугольника подключаются к цепи трехфазного тока.

В отличие от соединения «звездой» эта схема позволяет использовать всю паспортную мощность двигателя, но имеет больший пусковой ток.
Подключение двигателя к сети одинаково, вне зависимости от способа соединения обмоток, поэтому, рассказывая про различные его подключения я буду использовать приведенное здесь обозначение электродвигателя, чтобы лишний раз не затруднять восприятие схемы.

Подключение двигателя к сети производится через электромагнитный пускатель. Схемы таких подключений приведены здесь.

Соединение обмоток двигателя в ту или иную схему производится соответствующей установкой перемычек в клеммной коробке. (См. на соответствующих рисунках под схемами соединений). Для тех, кто привык разбираться во всем досконально на нижней части рисунка 1.с приведена схема подключения обмоток электродвигателя к соответствующим клеммам.

Следует заметить, что сказанное относится к двигателям не подвергавшимся переделкам (ремонту) и имеющим штатную маркировку обмоток.

В противном случае нужно самостоятельно найти обмотки, их начала и концы. Как это сделать поясняет рисунок 2.

Прозваниваем обмотки. Для этого один измерительный щуп мультиметра в режиме измерения сопротивления подсоединяем к любой клемме (выводу), другим последовательно проверяем остальные. Точки, сопротивление между которыми составляет единицы или доли ом (близко к нулю), являются выводами одной обмотки.
Отмечаем найденную обмотку, аналогичным образом прозваниваем оставшиеся выводы, находим остальные.
Определяем начала и концы обмоток электродвигателя. Для этого соединяем любые две последовательно, подаем на них переменное напряжение. Для безопасности лучше ограничиться его величиной 12-36 Вольт. К оставшейся подключаем мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Наличие напряжения свидетельствует, что обмотки соединены синфазно, то есть конец одной подключен к началу другой.
Этот вариант как раз изображен на рисунке. Отсутствие напряжения говорит о том, что обмотки соединены концами (или началами). Маркируем их соответствующим образом. Повторяем указанные действия для оставшейся обмотки, соединенной с любой из первых двух.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ В ОДНОФАЗНУЮ СЕТЬ

Такая необходимость возникает достаточно часто. Сразу замечу — мощность электродвигателя при этом теряется.

Схема подключения трехфазного электродвигателя в однофазную (220 В) сеть требует наличия фазосдвигающего конденсатора Ср. Значение его емкости в микрофарадах (мкФ) для двигателей мощностью до 2,5 кВт можно определить умножив мощность двигателя в кВт на 100.

Конечно, для этого существует специальная формула, но описанным образом емкость можно получить с достаточной степенью приближения.

Наиболее простая схема приведена на рисунке 3.

В зависимости от положения переключателя SB1 будет меняться направление вращения электродвигателя. Подключение двигателя к сети производится выключателем F, в качестве которого лучше использовать автоматический выключатель.

Сразу после его включения для старта (набора оборотов) нужно подключить дополнительный конденсатор Сдоп, емкостью в 2-3 раза большей, чем Сраб. Это достигается нажатием кнопки SB2, которая должна быть отпущена сразу после набора электродвигателем оборотов.

Резистор R служит для разряда конденсатора Сдоп после его отключения. Значение этого резистора некритично и может быть порядка 100 — 500 кОм.

По этой схеме можно подключать электродвигатели с по схеме как «треугольник» так и «звезда».

Следующая схема (рис.4) использует подключение электродвигателя через пускатель. Сделано это так, чтобы включение можно было производить одним нажатием. Давайте посмотрим как эта схема работает.

При нажатии кнопки «пуск» срабатывает пускатель КМ1. Одними своими контактами он подключает дополнительный конденсатор Сдоп, другими — включает пускатель КМ2, который подает на электродвигатель напряжение (контактная группа КМ2.1) и одновременно блокирует контакты КМ1.1 первого пускателя.

После набора оборотов кнопка пуск отпускается, пускатель КМ1 отключается, отключая Cдоп. Напряжение на пускатель КМ2 подается им самим, он находится в замкнутом состоянии до нажатия кнопки «стоп», размыкающей цепь питания.

Катушки пускателей должны быть рассчитана на напряжение 220В.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети

Из всех видов электропривода наибольшее распространение получили асинхронные двигатели. Они неприхотливы в обслуживании, нет щеточно-коллекторного узла. Если их не перегружать, не мочить и периодически обслуживать или менять подшипники, то он прослужит почти вечность. Но есть одна проблема — большинство асинхронных двигателей, которые вы можете купить на ближайшей барахолке, трёхфазные, так как предназначены для использования на производстве. Несмотря на тенденцию к переходу на трёхфазное электроснабжение в нашей стране, подавляющее большинство домов до сих пор с однофазным вводом. Поэтому давайте разбираться, как выполнить подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети.

Что такое звезда и треугольник у электродвигателя

Для начала давайте разберемся, какими бывают схемы подключения обмоток. Известно, что у односкоростного трёхфазного асинхронного электродвигателя есть три обмотки. Они соединяются двумя способами, по схемам:

звезда;
треугольник.

Такие способы соединения характерны для любых видов трёхфазной нагрузки, а не только для электродвигателей. Ниже изображено, как они выглядят на схеме:

Питающие провода подключаются к клеммной колодке, которая расположена в специальной коробке. Её называют брно или борно. В неё выведены провода от обмоток и закреплены на клеммниках. Сама коробка снимается с корпуса электродвигателя, как и клеммники, расположенные в ней.

В зависимости от конструкции двигателя в брно может быть 3 провода, а может быть и 6 проводов. Если там 3 провода — то обмотки уже соединены по схеме звезды или треугольника и, при необходимости, перекоммутировать их быстро не получится, для этого нужно вскрывать корпус, искать место соединения, разъединять его и делать отводы.

Если в брно 6 проводов, что встречается чаще, то вы можете в зависимости от характеристик двигателя и напряжения питающей сети (об этом читайте далее) соединить обмотки так, как посчитаете нужным. Ниже вы видите брно и клеммники, которые в него устанавливаются. Для 3-проводного варианта в клеммнике будет 3 шпильки, а для 6-проводного — 6 шпилек.

К шпилькам начала и концы обмоток подключаются не просто «как попало» или «как удобно», а в строго определенном порядке, таким образом, чтобы одним набором перемычек вы могли соединить и треугольник, и звезду. То есть начало первой обмотки над концом третьей, начало второй концом первой и начало третьей над концом второй.

Таким образом, если вы установите перемычки на нижние контакты клеммника в линию — получаете соединение обмоток звездой, а установив три перемычки вертикально параллельно друг другу — соединение треугольником. На двигателях «в заводской комплектации» в качестве перемычек используются медные шинки, что удобно использовать для подключения — не нужно гнуть проволочки.

Кстати, на крышках брна электродвигателя часто наносят соответствие расположения перемычек этим схемам.

Подключение к трёхфазной сети

Теперь, когда мы разобрались как подключаются обмотки, давайте разберемся как они подключаются к сети.

Двигатели с 6 проводами позволяют переключать обмотки для разных питающих напряжений. Так получили распространение электродвигатели с питающими напряжениями:

380/220;
660/380;
220/127.

Причем большее напряжение для схемы подключения звездой, а меньшее — для треугольника.

Дело в том, не всегда трёхфазная сеть имеет привычное напряжение в 380В. Например, на кораблях встречается сеть с изолированной нейтралью (без нуля) на 220В, да и в старых советских постройках первой половины прошлого века и сейчас иногда встречается сеть 127/220В. В то время как сеть с линейным напряжением 660В встречается редко, чаще на производстве.

Об отличиях фазного и линейного напряжения вы можете прочитать в соответствующей статье на нашем сайте: https://samelectrik.ru/linejnoe-i-faznoe-napryazhenie.html.

Итак, если вам нужно подключить трехфазный электродвигатель к сети 380/220В, осмотрите его шильдик и найдите питающее напряжение.

Электродвигатели на шильдике которых указано 380/220 можно подключить только звездой к нашим сетям. Если вместо 380/220 написано 660/380 — подключайте обмотки треугольником. Если вам не повезло и у вас старый двигатель 220/127 — здесь нужен либо понижающий трансформатор, либо однофазный частотный преобразователь с трёхфазным выходом (3х220). Иначе подключить его к трём фазам 380/220 не получится.

Самый худший вариант — это когда номинальное напряжение двигателя с тремя проводами с неизвестной схемой соединения обмоток. В этом случае нужно вскрывать корпус и искать точку их соединения и, если это возможно, и они соединены по схеме треугольника — переделывать в схему звезды.

С подключением обмоток разобрались, теперь поговорим о том какие бывают схемы подключения трехфазного электродвигателя к сети 380В. Схемы показаны для контакторов с катушками с номинальным напряжением 380В, если у вас катушки на 220В — подключайте их между фазой и нулем, то есть второй провод к нулю, а не к фазе «B».

Электродвигатели почти всегда подключаются через магнитный пускатель (или контактор). Схему подключения без реверса и самоподхвата вы видите ниже. Она работает таким образом, что двигатель будет вращаться только тогда, когда нажата кнопка на пульте управления. При этом кнопка выбирается без фиксации, т.е. замыкает или размыкает контакты пока удерживается в нажатом положении, как те, что используются в клавиатурах, мышках и дверных звонках.

Принцип работы этой схемы: при нажатии кнопки «ПУСК» начинает протекать ток через катушку контактора КМ-1, в результате якорь контактора притягивается и силовые контакты КМ-1 замыкаются, двигатель начинает работать. Когда вы отпустите кнопку «ПУСК» — двигатель остановится. QF-1 – это автоматический выключатель, который обесточивает и силовую цепь и цепь управления.

Если вам нужно чтобы вы нажали кнопку и вал начал вращаться — вместо кнопки ставьте тумблер или кнопку с фиксацией, то есть контакты которой после нажатия остаются замкнутыми или разомкнутыми до следующего нажатия.

Но так делают нечасто. Гораздо чаще электродвигатели пускают с пультов с кнопками без фиксации. Поэтому к предыдущей схеме добавляется еще один элемент — блок-контакт пускателя (или контактора), подключенный параллельно кнопке «ПУСК». Такая схема может использоваться для подключения электровентиляторов, вытяжек, станков и любого другого оборудования, механизмы которого вращаются только в одном направлении.

Принцип работы схемы:

Когда автоматический выключатель QF-1 переводят во включенное состояние на силовых контактах контактора и цепи управления появляется напряжение. Кнопка «СТОП» – нормально замкнутая, т.е. её контакты размыкаются, когда на неё нажимают. Через «СТОП» подаётся напряжение на нормально-разомкнутую кнопку «ПУСК», блок-контакт и в конечном итоге катушку, поэтому когда вы на неё нажмёте, то цепь управления катушкой обесточится и контактор отключится.

На практике в кнопочном посте каждая кнопка имеет нормально-разомкнутую и нормально-замкнутую пару контактов, клеммы которых расположены на разных сторонах кнопки (см. фото ниже).

Когда вы нажимаете кнопку «ПУСК», ток начинает протекать через катушку контактора или пускателя КМ-1 (на современных контакторах обозначается, как A1 и A2), в результате его якорь притягивается и замыкаются силовые контакты КМ-1. КМ-1.1 – это нормально-разомкнутый (NO) блок-контакт контактора, при подаче напряжения на катушку он замыкается одновременно с силовыми контактами и шунтирует кнопку «ПУСК».

После того как вы отпустите кнопку «ПУСК» — двигатель продолжит работать, так как ток на катушку контактора теперь подаётся через блок-контакт КМ-1.1.

Это и называется «самоподхват».

Основная сложность, которая возникает у новичков в понимании этой базовой схемы, состоит в том, что не сразу становится понятно, что кнопочный пост располагается в одном месте, а контакторы в другом. При этом КМ-1.1, который подключается параллельно кнопке «ПУСК», на самом деле может находится и за десяток метров.

Если вам нужно чтобы вал электродвигателя вращался в обе стороны, например, на лебедке или другом грузоподъёмном механизме, а также разных станках (токарный и пр.) — используйте схему подключения трехфазного двигателя с реверсом.

Кстати эту схему часто называют «реверсивная схема пускателя».

Реверсивная схема подключения – это две нереверсивных схемы с некоторыми доработками. КМ-1.2 и КМ-2.2 — то нормально-замкнутые (NC) блок-контакты контакторов. Они включены в цепь управления катушкой противоположного контактора, это так называемая «защита от дурака», она нужна чтобы не произошло межфазного КЗ в силовой цепи.

Между кнопкой «ВПЕРЁД» или «НАЗАД» (их назначение такое же, что в предыдущей схеме у «ПУСК») и катушкой первого контактора (КМ-1) подключается нормально-замкнутый (NC) блок-контакт второго контактора (КМ-2). Таким образом, когда включается КМ-2 — нормально-замкнутый контакт размыкается соответственно и КМ-1 уже не включится, даже если вы нажмёте «ВПЕРЁД».

И наоборот, NC от КМ-2 установлен в цепь управления КМ-1, чтобы предотвратить одновременное их включение.

Чтобы запустить двигатель в противоположном направлении, то есть включить второй контактор, нужно отключить действующий контактор. Для этого нажимаете на кнопку «СТОП», и цепь управления двумя контакторами обесточивается, и уже после этого нажимайте на кнопку запуска в противоположном направлении вращения.

Это нужно, чтобы не допустить короткого замыкания в силовой цепи. Обратите внимание на левую часть схемы, отличия подключения силовых контактов КМ-1 и КМ-2 состоят в порядке подключения фаз. Как известно для смены направления вращения асинхронного двигателя (реверса) нужно поменять местами 2 из 3 фаз (любые), здесь поменяли местами 1 и 3 фазу.

В остальном работа схемы аналогична предыдущей.

Кстати на советских пускателях и контакторах были совмещенные блок-контакты, т.е. один из них был замкнутым, а второй разомкнутым, в большинстве современных контакторов нужно устанавливать сверху приставку блок-контактов, в которой есть 2-4 пары дополнительных контактов как раз для этих целей.

Подключение к однофазной сети

Для подключения трёхфазного электродвигателя 380В к однофазной сети 220В чаще всего используется схема с фазосдвигающими конденсаторами (пусковыми и рабочими). Без конденсаторов двигатель может и запустится, но только без нагрузки, и придется при запуске крутануть его вал от руки.

Проблема состоит в том, что для работы АД нужно вращающееся магнитное поле, которое нельзя получить от однофазной сети без дополнительных элементов. Но подключив одну из обмоток через дроссель, можно сдвинуть фазу напряжения до -90˚ а с помощью конденсатора на +90˚ относительно фазы в сети. Подробнее вопрос сдвига фаз мы рассматривали в статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-aktivnaya-reaktivnaya-i-polnaya-moshhnost.html.

Чаще всего для сдвига фаз используют именно конденсаторы, а не дроссели. Таким образом получают не вращающееся, а эллиптическое. В результате вы теряете около половины мощности от номинала. Однофазные АД работают при таком включении лучше, за счет того, что у них обмотки изначально рассчитаны и расположены на статоре для такого подключения.

Типовые схемы подключения двигателя без реверса для схем звезды или треугольника вы видите ниже.

Резистор на схеме ниже нужен для разрядки конденсаторов, так как после отключения питания на его выводах останется напряжение и вас может ударить током.

Ёмкость конденсатора для подключения трёхфазного двигателя к однофазной сети вы можете выбрать исходя из таблицы ниже. Если вы наблюдаете сложный и затяжной запуск — зачастую нужно увеличить пусковую (а иногда и рабочую) ёмкость.

Или посчитать по формулам:

Если двигатель мощный или запускается под нагрузкой (например, в компрессоре) — нужно подключить и пусковой конденсатор.

Чтобы упростить включение вместо кнопки «РАЗГОН» используют «ПНВС». Это кнопка для запуска двигателей с пусковым конденсатором. У неё три контакта, на два из них подключается фаза и ноль, а через третий – пусковой конденсатор. На лицевой панели расположено две клавиши — «ПУСК» и «СТОП» (как на автоматах АП-50).

Когда вы включаете двигатель и нажимаете первую клавишу до упора, замыкаются три контакта, после того как двигатель раскрутился, и вы отпускаете «ПУСК», средний контакт размыкается, а два крайних остаются замкнутыми, из цепи выводится пусковой конденсатор. При нажатии кнопки «СТОП» все контакты разомкнуться. Схема подключения при этом почти аналогична.

Подробно о том, что такое и как правильно подключить ПНВС, вы можете посмотреть в следующем видео:

Схема подключения электродвигателя 380В к однофазной сети 220В с реверсом изображена ниже. За реверс отвечает переключатель SA1.

Обмотки двигателя 380/220 соединяют треугольником, а у двигателей 220/127 – звездой, так чтобы напряжение питания (220 вольт) соответствовало номинальному напряжению обмоток. Если всего три выхода, а не шесть, то вы не сможете изменять схемы подключения обмоток без вскрытия. Здесь есть два варианта:

Номинальное напряжение 3х220В — вам повезло, и используйте приведенные выше схемы.
Номинальное напряжение 3х380В — вам меньше повезло, так как двигатель может плохо запускать или вообще не запускаться если подключать его в сеть 220В, но стоит попробовать, возможно работать будет!

Но при подключении электродвигателя 380В на 1 фазу 220В через конденсаторы есть одна большая проблема — потери мощности. Они могут достигать 40-50%.

Главным и действенным способом подключения без потери мощности является использование частотника. Однофазные частотные преобразователи выдают на выходе 3 фазы с линейным напряжением 220В без нуля. Таким образом вы можете подключать двигатели до 5 кВт, для большей мощности просто очень редко встречаются преобразователи, способные работать с однофазным вводом. В этом случае вы не только получите полную мощность двигателя, но и сможете полноценно регулировать его обороты и реверсировать его.

Теперь вы знаете, как подключить трехфазный двигатель на 220 и 380 Вольт, а также что для этого нужно. Надеемся, предоставленная информация помогла вам разобраться в вопросе!

Материалы по теме:

Звезда или треугольник. Оптимальное подключение асинхронного электродвигателя | RuAut

Двигатели асинхронного типа имеют целый набор безусловных достоинств. Среди плюсов асинхронных двигателей в первую очередь хочется назвать высокую производительность и надежность их эксплуатации, совсем небольшую стоимость и неприхотливость ремонта и обслуживания двигателя, а также способность переносить достаточно высокие перегрузки механического типа. Все эти достоинства, которыми обладают асинхронные двигатели, обусловлена тем, что данный тип двигателей имеет очень простую конструкцию. Но, не смотря на большое число достоинств, асинхронным двигателям присущи и их определенные отрицательные моменты.

В практической работе принято использовать два основных способа подключения трёхфазных электродвигателей к электросети. Эти способы подключения носят названия: «подключение методом звезды» и «подключение методом треугольника».

Когда выполняется соединение трёхфазного электродвигателя по типу подключения «звезда», тогда соединение концов обмоток статора электродвигателя происходит в одной точке. При этом трехфазное напряжение подают на начала обмоток. Ниже, на рисунке 1, наглядно проиллюстрирована схема подключения асинхронного двигателя «звездой».

Когда выполняется соединение трёхфазного электродвигателя по типу подключения «треугольник», тогда обмотки статора электродвигателя присоединяются последовательно друг за другом. При этом начало последующей обмотки соединяется с концом предыдущей обмотки и так далее. Ниже, на рисунке 2, наглядно проиллюстрирована схема подключения асинхронного двигателя «треугольником».

Если не вдаваться в теоретические и технические основы электротехники, то можно принять на веру тот факт, что работа тех электродвигателей, у которых обмотки подключены по схеме «звезда», является более мягкой и плавной, чем у электродвигателей, обмотки которых соединены по схеме «треугольник». Но тут же стоит обратить внимание на ту особенность, что электродвигатели, обмотки которых подключены по схеме «звезда», не способны развить полную мощность, заявленную в паспортных характеристиках. В том случае, если соединение обмоток выполнено по схеме «треугольник», то электродвигатель работает на максимальную мощность, которая заявлена в техническом паспорте, но при этом имеют место быть очень высокие значения пусковых токов. Если произвести сравнение по мощности, то электродвигатели, чьи обмотки будут соединены по схеме «треугольник», способны выдавать мощность в полтора раза выше, чем те электродвигатели, обмотки которых подключены по схеме «звезда».

Основываясь на всем вышеописанном, для того, чтобы снизить токи при запуске, целесообразно применять подключение обмоток по комбинированной схеме «треугольник-звезда». Особенно такой тип подключения актуален для электродвигателей, обладающих большей мощностью. Таким образом, в связи с соединением по схеме «треугольник- звезда» изначально запуск выполняется по схеме «звезда», а после того, как электродвигатель «набрал обороты», выполняется переключение в автоматическом режиме по схеме «треугольник».

Схема управления электродвигателем представлена на рисунке 3.

Рис. 3 Схема управления

Еще один вариант схемы управления электродвигателем заключается в следующем (рис. 4).

Рис. 4 Схема управления двигателем

На контакт NC (нормально закрытый) реле времени K1, а также на контакт NC реле K2, в цепи катушки пускателя КЗ, подаётся напряжение питания.

После того, как произойдет включение пускателя КЗ, нормально закрытыми контактами КЗ расцепляются цепи катушки пускателя K2 (запрет случайного включения). Контакт КЗ в цепи питания катушки пускателя K1 замыкается.

Когда запускается магнитный пускатель K1, в цепи питания его катушки замыкаются контакты K1. Реле времени включается в то же самое время, контакт этого реле K1 в цепи катушки пускателя КЗ размыкается. А в цепи катушки пускателя K2 – замыкается.

При отключении обмотки пускателя КЗ, замкнётся контакт КЗ в цепи катушки пускателя K2. После того, как пускатель K2 включится, он размыкает своими контактами K2 цепь питания катушки пускателя КЗ.

Трёхфазное напряжение питания подаётся на начало каждой из обмоток W1, U1 и V1 с помощью силовых контактов пускателя K1. Когда срабатывает магнитный пускатель КЗ, тогда при помощи его контактов КЗ выполняется замыкание, посредством которого между собой соединяются концы каждой из обмоток электродвигателя W2, V2 и U2. Таким образом, выполняется подключение обмоток электродвигателя по схеме соединения «звезда».

Реле времени, объединенное с магнитным пускателем K1, сработает спустя определенное время,. При этом происходит отключение магнитного пускателя КЗ и одновременное включение магнитного пускателя K2. Таким образом силовые контакты пускателя K2 замкнутся и напряжение питания будет подано на концы каждой из обмоток U2, W2 и V2 электродвигателя. Иными словами, электродвигатель включается по схеме подключения «треугольник».

Для того, чтобы электродвигатель запустить по схеме соединения «треугольник-звезда», различные изготовители производят специальные пусковые реле. Данные реле могут носить разнообразные названия, например, реле «старт-дельта» или «пусковое реле времени», а также и некоторые другие. Но назначение всех этих реле заключается в одном и том же.

Типовая схема, выполненная с реле времени, предназначенном для запуска, то есть реле «треугольник-звезда», для осуществления управления запуска трехфазного электродвигателя асинхронного типа представлена на рисунке 5.

Рис.5 Типовая схема с пусковым реле времени (реле «звезда/треугольник») для управления запуском трехфазного асинхронного двигателя.

Итак, подытожим все вышеописанное. Для того, чтобы понизить пусковые токи осуществлять запуск электродвигателя требуется в определенной последовательности, а именно:

сперва электродвигатель запускают на пониженных оборотах соединённым по схеме «звезда»;
затем электродвигатель соединяют по схеме «треугольник».

Первоначальный запуск по схеме «треугольник» создаст максимальный момент, а последующее соединение по схеме «звезда» (для которой в 2 раза меньше пусковой момент) с продолжением работы в номинальном режиме, когда двигатель «набрал обороты», произойдёт переключение на схему соединения «треугольник» в автоматическом режиме. Но не стоит забывать о том, какая нагрузка создается перед запуском на валу, так как вращающий момент при соединении по схеме «звезда» ослаблен. По этой причине маловероятно, что данный метод запуска будет приемлем для электродвигателей с высокой нагрузкой, так как они в таком случае могут потерять свою работоспособность.

Электродвигатель, схемы подключения, схемы защиты

Существуют ли системы защиты, способные увеличить срок службы электродвигателя?

Конечно существуют, и придуманы они не вчера, в ответе на первый вопрос, мы в общих чертах привели примеры правильного включения электродвигателя, не приводящие к аварийному режиму работы и как следствие к повреждению электродвигателя и преждевременному выходу его из строя. Но мы бы хотели более подробно осветить этот вопрос.

Итак прежде, чем перейти к способам защиты электродвигателей необходимо рассмотреть наиболее частые и основные причины возникновения аварийной работы асинхронных электродвигателей:

1. Однофазные и межфазные короткие замыкания – в кабеле, клемной коробке электродвигателя, обмотке статора (на корпус, межвитковые замыкания).

Внимание! КЗ(короткое замыкание) – наиболее опасный и частый вид неисправности в электродвигателе, т. к. сопровождается возникновением очень больших токов, приводящих к перегреву и сгоранию обмоток статора.

2. Тепловые перегрузки электродвигателя –возникают, когда вращение вала сильно затруднено (выход из строя подшипника, попадание мусора в шнек, запуск двигателя под слишком большой нагрузкой, либо его полная остановка).

Наиболее частой причиной тепловой перегрузки электродвигателя, приводящей к ненормальному режиму работы является пропадание одной из питающих фаз. Это вызывает значительное увеличение тока (в два раза превышающего номинальный) в статорных обмотках двух других фаз.

В результате тепловой перегрузки электродвигателя –происходит очень сильный перегрев и разрушение общей изоляции обмоток статора, приводящий к замыканию обмоток и полной неработоспособности электродвигателя.

Итак как же защитить электродвигатель от токовых перегрузок?

Главный секрет заключается в своевременном обесточивании электродвигателя при появлении в его силовой цепи или цепи управления больших токов, т. е. когда возникают короткие замыкания.

Чтобы защитить электродвигателей от коротких замыканий наиболее часто применяют плавкие вставки(предохранители), электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным разрывом, подобранные так, чтобы они могли выдерживать высокие пусковые токи, но при этом незамедлительно срабатывали при появлении токов короткого замыкания.

Если стоит задача защитить электродвигатель от тепловых перегрузок в схему подключения электродвигателя применяют тепловое реле, имеющее в своём исполнении контакты цепи управления – посредством которых подаётся питающее напряжение на катушку магнитного пускателя.

Если возникнут тепловые перегрузки — эти контакты разомкнуться и прервут питание катушки, что приведёт к возврату группы силовых контактов в первоначальное положение – электродвигатель обесточен.

Самым простым и безотказном способом защиты электродвигателя от пропадания фаз будет добавление в схему подключения электродвигателя дополнительно магнитного пускателя:

При включение автоматического выключателя 1 происходит замыкание цепи питания катушки магнитного пускателя 2 (при этом рабочее напряжение указанной катушки должно составлять ~380 вольт) и замыкание силовых контактов 3 пускателя, посредством которого (используется только один контакт) подаётся питание катушки магнитного пускателя 4.

Включение кнопки «Пуск» 6 непосредственно через кнопку «Стоп» 8 вызывает замыкание цепи питания катушки 4, следующего магнитного пускателя (её рабочее напряжение имеет значение как 380 так и 220 в), замыкает его силовые контакты 5, и на двигатель подаётся напряжение.

Если отжать кнопку «Пуск» 6, напряжение с силовых контактов 3 будет проходить через нормально разомкнутый блок-контакт 7, при этом обеспечивая неразрывность цепи питания катушки магнитного пускателя.

Как можно увидеть из этой схемы защиты электродвигателя, отсутствие(по каким-либо причинам) любой из фаз напряжение подаваемых на электродвигатель – обесточит электродвигатель, что сохранит его от тепловых перегрузок и преждевременного выхода его из строя.

Запуск электродвигателя по схеме «звезда-треугольник»

Практически любое производство в наши дни не обходится без мощного асинхронного электродвигателя. При запуске такого двигателя пусковой ток в 3-8 раз превышает значение номинального тока, необходимого для работы в нормально-устойчивом режиме.

Большой пусковой ток необходим для того, чтобы раскрутить ротор из состояния покоя. Для этого необходимо приложить гораздо больше усилий, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа оборотов в заданный промежуток времени. Значительные величины пусковых токов у асинхронных двигателей являются весьма нежелательным явлением, поскольку это может приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к этой же сети оборудования (падению напряжения). Масса примеров такого влияния встречается как на производстве, так и в быту. Первое, что вспоминается — это «мигание» электрической лампочки при работе сварочного аппарата, но бывают случаи серьезнее: просадка напряжения может стать причиной бракованной партии товара на производстве, что ведет к большим финансовым и трудовым затратам. Большой пусковой ток также может вызвать ощутимые тепловые перегрузки обмотки электродвигателя, в результате чего происходит старение изоляции, ее повреждение и в конечном итоге может произойти сгорание двигателя.

Все это послужило мотивом для поиска решения по минимизации токов пуска. Одним из таких решений является метод запуска двигателя по схеме «звезда-треугольник». Для начала разберемся что же такое «звезда», а что — «треугольник», и чем они отличаются друг от друга. Звезда и треугольник являются самыми распространенными и применяемыми на практике схемами подключения трехфазных электродвигателей. При включении трехфазного электродвигателя «звездой» (см. Рисунок 1) концы обмоток статора соединяются вместе, соединение происходит в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью. Трехфазное напряжение подается на начало обмоток.

Рисунок 1 — Схема подключения «звезда»

При соединении обмоток статора «звездой», соотношение между линейным и фазным напряжениями выражается формулой:

Uл=Uф⋅3U _л= U _ф cdot sqrt{3}

где:
U_л — напряжение между двумя фазами;
U_ф — напряжение между фазой и нейтральным проводом;
Значения линейного и фазного токов совпадают, т. е. I_л = I_ф.

При включении трехфазного электродвигателя по схеме «треугольник» (см. Рисунок 2) обмотки статора электродвигателя соединяются последовательно. Таким образом, конец одной обмотки соединяется с началом следующей, напряжение в этом случае подается на точки соединения обмоток. При соединеии обмоток статора «треугольником» напряжение на фазе равно линейному напряжению между двумя проводами: U_л = U_ф.

Рисунок 2 — Схема подключения «треугольник»

Однако ток в линии (сети) больше, чем ток в фазе, что описывается формулой:

Iл=Iф⋅3I _л=I _ф cdot sqrt{3}

где:
I_л — линейный ток;
I_ф — фазный ток.

Получается, что соединяя обмотки «звездой», мы уменьшаем линейный ток, чего изначально и добивались. Но есть и обратная сторона этой схемы: как мы видим из формулы, пусковой момент двигателя прямо пропорционален фазному напряжению:

Mn=m⋅U2⋅r2´⋅p2⋅π⋅f((r1+r2´)2+(x1+x2´)2)M _n = { m cdot U^2 cdot acute r_2 cdot p } over { 2 cdot %pi cdot f( ( r _1 + acute r _2 )^2 + ( x_1 + acute x_2 )^2 )}

где:
U — фазное напряжение обмотки статора;
r₁ — активное сопротивление фазы обмотки статора
r₂ — приведенное значение активного сопротивления фазы обмотки ротора;
x₁ — индуктивное сопротивление фазы обмотки статора;
x₂ — приведенное значение индуктивного сопротивления фазы обмотки неподвижного ротора;
m — количество фаз;
p — число пар полюсов.

Чтобы было нагляднее, давайте рассмотрим пример: предположим, что рабочей схемой обмотки асинхронного электродвигателя является «треугольник», а линейное напряжение питающей сети равно 380 В, сопротивление обмотки статора Z = 10 Ом. Если обмотки во время пуска подключены «звездой», то уменьшатся напряжение и ток в фазах:

Uф=Uл3=3803=220ВU _ф= {U _л} over { sqrt{3} } = {380} over {sqrt{3}} =220В

Фазный ток равен линейному току и равен:

Iф=Iл=UфZ=22010=22AI _ф=I _л= {U _ф} over {Z } = {220} over {10} =22A

После того, как двигатель набрал необходимые обороты, т. е. разогнался, переключаем обмотки со «звезды» на «треугольник», в этом случае получаем совершенно другие значения тока и напряжения:

Uф=Uл=380BU _ф=U _л =380B Iф=UфZ=38010=38AI _ф = {U _ф} over {Z} = {380} over {10}=38A Iл=3⋅Iф=3⋅38=65,8AI _л= sqrt{3} cdot I _ф=sqrt{3} cdot38=65,8A

Соответственно, при пуске двигателя по схеме «звезда», фазное напряжение в √3 раз меньше линейного, а по схеме «треугольник» — они равны. Отсюда следует, что момент при пуске по схеме «звезда» в 3 раза меньше, а значит, запуская двигатель по этой схеме, мы не сможем добиться выхода двигателя на номинальную мощность. Решая одну проблему возникает вторая, не менее острая, чем повышенные пусковые токи. Но единое решение все-таки есть: необходимо скомбинировать схемы подключения двигателя так, чтобы при пуске мощного двигателя не было больших токов в сети, а после того, как двигатель выйдет на необходимые для его работы обороты, происходит переключение на схему «треугольник», что позволяет работать со 100% нагрузкой без каких-либо проблем.

С поставленной задачей прекрасно справляется реле времени Finder 80.82. При подаче питания на реле, мгновенно замыкается контакт, который отвечает за подключение по схеме «звезда». После заданного промежутка времени, на котором обороты двигателя достигают рабочей частоты, контакт схемы «звезда» размыкается и замыкается контакт, который отвечает за подключение по схеме «треугольник». Контакты останутся в таком положении до снятия питания с реле. Наглядная диаграмма работы данного реле представлена на Рисунке 3.

Рисунок 3 — Временная диаграмма реле времени 80.82

Рассмотрим более подробно реализацию данной схемы на практике. Она применима только для двигателей, у которых на шильдике указано «Δ/Y 380/660В». На Рисунке 4 представлена силовая часть схемы «звезда-треугольник», в которой используется три электромагнитных пускателя.

Рисунок 4 — Силовая часть схемы «звезда-треугольник»

Как было описано ранее, для управления переключением со схемы «звезда» на схему «треугольник» необходимо воспользоваться реле Finder 80.82. На Рисунке 5 представлена схема управления с помощью данного реле.

Рисунок 5 — Управление схемой «звезда-треугольник»

Разберем алгоритм работы данной схемы:

После нажатия кнопки S1.1, запитывается катушка пускателя КМ1, в результате чего, замыкаются силовые контакты КМ1 и при помощи дополнительного контакта КМ1.1 реализуется самоподхват пускателя. Одновременно подается напряжение на реле времени U1. Замыкаются контакты реле времени 17-18 и включается пускатель КМ2. Таким образом, происходит запуск двигателя по схеме «звезда». По истечении времени Т (см. Рисунок 3), контакт реле времени 17-18 мгновенно разомкнется, пройдет задержка времени Tu, и замкнется контакт 17-28. Вследствие чего, сработает пускатель КМ3, который осуществляет переключение на схему «треугольник». Нормально замкнутые контакты пускателей КМ2.2 и КМ3.2 используется для предотвращения одновременного включения пускателей КМ2 и КМ3. Чтобы защитить двигатель от перегрузки, в силовой цепи установлено тепловое реле КК1. В случае перегрузки, тепловое реле разомкнет силовую цепь и цепь управления через контакт КК1.1. Остановка двигателя происходит при нажатии кнопки S1.2, которая разрывает цепь самоподхвата и обесточит катушку пускателя КМ1.

Обобщая написанное, можно сделать вывод, что для облегчения пуска мощного электродвигателя, рекомендуется изначально запускать его по схеме «звезда», что позволяет значительно снизить пусковые токи, уменьшить просадку напряжения в сети, но не позволяет двигателю выйти на номинальный режим работы. Для выхода двигателя на номинальный режим необходимо осуществить переключение обмоток статора на схему «треугольник». Схема переключения обмоток со «звезды» в «треугольник» реализована с помощью реле времени Finder 80.82, в котором устанавливается время разгона электродвигателя.

Список использованной литературы:

ГОСТ 11828-86 «Определение вращающих моментов и пусковых токов».
Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. // Издание 6-е, исправленное — Москва, Издательство «Энергия», 1977
Войнаровский П. Д. Электродвигатели // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907

Определение и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. В случае работы от трехфазного переменного тока (переменного тока) наиболее широко используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель , так как этот тип двигателя не требует дополнительного пускового устройства. Эти типы двигателей известны как асинхронные двигатели с самозапуском.

Чтобы получить хорошее представление о принципе работы трехфазного асинхронного двигателя, важно понять конструкцию трехфазного асинхронного двигателя.Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:

Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор Трехфазного асинхронного двигателя состоит из нескольких пазов для создания трехфазной цепи обмотки, которую мы соединяем с трехфазной. Источник переменного тока. Трехфазную обмотку размещаем в пазах таким образом, чтобы они создавали одно вращающееся магнитное поле, когда мы включаем источник трехфазного переменного тока.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор трехфазного асинхронного двигателя состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, через которые проходят проводники.Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, вставленные в каждую прорезь и закороченные концевыми кольцами. Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного скошены, потому что такое расположение снижает магнитный гул и может избежать остановки двигателя.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Создание вращающегося магнитного поля

Статор двигателя состоит из перекрывающейся обмотки, смещенной на электрический угол 120 ^o.Когда мы подключаем первичную обмотку или статор к трехфазному источнику переменного тока, он создает вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Секреты вращения:
Согласно закону Фарадея ЭДС, индуцированная в любой цепи, происходит из-за скорости изменения магнитной индукционной связи в цепи . Поскольку обмотка ротора в асинхронном двигателе либо замкнута через внешнее сопротивление, либо напрямую закорочена концевым кольцом и сокращает вращающееся магнитное поле статора, в медном стержне ротора индуцируется ЭДС, и из-за этой ЭДС через ротор течет ток. дирижер.

Здесь относительная скорость между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, согласно закону Ленца, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость.

Таким образом, исходя из принципа работы трехфазного асинхронного двигателя , можно заметить, что скорость ротора не должна достигать синхронной скорости, создаваемой статором. Если скорости станут равными, такой относительной скорости не будет, поэтому в роторе не будет индуцированной ЭДС, не будет протекать ток и, следовательно, не будет создаваться крутящий момент.Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростями статора (синхронной скорости) и ротора называется скольжением. Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель :

Самозапускающийся.
Меньшая реакция якоря и искрение щеток из-за отсутствия коммутаторов и щеток, которые могут вызвать искры.
Прочная конструкция.
Экономичный.
Легче в обслуживании.

Видео — принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Эквивалентная схема
для асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель — это хорошо известное устройство, которое работает по принципу трансформатора. Так его еще называют вращающимся трансформатором. То есть, когда на его статор подается ЭДС, то в результате электромагнитной индукции в его роторе индуцируется напряжение.Таким образом, асинхронный двигатель называется трансформатором с вращающейся вторичной обмоткой. Здесь первичная обмотка трансформатора напоминает обмотку статора асинхронного двигателя, а вторичная — ротор.
Асинхронный двигатель всегда работает со скоростью ниже синхронной или полной нагрузки, а относительная разница между синхронной скоростью и скоростью вращения называется скольжением, которое обозначается буквой s.

Где, N _с — синхронная скорость вращения, которая определяется по формуле —

Где, f — частота напряжения питания.
P — количество полюсов станка.
Эквивалентная схема асинхронного двигателя
Эквивалентная схема любой машины показывает различные параметры машины, такие как омические потери, а также другие потери.
Потери моделируются только индуктором и резистором. Потери в меди возникают в обмотках, поэтому принимается во внимание сопротивление обмотки. Кроме того, обмотка имеет индуктивность, для которой наблюдается падение напряжения из-за индуктивного сопротивления, и также используется термин, называемый коэффициентом мощности.В случае трехфазного асинхронного двигателя существует два типа эквивалентных схем:
Точная эквивалентная схема

Здесь R ₁ — сопротивление обмотки статора.
X ₁ — индуктивность обмотки статора.
R _c — компонент потерь в сердечнике.
X _M — реактивное сопротивление намагничивания обмотки.
R ₂ / с — мощность ротора, которая включает выходную механическую мощность и потери в меди ротора.
Если мы нарисуем схему, относящуюся к статору, то схема будет выглядеть так:

Здесь все остальные параметры такие же, за исключением:
R ₂ ’- сопротивление обмотки ротора относительно обмотки статора.
X ₂ ’- индуктивность обмотки ротора относительно обмотки статора.
R ₂ (1 — с) / с — это сопротивление, которое показывает мощность, которая преобразуется в механическую выходную мощность или полезную мощность. Мощность, рассеиваемая в этом резисторе, представляет собой полезную выходную мощность или мощность на валу.
Приблизительная эквивалентная схема
Приблизительная эквивалентная схема нарисована только для упрощения наших вычислений путем удаления одного узла. Ветвь шунта смещена в сторону первичного контура. Это было сделано, поскольку падение напряжения между сопротивлением статора и индуктивностью меньше, и нет большой разницы между напряжением питания и индуцированным напряжением. Однако это не подходит по следующим причинам:
Магнитная цепь асинхронного двигателя имеет воздушный зазор, поэтому ток возбуждения больше по сравнению с трансформатором, поэтому следует использовать точную эквивалентную схему.
Индуктивность ротора и статора у асинхронного двигателя больше.
В асинхронных двигателях мы используем распределенные обмотки.
Эту модель можно использовать, если необходимо провести приблизительный анализ для больших двигателей. Для двигателей меньшего размера мы не можем использовать это.
Соотношение мощности эквивалентной цепи
Входная мощность статора — 3 В ₁ I ₁ Cos ().
Где, В ₁ — приложенное напряжение статора.
I ₁ — ток, потребляемый обмоткой статора.
Cos (Ɵ) — статора силового статора.
Потребляемая мощность ротора =
Потребляемая мощность — Потери в меди и стали статора.
Ротор Потери в меди = проскальзывание × подводимая мощность к ротору.
Развиваемая мощность = (1 — с) × входная мощность ротора.
Эквивалентная схема однофазного асинхронного двигателя
Существует разница между однофазными и трехфазными эквивалентными схемами. Схема однофазного асинхронного двигателя описывается теорией двойного вращающегося поля, которая гласит:
Стационарное пульсирующее магнитное поле может быть разделено на два вращающихся поля, оба имеют одинаковую величину, но противоположны по направлению.Таким образом, индуцированный чистый крутящий момент равен нулю в состоянии покоя. Здесь прямое вращение называется вращением с проскальзыванием s, а обратное вращение — с проскальзыванием (2 — s). Эквивалентная схема:

В большинстве случаев компонент потерь в сердечнике r ₀ не учитывается, поскольку это значение довольно велико и не сильно влияет на расчет.
Здесь Z _f показывает прямое сопротивление, а Z _b показывает обратное сопротивление.
Кроме того, сумма проскальзывания вперед и назад равна 2, поэтому в случае проскальзывания назад она заменяется на (2 — s).
R ₁ = Сопротивление обмотки статора.
X ₁ = Индуктивное сопротивление обмотки статора.
X _м = Реактивное сопротивление намагничивания.
R ₂ ’= Реактивное сопротивление ротора относительно статора.
X ₂ ’= Индуктивное реактивное сопротивление ротора относительно статора.
Расчет мощности эквивалентной цепи
Найдите Z _f и Z _b.
Найдите ток статора, который определяется как напряжение статора / полное сопротивление цепи.
Затем найдите входную мощность, которая определяется как
Напряжение статора × ток статора × Cos ()
Где Ɵ — угол между током статора и напряжением.
Развиваемая мощность (P _g) — это разница между мощностью прямого поля и обратной мощностью. Прямая и обратная мощность определяется мощностью, рассеиваемой на соответствующих резисторах.
Потери меди в роторе даны по скольжению × P _г.
Выходная мощность определяется по формуле —
P _г — s × P _г — Потери вращения.
Потери вращения включают потери на трение, потери на ветер, потери в сердечнике.
Эффективность также можно рассчитать, разделив выходную мощность на входную.
Конструкция и работа трехфазного асинхронного двигателя на судне
Популярность трехфазных асинхронных двигателей на борту судов объясняется их простой, прочной конструкцией и высокой надежностью в морской среде. Асинхронный двигатель может использоваться в различных приложениях с различными требованиями к скорости и нагрузке.
Трехфазный источник питания переменного тока судового генератора может быть подключен к асинхронному двигателю переменного тока через стартер или любое другое устройство, например автотрансформатор, для улучшения характеристик крутящего момента и тока.
Связанное чтение: Почему на кораблях номиналы трансформаторов и генераторов указаны в кВА?
Асинхронные двигатели используются почти во всех системах машинного оборудования судна, таких как двигатель крана, гребной двигатель, двигатель нагнетателя, двигатель насоса забортной воды и даже небольшой синхронный двигатель.
Что такое асинхронный двигатель?
Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции из магнитного поля обмотки статора.
Асинхронные двигатели бывают двух основных типов:
.
1 . Однофазный асинхронный двигатель :
Однофазный асинхронный двигатель: Как следует из названия, этот тип двигателя поставляется с однофазным источником питания.Переменный ток проходит по основной обмотке двигателя. Тип используемого однофазного асинхронного двигателя зависит от схемы пуска, которую они используют в качестве вспомогательной, поскольку они не запускаются автоматически.
Однофазные асинхронные двигатели в основном используются в системах с низким энергопотреблением, некоторые из них упомянуты ниже:
2 . Трехфазный асинхронный двигатель:
Эти трехфазные двигатели снабжены трехфазным питанием переменного тока и широко используются на судах для более тяжелых нагрузок.Трехфазные асинхронные двигатели бывают двух типов: двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактным кольцом.
Двигатели
с короткозамкнутым ротором широко используются на судах из-за их прочной конструкции и простой конструкции, например, некоторые из них. их заявок:
Подъемники
Краны
Вытяжные вентиляторы большой мощности
Двигатель Вспомогательные насосы
Двигатель вентилятора вентилятора двигателя
Насосы для тяжелых нагрузок в машинном отделении — балластные, противопожарные, пресноводные, морские и т. Д.
Мотор лебедки
Мотор брашпиля
Дополнительная литература: Общий обзор центральной системы охлаждения на кораблях
Строительство трехфазного асинхронного двигателя
Основной корпус асинхронного двигателя состоит из двух основных частей:
Статор
Статор состоит из ряда штамповок, в которых прорезаны различные пазы для размещения трехфазной цепи обмотки, подключенной к трехфазному источнику переменного тока.
Трехфазные обмотки расположены в пазах таким образом, что они создают вращающееся магнитное поле после подачи на них переменного тока.
Ссылки по теме: Как ремонтировать двигатели на кораблях?
Обычно обмотки держат на разных участках делительной окружности с 30% перекрытием друг друга.
Обмотки намотаны на определенное количество полюсов в зависимости от требуемой скорости, поскольку скорость обратно пропорциональна количеству полюсов, определяемому формулой:
Н _с = 120f / p
Где N _с = синхронная скорость
f = частота
p = нет.полюсов
Ротор
Ротор состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными прорезями, на которых установлены токопроводящие шины.
Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые шины, которые подходят к каждому гнезду. Эти жилы припаяны к замыкающим концевым кольцам.
Ротор трехфазного асинхронного двигателя
Прорези не совсем параллельны оси вала, но они немного перекошены по следующим причинам:
Они уменьшают магнитный фон или шум
Избегают остановки двигателя
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя
Когда на двигатель подается трехфазное питание, результирующий ток создает магнитный поток «Ø».
Из-за последовательности переключения трехфазного тока в R, Y и B, генерируемый магнитный поток вращается вокруг проводника ротора.
Согласно закону Фарадея, который гласит: «ЭДС, индуцированная в любой замкнутой цепи, обусловлена скоростью изменения магнитного потока в цепи», ЭДС индуцируется в медном стержне, и благодаря этому ток течет в роторе. .
Направление ротора может быть задано законом Ленца, который гласит: «Направление индуцированного тока будет противоположным движению, вызывающему его.”
Здесь относительная скорость между вращающимся потоком и неподвижным проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость, таким образом вращая ротор асинхронного двигателя.
Преимущества асинхронного двигателя
Конструкция двигателя и способ подачи электроэнергии дают асинхронному двигателю ряд преимуществ, таких как:
— Они прочные и простые по конструкции с очень небольшим количеством движущихся частей
— Они могут эффективно работать в суровых и суровых условиях, например, на морских судах
— Стоимость обслуживания трехфазного асинхронного двигателя меньше, и в отличие от двигателя постоянного тока или синхронного двигателя, они не имеют таких деталей, как щетки, контактные кольца, контактные кольца и т. Д.
— Асинхронный двигатель может работать во внутренней среде, поскольку у него нет щеток, которые могут вызвать искру и могут быть опасны для такой атмосферы
Ссылки по теме: 20 опасностей нефтяных танкеров, которые должен знать каждый моряк
— 3-фазный асинхронный двигатель не нуждается в каком-либо дополнительном пусковом механизме или устройстве, поскольку они могут генерировать самозапускающийся крутящий момент, когда к ним подается трехфазный переменный ток, в отличие от синхронных двигателей. Однако однофазный асинхронный двигатель нуждается в некотором вспомогательном устройстве для пускового момента
.
— Конечная мощность трехфазного двигателя почти равна 1.В 5 раз больше номинальной мощности (мощности) однофазного двигателя того же типоразмера.
Недостатки трехфазного асинхронного двигателя:
— Во время пуска он потребляет высокий начальный пусковой ток при подключении к тяжелой нагрузке. Это вызывает провал напряжения во время запуска машины. Чтобы избежать этой проблемы, к трехфазному электродвигателю подключаются методы плавного пуска.
Дополнительная литература: Панель пускателя двигателя на кораблях: техническое обслуживание и процедуры
— Асинхронный двигатель работает с запаздывающим коэффициентом мощности, что приводит к увеличению потерь I2R и снижению эффективности, особенно при низкой нагрузке.Для корректировки и улучшения коэффициента мощности с этим типом двигателя переменного тока можно использовать батареи статических конденсаторов.
— Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя затруднено по сравнению с двигателями постоянного тока. Частотно-регулируемый привод может быть интегрирован с асинхронным двигателем для регулирования скорости.
Проблемы в трехфазном асинхронном двигателе:
Как и любое другое оборудование, трехфазный асинхронный двигатель может сталкиваться с различными типами проблем, которые можно в целом классифицировать как:
A) Неисправности, связанные с окружающей средой: Суровые морские условия могут сказаться на оборудовании судна на ранней стадии, если оно не обслуживается должным образом.Температура окружающей среды и влажность воздуха в море влияют на рабочие характеристики асинхронного двигателя.
Двигатели устанавливаются на другое крупное оборудование (главный двигатель), имеющее собственную частоту вибрации, которая влияет на детали двигателя.
Неправильная установка или неплотное основание двигателя или нагрузки, к которой он подключен, также может привести к снижению КПД двигателя и, при более длительной работе, к выходу двигателя из строя.
B) Неисправности, связанные с электричеством: Проблема возникает в двигателе из-за сбоев в электроснабжении, таких как несбалансированная подача тока или линейного напряжения, замыкание на землю в системе, проблема однофазности, короткое замыкание и т. Д.Различные типы электрических неисправностей:
Неисправность обмотки: Обмотка статора может выйти из строя из-за проблемы с изоляцией, вызвавшей короткое замыкание.
Дополнительная литература: Важность сопротивления изоляции в морских электрических системах
Однофазный отказ: Когда одна или более чем одна фаза трехфазного источника питания потеряна, работающий трехфазный двигатель будет продолжать работать, но с повышенными параметрами температуры и потерь.Это состояние известно как однофазное.
Медленное движение: Это сочетание электрической и механической неисправности, при которой асинхронный двигатель работает на более низкой скорости (почти 1/7 своей синхронной скорости) даже при полной нагрузке. Это результат аномальной магнитодвижущей силы или высокого содержания гармоник в источнике питания двигателя.
C) Неисправности, связанные с механикой: Двигатель состоит из нескольких механических частей, и их совмещение друг с другом и с нагрузкой играет важную роль в эффективности двигателя.Вот некоторые из наиболее заметных механических неисправностей двигателя:
Дисбаланс Ротор: Ротор — единственная подвижная часть в трехфазном асинхронном двигателе. Если есть дисбаланс между осью вращения вала и осью распределения веса ротора, это вызовет вибрацию, дополнительный нагрев и потерю эффективности в системе.
Дисбаланс может быть вызван дефектом ротора, внутренним перекосом, изгибом вала, неравномерной нагрузкой и проблемами в двигателе и нагрузочной муфте.
Дополнительная литература: 10 вещей, которые следует учитывать при сборке судового оборудования после технического обслуживания
Усталостный отказ: Если график технического обслуживания не соответствует требованиям или детали, используемые в двигателе, имеют низкое качество, ослабление материала может привести к усталостному разрушению, которое обычно вызывается многократно применяемыми нагрузками.
Отказ подшипника: Двигатель оснащен двумя подшипниками на каждом конце ротора для поддержки и свободного вращения вала.Подшипник может выйти из строя, если не проводить своевременное техническое обслуживание или из-за перегрузки, неправильной установки, загрязненного смазочного масла и работы при чрезмерной температуре.
Дополнительная литература: Как проверить смазочное масло на борту судов?
Коррозия: Мотор, установленный на судне, находится в очень агрессивной среде. Поскольку двигатель состоит из нескольких механических частей, таких как ротор, подшипник и т. Д., Влага, присутствующая в атмосфере, или вода, содержащаяся в смазке (консистентной смазке), разъедают подшипники, вал двигателя и роторы.Изоляция также может пострадать от коррозии и привести к короткому замыканию между обмотками
Проблема со смазкой: Отсутствие смазки или загрязнение смазочного материала может привести к увеличению трения между деталями, а подшипники могут быстро изнашиваться.
Дополнительная литература: 8 способов оптимизации использования смазочного масла на судах
Защита для трехфазного асинхронного двигателя
Однофазная защита: Для решения этой проблемы используются защитные устройства для трехфазного асинхронного двигателя.Все двигатели мощностью более 500 кВт должны быть оснащены защитными устройствами или оборудованием для предотвращения любого повреждения из-за однофазного включения. Подробную информацию об этих устройствах можно найти здесь.
Перегрев: Обмотка двигателя может нагреваться из-за таких проблем, как перегрузка или однофазность. Предохранители, реле и т. Д. Используются для защиты двигателя от перегрева
Дополнительная литература: Техническое обслуживание электрического реле в судовой электросистеме
Мягкий запуск: Как описано выше, одним из недостатков трехфазного асинхронного двигателя является большой ток, который он потребляет во время периода пуска.Чтобы защитить его от этой проблемы, используются различные методы пуска путем интеграции двигателя с устройством плавного пуска, DOL, пускателем со звезды на треугольник, автотрансформатором и т. Д.
Дополнительная литература: 10 способов достижения энергоэффективности в судовой электрической системе
Использование устройства плавного пуска для асинхронного двигателя снижает механические и электрические нагрузки, защищая двигатель во время пуска.
Возможно, вы также прочитаете:
Заявление об ограничении ответственности: Вышеупомянутые взгляды принадлежат только автору.Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.
Данная статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.
Теги: электрическая морская электрическая
Как устранить неполадки в трехфазных двигателях переменного тока. ~ Изучение электротехники
Проблема с двигателем Причина Средство правовой защиты
Двигатель не запускается Перегорели предохранители Замените предохранитель на предохранитель соответствующего типа и номинала
Отключение при перегрузке Проверить и сбросить перегрузку в стартере
Неправильный источник питания Убедитесь, что подаваемая мощность соответствует техническим характеристикам на паспортной табличке и коэффициенту нагрузки
Неправильное подключение к линии Проверьте соединения по электросхеме, поставляемой с двигателем
Обрыв в обмотке или управляющем переключателе Обычно это обозначается жужжанием при включении переключателя.Проверьте надежность соединений проводки. Убедитесь, что все управляющие контакты замыкаются.
Механическая неисправность Убедитесь, что двигатель и привод вращаются свободно. Проверить подшипники и смазку
Короткое замыкание статора Обозначается перегоревшими предохранителями. Мотор необходимо перемотать
Плохое соединение обмотки статора Снимите концевые ремни. Найдите плохой контакт с контрольной лампой.
Неисправен ротор Проверить на сломанные стержни или концевые кольца
Двигатель может быть перегружен Уменьшить нагрузку на двигатель
Мотор глохнет Одна фаза может быть разомкнута Проверить линии питания на обрыв фазы
Неправильная заявка Измените тип или размер. Проконсультируйтесь с производителем двигателя
Перегрузка Уменьшить нагрузку
Низкое напряжение Убедитесь, что напряжение, указанное на паспортной табличке, сохраняется.Проверьте подключение.
Обрыв цепи Перегорели предохранители. Проверить реле перегрузки, статор и кнопки
Двигатель запускается, а затем останавливается Сбой питания Проверьте надежность соединения с линией, предохранителями и блоком управления
Двигатель не набирает обороты Двигатель применяется не по назначению Проконсультируйтесь с производителем относительно правильного применения двигателя
Слишком низкое напряжение на клеммах двигателя из-за падения напряжения в линии Используйте более высокое напряжение на клеммах трансформатора или уменьшите нагрузку.Проверить соединения. Проверить провода на предмет надлежащего размера.
Слишком высокая пусковая нагрузка Проверьте нагрузку, которую двигатель должен выдерживать при запуске.
Сломаны стержни ротора или ослаблен ротор Поищите трещины возле колец. Может потребоваться новый ротор, поскольку ремонт обычно носит временный, а не постоянный характер
Обрыв первичной цепи Найдите неисправность с помощью испытательного устройства и устраните ее.
Двигатель слишком долго разгоняется и / или потребляет большой ток (А) Чрезмерная нагрузка Уменьшить нагрузку
Низкое напряжение при запуске Проверить на высокое сопротивление.Соответствующий размер провода.
Неисправный ротор с короткозамкнутым ротором Заменить ротор новым
Слишком низкое приложенное напряжение Повысить напряжение на клеммах трансформатора путем переключения ответвлений.
Неправильное вращение Неправильная последовательность фаз Обратные соединения на двигателе или в распределительном щите.
Двигатель перегревается при работе под нагрузкой Перегрузка Уменьшить нагрузку
Вентиляционные отверстия рамы или кронштейна могут быть забиты грязью и препятствовать надлежащей вентиляции двигателя. Откройте вентиляционные отверстия и проверьте, не выходит ли из двигателя непрерывный поток воздуха.
Двигатель может иметь обрыв одной фазы Убедитесь, что все провода надежно подключены.
Заземленная катушка Найти и отремонтировать
Несимметричное напряжение на клеммах Проверьте наличие неисправных проводов, соединений и трансформаторов.
Двигатель вибрирует Двигатель смещен Перенастройка
Слабая опора Усиленное основание
Несбалансированная муфта Балансировочная муфта
Несбалансированное приводное оборудование Приводное оборудование с перебалансировкой
Неисправные подшипники Заменить подшипник
Подшипники не в ряд Выровняйте подшипники правильно
Балансировочные грузы смещены Двигатель повторной балансировки
Многофазный двигатель, работающий однофазный Проверить на обрыв цепи
Чрезмерный осевой люфт Регулировка подшипника
Несимметричный линейный ток многофазных двигателей при нормальной работе Неравное напряжение на клеммах Проверить провода и соединения
Однофазный режим Проверить на обрыв контактов
Несимметричное напряжение Правильный несимметричный источник питания
Шумная работа Воздушный зазор неравномерный Проверьте и исправьте посадку кронштейна или подшипника.
Дисбаланс ротора Перебалансировка
Горячие подшипники общие Вал изогнутый или подрессоренный Выпрямите или замените вал
Чрезмерное натяжение ремня Уменьшить натяжение ремня
Шкив слишком далеко Переместите шкив ближе к подшипнику двигателя
Диаметр шкива слишком мал Используйте шкивы большего размера
Несоосность Исправить перенастройкой привода
Горячие подшипники шариковые Недостаточно смазки Поддерживайте необходимое количество смазки в подшипнике
Ухудшение консистентной смазки или смазка загрязнена Удалить старую смазку, тщательно промыть подшипники в керосине и заменить новой смазкой.
Избыток смазки Уменьшите количество смазки, подшипник не должен быть заполнен более чем на 1/2
Подшипник с перегрузкой Проверьте соосность, боковую и торцевую ось.
Сломанный мяч или грубая гонка Заменить подшипник, сначала тщательно очистить корпус
Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей
Асинхронный двигатель похож на многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого короткозамкнута.Таким образом, при нормальном напряжении питания, как в трансформаторах, начальный ток, потребляемый первичной обмоткой, на короткое время очень велик. В отличие от двигателей постоянного тока большой ток при пуске связан с отсутствием обратной ЭДС. Если асинхронный двигатель напрямую включается от источника питания, он потребляет в 5-7 раз больше тока полной нагрузки и развивает крутящий момент, который всего в 1,5-2,5 раза превышает крутящий момент полной нагрузки. Этот большой пусковой ток вызывает большое падение напряжения в линии, что может повлиять на работу других устройств, подключенных к той же линии.Следовательно, не рекомендуется запускать асинхронные двигатели более высоких мощностей (обычно выше 25 кВт) непосредственно от сети.
Ниже описаны различные способы пуска асинхронных двигателей .
Пускатели прямого включения (DOL)
Небольшие трехфазные асинхронные двигатели можно запускать непосредственно от сети, что означает, что номинальное питание подается непосредственно на двигатель. Но, как упоминалось выше, здесь пусковой ток будет очень большим, обычно в 5-7 раз больше номинального тока.Пусковой крутящий момент, вероятно, будет в 1,5–2,5 раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Асинхронные двигатели могут быть запущены непосредственно в сети с помощью пускателя DOL, который обычно состоит из контактора и устройства защиты двигателя, такого как автоматический выключатель. Пускатель DOL состоит из контактора с катушкой, которым можно управлять с помощью кнопок пуска и останова. Когда нажимается кнопка запуска, контактор включается и замыкает все три фазы двигателя на фазы питания одновременно. Кнопка останова обесточивает контактор и отключает все три фазы, чтобы остановить двигатель.
Чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в линии питания из-за большого пускового тока, пускатель прямого запуска обычно используется для двигателей мощностью менее 5 кВт.
Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором
Пусковой пусковой ток в двигателях с короткозамкнутым ротором регулируется путем подачи пониженного напряжения на статор. Эти методы иногда называют методами пониженного напряжения для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором . Для этого используются следующие методы:
С использованием первичных резисторов
Автотрансформатор
Выключатели звезда-треугольник
1.Использование первичных резисторов:
Очевидно, что первичные резисторы предназначены для снижения напряжения и подачи пониженного напряжения на статор. Учтите, пусковое напряжение снижено на 50%. Тогда по закону Ома (V = I / Z) пусковой ток также будет уменьшен на такой же процент. Из уравнения крутящего момента трехфазного асинхронного двигателя, пусковой крутящий момент приблизительно пропорционален квадрату приложенного напряжения. Это означает, что если приложенное напряжение составляет 50% от номинального значения, пусковой крутящий момент будет только 25% от его нормального значения напряжения.Этот метод обычно используется для плавного пуска малых асинхронных двигателей . Не рекомендуется использовать метод пуска с резисторами первичной обмотки для двигателей с высокими требованиями к пусковому моменту.
Резисторы обычно выбираются так, чтобы на двигатель можно было подавать 70% номинального напряжения. Во время пуска полное сопротивление последовательно соединено с обмоткой статора и постепенно уменьшается по мере увеличения скорости двигателя. Когда двигатель достигает соответствующей скорости, сопротивления отключаются от цепи, и фазы статора подключаются непосредственно к линиям питания.
2. Автотрансформаторы:
Автотрансформаторы также известны как автостартеры. Их можно использовать как для двигателей с короткозамкнутым ротором, так и с соединением звездой или треугольником. По сути, это трехфазный понижающий трансформатор с различными ответвлениями, которые позволяют пользователю запускать двигатель, скажем, при 50%, 65% или 80% сетевого напряжения. При пуске автотрансформатора ток, потребляемый из линии питания, всегда меньше тока двигателя на величину, равную коэффициенту трансформации. Например, когда двигатель запускается с ответвлением 65%, приложенное к двигателю напряжение будет 65% от линейного напряжения, а приложенный ток будет 65% от начального значения линейного напряжения, в то время как линейный ток будет 65. % от 65% (т.е. 42%) от начального значения сетевого напряжения. Эта разница между линейным током и током двигателя связана с действием трансформатора. Внутренние соединения автозапуска показаны на рисунке. При запуске переключатель находится в положении «пуск», и на статор подается пониженное напряжение (которое выбирается с помощью ответвителя). Когда двигатель набирает подходящую скорость, скажем, до 80% от его номинальной скорости, автотрансформатор автоматически отключается от цепи, когда переключатель переходит в положение «работа».
Переключатель, изменяющий соединение из положения пуска в положение пуска, может быть типа воздушного прерывателя (малые двигатели) или масляного (большие двигатели) типа. Также предусмотрены условия для обесточивания и перегрузки с цепями выдержки времени на автостартере.
3. Пускатель звезда-треугольник:
Этот метод используется в двигателях, которые предназначены для работы на статоре, соединенном треугольником. Двухпозиционный переключатель используется для соединения обмотки статора по схеме звезды при пуске и по схеме треугольника при работе с нормальной скоростью. Когда обмотка статора соединена звездой, напряжение на каждой фазе двигателя будет уменьшено в 1 / (кв.3) для обмотки, соединенной треугольником. Пусковой крутящий момент будет в 1/3 раза больше, чем для обмотки, соединенной треугольником. Следовательно, пускатель со звезды на треугольник эквивалентен автотрансформатору с соотношением 1 / (квадрат 3) или пониженным напряжением на 58%.
Пуск электродвигателей с фазным ротором
Электродвигатели с контактными кольцами запускаются с полным линейным напряжением, так как внешнее сопротивление может быть легко добавлено в цепь ротора с помощью контактных колец. Реостат, соединенный звездой, соединен последовательно с ротором через контактные кольца, как показано на рис.Введение сопротивления в ток ротора уменьшит пусковой ток в роторе (и, следовательно, в статоре). Кроме того, улучшается коэффициент мощности и увеличивается крутящий момент. Подключенный реостат может быть ручным или автоматическим.
Поскольку введение дополнительного сопротивления в ротор улучшает пусковой момент, электродвигатели с фазным ротором могут запускаться под нагрузкой.
Вводимое внешнее сопротивление предназначено только для запуска и постепенно отключается по мере увеличения скорости двигателя.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество
После внедрения Эдисоном в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока.Освещение работало как на переменном, так и на постоянном токе. Передача электрической энергии на более длинные расстояния с меньшими потерями на переменном токе. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникли многочисленные проблемы из-за изменения магнитных полей.
Рисунок 5.1 Схема семейства электродвигателей переменного тока
Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем, исследуя гистерезисные потери в железной арматуре.Никола Тесла представил совершенно новый тип двигателя, когда он представил вращающуюся турбину, вращающуюся не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы. Тем не менее, небольшие щеточные электродвигатели переменного тока, аналогичные разнообразным электродвигателям постоянного тока, сохраняются в небольших приборах вместе с небольшими асинхронными электродвигателями Tesla. Выше одной лошадиной силы (750 Вт) царит мотор Tesla.
Современные твердотельные электронные схемы приводят в действие бесщеточные двигатели постоянного тока с помощью сигналов переменного тока, генерируемых от источника постоянного тока. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, фактически электродвигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный электродвигатель постоянного тока во многих приложениях. И шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в действие прямоугольными волнами переменного тока, опять же, генерируемыми твердотельной схемой. На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.
Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют карданные валы с редукторами большими многомегаваттными генераторами и двигателями.Так было с тепловозами меньшего размера в течение многих лет.
Рисунок 5.2 Диаграмма уровней моторной системы
На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и тока, преобразуя ее в механическую работу. К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электроэнергии теряется на тепло, другой вид энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя.Тепло — нежелательный побочный продукт этого преобразования. Его необходимо снимать с двигателя, так как это может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одна из целей — максимизировать КПД двигателя, уменьшая тепловые потери. Двигатели переменного тока также имеют некоторые потери, с которыми не сталкиваются двигатели постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.
Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными. Асинхронные двигатели пользуются популярностью из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей являются асинхронными.
Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт).Тесла продала права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов. Наиболее крупными (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленными двигателями являются многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на каждый полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими сдвинутыми во времени синусоидальными волнами. На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными.Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока с коллектором.
Конструкция асинхронного двигателя переменного тока
Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора, содержащего обмотки, подключенные к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже. Простой двухфазный асинхронный двигатель, представленный ниже, похож на двигатель мощностью 1/2 лошадиные силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.
Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Tesla
Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам доступной электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя выше имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита. То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу, пока фаза переменного тока не изменит полярность.Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90 ° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90 ° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих полюсов, очевидно выступающих полюсов, которые использовались в ранних асинхронных двигателях Tesla. Эта конструкция используется и по сей день для двигателей с малой мощностью (<50 Вт). Однако для более мощных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД достигается, если катушки встроены в пазы, вырезанные в пластинах статора (рисунок ниже).
Рисунок 5.4 Рама статора с пазами для обмоток
Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, пробитыми из листов электротехнической стали. Набор из них закреплен концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые кожухи.
Рисунок 5.5 Статор с обмотками 2-φ (a) и 3-φ (b)
На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазы статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Фактические обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Tesla 2-φ с выступающими полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях обмотка полюса разделена на идентичные катушки, вставленные во множество пазов меньшего размера, чем указано выше. Эта группа называется фазовой лентой (см. Рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля по полюсу. Это показано в разделе синхронного двигателя. В прорезях на краю стойки может быть меньше витков, чем в других прорезях. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.
Рисунок 5.6 Перекрытие фазовых лент
Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, стального пластинчатого ротора и встроенной беличьей клетки из меди или алюминия , показанной на (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока, здесь нет коммутатора. Это устраняет щетки, искрение, искрение, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.
Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной беличьей клеткой, (б) токопроводящей клеткой, удаленной с ротора
Проводники в короткозамкнутой клетке могут быть перекошены, перекручены относительно вала.Несоосность пазов статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран из соображений низких гистерезисных потерь.
Теория работы асинхронных двигателей
Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое волочит ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Один из способов создания вращающегося магнитного поля — вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии магнитного потока, разрезающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, ток в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противодействует движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он тянется к постоянному магниту.Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.
Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске
Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске
Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству силовых линий, разрезающих диск, и скорости, с которой он разрезает диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет ниже скорости вращающегося постоянного магнита, так что линии потока, разрезающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий магнитного потока разрезают диск. Крутящий момент пропорционален скольжению , степени, на которую диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, создавая больший крутящий момент.В основе аналогового автомобильного вихретокового спидометра лежит принцип, проиллюстрированный выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, которые управляются токами, которые не совпадают по фазе на 90 °. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с диаграммами Лиссажу на осциллографах.
Рисунок 5.9 В противофазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу
Смещенные по фазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу На приведенном выше рисунке круговая диаграмма Лиссажу создается при подаче горизонтального и вертикального входных сигналов осциллографа с отклонением по фазе синусоидальных волн на 90 °.Начиная с (a) с максимальным отклонением «X» и минимальным «Y», след перемещается вверх и влево в направлении (b). Между (a) и (b) две формы волны равны 0,707 Vpk при 45 °. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус круга между (a) и (b). Трасса перемещается в (b) с минимальным отклонением «X» и максимальным «Y». При максимальном отрицательном отклонении «X» и минимальном отклонении «Y» след переместится в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он переходит в (d), а затем обратно в (a), завершая один цикл.
Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y
На рисунке показаны две синусоидальные волны с фазовым сдвигом на 90 °, приложенные к отклоняющим пластинам осциллографа, расположенным под прямым углом в пространстве. Комбинация фазированных синусоидальных волн на 90 ° и отклонения под прямым углом дает двумерный узор — круг. Этот круг очерчен электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.
Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя
Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора.На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об / мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об / мин. 3600 и 3000 об / мин — это синхронная скорость двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это определенно верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость уменьшится вдвое, потому что магнитное поле вращается в пространстве на 180 ° на 360 ° электрической синусоидальной волны.
Рисунок 5.11 Удвоение полюсов статора уменьшает синхронную скорость вдвое
Синхронная скорость определяется по формуле:
[латекс] N_s = \ frac {120 \ cdot f} {P} [/ латекс]
Где:
Н _с = Скорость магнитного поля (об / мин)
f = частота подаваемой мощности (Гц)
P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2
На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц составляет: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин
Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, увлекает за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, которые составляют трансформатор. вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с полем вращающегося статора. Результат — вращение ротора с короткозамкнутым ротором. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, сопротивления ветра или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако проскальзывание между ротором и полем статора синхронной скорости развивает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет скользить пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор работал с синхронной скоростью, не было бы потока статора, разрезающего ротор, не было бы тока, индуцированного в роторе, не было бы крутящего момента.
Крутящий момент в асинхронных двигателях
При первой подаче питания на двигатель ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N _с. Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N _с. Ток, индуцированный в закороченных витках ротора, является максимальным, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитный поток статора сокращает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N _с и фактической скоростью N ротора, или (N _с — N). Отношение фактического потока, разрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :
[латекс] s = \ frac {(N_s — N)} {N_s} [/ латекс]
Где:
Н _с = синхронная скорость
N = частота вращения ротора
Частота тока, наведенного в проводники ротора, равна только частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется по:
[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]
Где:
с = скольжение,
f = частота сети статора
Скольжение при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или меньше в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:
f _r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.
Почему он такой низкий? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость вращения ротора на 5% меньше. Вращающееся магнитное поле режет ротор только с частотой 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора. Если ротор вращается немного быстрее при синхронной скорости, поток вообще не будет резать ротор, f _r = 0.
Рисунок 5.12 Зависимость крутящего момента и скорости от% скольжения.
На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент при заторможенном роторе (T _LR), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL), безопасного продолжительного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T _FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как , ток заторможенного ротора (I _LR) составляет 500% от тока полной нагрузки (I _FL), безопасного рабочего тока. Ток большой, потому что это аналог закороченной вторичной обмотки трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как тяговый момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80% синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175% до 300% крутящего момента полной нагрузки. Этот пробивной крутящий момент (T _BD) происходит из-за большего, чем обычно, 20% скольжения. Сила тока в этот момент уменьшилась лишь незначительно, но после этого будет быстро уменьшаться. Когда ротор ускоряется с точностью до нескольких процентов от синхронной скорости, как крутящий момент, так и ток значительно уменьшаются. При нормальной работе скольжение будет составлять всего несколько процентов. Для работающего двигателя любой участок кривой крутящего момента ниже 100% номинального крутящего момента является нормальным.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100% в течение нескольких секунд во время запуска, продолжительная работа выше 100% может привести к повреждению двигателя. Любая крутящая нагрузка двигателя, превышающая крутящий момент пробоя, приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю в условиях нагрузки «без механического крутящего момента». Это условие аналогично разомкнутому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, которые значительно отличаются от кривой крутящего момента, приведенной выше.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T _LR) для двигателей различных конструкций и размеров составляет от 60% до 350% момента полной нагрузки (T _FL). Пусковой ток или ток заторможенного ротора (I _LR) может находиться в диапазоне от 500% до 1400% от тока полной нагрузки (I _FL). Этот потребляемый ток может вызвать проблемы с запуском больших асинхронных двигателей.
Классы двигателей NEMA и IEC
Различные стандартные классы (или конструкции) двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для удовлетворения этих требований к приводам. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (IEC) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.
Рисунок 5.13 Характеристики для проектов NEMA
Характеристики для проектов NEMA
Все двигатели, за исключением класса D, работают со скольжением 5% или менее при полной нагрузке.
Класс B (IEC Class N) Двигатели используются по умолчанию в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% от FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
Пусковой момент класса A такой же, как у класса B. Пусковой момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
Класс C (IEC Class H) имеет более высокий пусковой крутящий момент, чем классы A и B при LRT = 200% от FLT.Этот двигатель применяется для тяжелых пусковых нагрузок, которые необходимо приводить в действие с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
Двигатели класса D имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Высокое скольжение приводит к снижению скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с переменной скоростью, например с маховиком для аккумулирования энергии. Применяется в пробивных прессах, ножницах и элеваторах.
Класс E Двигатели являются версией класса B с более высоким КПД.
Класс F Двигатели имеют гораздо более низкие LRC, LRT и крутящий момент, чем у класса B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.
Коэффициент мощности асинхронных двигателей
Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности от линии электропередачи. Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.
Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя
КПД асинхронного двигателя
Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД снижается лишь незначительно до 25% FLT.
Корректор коэффициента мощности Nola
Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей в конце 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, можно сэкономить энергию в частично загруженных двигателях, в частности, в двигателях 1-φ. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно фиксирована по отношению к изменениям нагрузки.Хотя в полностью загруженном двигателе экономить нечего, напряжение на частично загруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и эффективность. Это была хорошая концепция для заведомо неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокого КПД (90% +) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95% по-прежнему имеет КПД 94% при 50% крутящем моменте при полной нагрузке (FLT) и 90% КПД при 25% FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100% FLT к 25% FLT составляет разницу в эффективности 95% — 90% = 5%. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени простаивает (ниже 25% FLT), например к пробивному прессу. Срок окупаемости дорогостоящего электронного контроллера был оценен как непривлекательный для большинства приложений. Хотя он может быть экономичным в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод
.
Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока
Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в действие крутящим моментом, превышающим 100% синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким% «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор продвигается на 1% быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора. Обычно он отстает в двигателе на 1%.Поскольку ротор разрезает магнитное поле статора в противоположном направлении (впереди), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.
Рисунок 5.15 Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор
Такой индукционный генератор должен возбуждаться «живым» источником мощностью 50 или 60 Гц. В случае сбоя в электроснабжении энергокомпании выработка электроэнергии невозможна. Этот тип генератора не подходит в качестве резервного источника питания.Преимущество ветряного генератора вспомогательной энергии состоит в том, что он не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это безотказно.
Небольшие удаленные (от электросети) установки могут быть выполнены с самовозбуждением путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если снять нагрузку, остаточный магнетизм может вызвать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор достигает полной скорости, ток увеличивается, чтобы подать ток намагничивания на статор.В этот момент может быть приложена нагрузка. Слабое регулирование напряжения. Асинхронный двигатель может быть преобразован в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.
Процедура запуска заключается в доведении ветряной турбины до скорости в двигательном режиме путем подачи на статор нормального напряжения линии электропередачи. Любая вызванная ветром скорость турбины, превышающая синхронную, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель представляет отстающий коэффициент мощности для линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока представляет собой ведущий коэффициент мощности. Индукционные генераторы не используются широко на обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины является постоянной и регулируемой в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.
Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и скорость ветра может изменяться порывами. Асинхронный генератор лучше справляется с этими колебаниями из-за собственного проскальзывания.Это меньше нагружает зубчатую передачу и механические компоненты, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, индукционный генератор, подключенный к прямой линии, считается ветряной турбиной с фиксированной скоростью (см. Асинхронный генератор с двойным питанием для истинного генератора переменного тока с регулируемой скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать для обеспечения высокой и низкой скорости, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.
Асинхронные двигатели с несколькими полями
Асинхронные двигатели
могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям 1800 и 900 об / мин.Подать питание на то или иное поле менее сложно, чем на повторное подключение катушек статора.
Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменять скорость
Если поле сегментировано с выведенными выводами, его можно изменить (или переключить) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5 ° переключаются на сегменты 45 °. Для ясности выше показана только проводка для одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеуказанного двигателя 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 до 3600 об / мин.
Q: Если двигатель приводится в действие с частотой 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?
А:
[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {4} [/ latex] [latex] = 1500 об / мин (4-полюсный) [ / латекс]
[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {2} [/ latex] [latex] = 3000 об / мин (2-полюсный) [ / латекс]
Асинхронные двигатели с переменным напряжением
Скорость малых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких применений, как приводные вентиляторы, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это снижает крутящий момент, доступный нагрузке, что снижает скорость (см. Рисунок ниже).
Рисунок 5.17 Регулирование переменного напряжения, скорость асинхронного двигателя
Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях
Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя сетевую частоту 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также снижает реактивное сопротивление X _L, что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при уменьшении частоты.
Рисунок 5.18 Электронный частотно-регулируемый привод
И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на уровне нормального значения и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с помощью выходов с широтно-импульсной модуляцией.Это прерывистый сигнал, который может быть включен или выключен, высокий или низкий, процент времени включения соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.
Когда для управления асинхронным двигателем применяется электроника, становится доступно множество методов управления, от простого до сложного:
Скалярное управление: Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
Векторное управление: Также известно как векторное управление фазой.Компоненты тока статора, создающие магнитный поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в реальном времени для улучшения кривой крутящего момента двигателя. Это требует больших вычислений.
Прямое управление крутящим моментом: Продуманная адаптивная модель двигателя позволяет более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменения нагрузки.
Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, следовательно, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели самозапускаются.
Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию питания, обеспечивая при этом больший пусковой крутящий момент, чем требуется во время работы.Снижение линейного тока Пускатели требуются только для больших двигателей.
Трехфазные двигатели при запуске будут работать от однофазных.
Статический преобразователь фазы — это трехфазный двигатель, работающий на одной фазе без нагрузки на вал, генерирующий трехфазный выходной сигнал.
Несколько обмоток возбуждения можно перемонтировать для работы с несколькими дискретными скоростями двигателя, изменив количество полюсов.
Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запускается самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.
Рисунок 5.19 Двигатель 3-фазн. Питается от мощности 1-фазн., Но не запускается
Одинарная катушка однофазного двигателя
Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.
Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле
Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c. При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов — это вектор, стационарный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.
Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.
Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.
Двигатель с постоянным разделением конденсаторов
Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90 ° , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.
Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов
Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов
Этот тип двигателя подвержен увеличению величины тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (импеданс) оставался небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте в этой главе.
Рисунок 5.22 Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора
Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют меньшего количества сложностей для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.
Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском
На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает обороты. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенной фазой сопротивления, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.
Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском
Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем
Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но с оставлением конденсатора меньшего номинала на месте после запуска для улучшения рабочих характеристик, не потребляя чрезмерного тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.
Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем
Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с более низкими потерями.
Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением
Если во вспомогательной обмотке гораздо меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° ° к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.
Рисунок 5.25 Сопротивление асинхронного двигателя с расщепленной фазой
Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке во время пуска настолько высока, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.
Корректор коэффициента мощности Nola
Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя.При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.
Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью нагруженного двигателя экономии нет, так как требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при напряжении более 104 В переменного тока, например, при работе холодильника на 117 В переменного тока. Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.
Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации. За него должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.
Резюме: Однофазные асинхронные двигатели
Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
Вспомогательная обмотка конденсаторного двигателя с постоянным разделением каналов имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
Двигатель с конденсаторным питанием обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, соединенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
Вспомогательная обмотка электродвигателя с разделением фаз с сопротивлением во время пуска развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой из-за разницы в сопротивлении.
.

Схемы подключения асинхронных электродвигателей

Как правильно подключить шесть проводов электродвигателя?

Схема подключения «звезда»

Схема подключения «треугольник»

Комбинированный тип подключения

Подключение электродвигателя по схеме звезда и треугольник

Схема подключения электродвигателя, подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ В ОДНОФАЗНУЮ СЕТЬ

Подключение трехфазного двигателя к однофазной и трехфазной сети

Что такое звезда и треугольник у электродвигателя

Подключение к трёхфазной сети

Подключение к однофазной сети

Звезда или треугольник. Оптимальное подключение асинхронного электродвигателя | RuAut

Электродвигатель, схемы подключения, схемы защиты

Запуск электродвигателя по схеме «звезда-треугольник»

Определение и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Статор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Создание вращающегося магнитного поля

Видео — принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

для асинхронного двигателя

Эквивалентная схема асинхронного двигателя

Точная эквивалентная схема

Приблизительная эквивалентная схема

Соотношение мощности эквивалентной цепи

Эквивалентная схема однофазного асинхронного двигателя

Расчет мощности эквивалентной цепи

Конструкция и работа трехфазного асинхронного двигателя на судне

Ротор

Как устранить неполадки в трехфазных двигателях переменного тока. ~ Изучение электротехники

Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей

Пускатели прямого включения (DOL)

Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором

1.Использование первичных резисторов:

2. Автотрансформаторы:

3. Пускатель звезда-треугольник:

Пуск электродвигателей с фазным ротором

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Теория работы асинхронных двигателей

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

Крутящий момент в асинхронных двигателях

Классы двигателей NEMA и IEC

Характеристики для проектов NEMA

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

КПД асинхронного двигателя

Корректор коэффициента мощности Nola

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

Асинхронные двигатели с несколькими полями

Асинхронные двигатели с переменным напряжением

Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях

Одинарная катушка однофазного двигателя

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением

Корректор коэффициента мощности Nola

Добавить комментарий Отменить ответ