Трехфазного асинхронного двигателя схема: Трехфазный асинхронный двигатель

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

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

Конструкция

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

n₁ = (f₁*60) / p, где n₁ – синхронная частота,  f₁ – частота переменного тока, а p – количество пар полюсов.

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

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

s = 100% * ( n_s / n₁) = 100% * (n₁ — n₂) / n_{1 ,} где n_s – частота скольжения; n_1, n₂ – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки

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

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

Из недостатков можно отметить:

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

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

Основные технические характеристики

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

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

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

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

КПД от 66% до 83%.

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

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

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

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

Схемы включения понятны из рисунка 4.

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

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

Принцип действия асинхронного двигателя — Asutpp

Электродвигатель предназначен для преобразования, с малыми потерями, электрическую энергию в механическую.

Предлагаем рассмотреть принцип действия асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, трехфазного и однофазного типа, а также его конструкцию и схемы подключения.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора — роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

1. ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
2. Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
3. Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Как вращается ротор

Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.

Двигатель с короткозамкнутым ротором, в котором проводники ротора образовывают замкнутую цепь, в следствии чего возникает ЭДС наводящая ток в нем, направление задается законом Ленса, и является таким, чтобы противодействовать причине его возникновения. Относительное движение ротора между вращающимся магнитным потоком и неподвижным проводником и является его действием к вращению. Таким образом, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

Гребневые асинхронные двигатели

Когда напряжение питания низкое, возбуждение обмоток короткозамкнутого ротора не происходит. Это обусловлено тем что, когда число зубцов статора и число зубьев ротора равное, таким образом вызывая магнитную фиксацию между статором и ротором. Этот физический контакт иначе называется зубо-блокировкой или магнитной блокировкой. Данная проблема может быть преодолена путем увеличения количества пазов ротора или статора.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет. Формула

QC = U_с I² = U² I² / sin²

Из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа, должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

1. Конструкция простой формы.
2. Низкая стоимость производства.
3. Надежная и практичная в обращении конструкция.
4. Не прихотлив в эксплуатации.
5. Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

1. Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
2. Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
3. Относительно небольшой пусковой момент.

— скачать бесплатно PDF

Скачать трехфазные асинхронные двигатели …

Общие положения и предложения ABB по координации защитных устройств

Технические документы по применению

Трехфазные асинхронные двигатели

Общие положения и предложения ABB по координации защитных устройств Индекс

Введение ….. ……………………………………. 2 1 Трехфазный асинхронный двигатель

4 Оборудование и решения АББ для координации 4

.1 Теоретические соображения относительно оборудования для координации …………… …….. 14

1.1

Типологии и использование …………………………… 3

4.1.1 Обычно используемые устройства и соответствующие комбинации ………………………………. ……………….. 14

1,2

Конструкция асинхронного двигателя …… 4

4.1.2 Специальные приложения ………………………………………. 20

2 Защита и коммутация асинхронного двигателя 2.1 Основные стандартные определения общего характера

…………………………. ………………. 6

2

.2 Основные стандартные предписания, касающиеся координации ……………… ……………………. 8 2.2.1 Нормальный и тяжелый старт ……………. ………………….. 8 2.2.2 Координация типа 1 и типа 2 ……………………….. 9

3 Основные пусковые условия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 3.1 3.2

Прямое включение пуск ………………………. 10 Пониженное напряжение, пуск …………….. …… 10

3.2.1 Звезда / дельта (Y / Δ), начиная ……………………….. ……….. 10

3.2.2 Пуск автотрансформатора …………………………. …….. 12

3.2.3 Запуск с резисторов статора или реакторов …………… 12

3.2.4 Плавный пуск ………………………………. …………………. 13

4.1.3 АББ оборудование для координации ……………. ……… 20

4

.2 Как читать таблицы координации двигателя АББ …………………….. ….. 24

5 Удостоверение личности асинхронного двигателя: основные параметры. ………………………………… 27 Приложение A: Теория трехфазных асинхронных двигателей …….. 28 Приложение B: Расчет начального времени в первом приближении……………………………………… 30 Приложение C: Тепловая защита и работа в случае потери фазы ………………………………….. ………….. 32 Приложение D: Типы обязанностей ………………………… ………………………….. 35 Приложение E: Некоторые соображения по поводу координации UL ……… 39 Глоссарий ………………………………………… …………… 42

1

Технические документы для применения

Введение Введение

Трехфазные асинхронные двигатели можно считать одними из самых надежных электрических машин: они выполняют свои функции в течение многих лет с сокращением технического обслуживания и адаптацией к различным рабочим характеристикам в соответствии с требованиями как производства, так и сервисных приложений.Как уже было сказано, эти двигатели находят свое применение в самых разных отраслях промышленности, таких как пищевая, химическая, металлургическая, бумажная фабрики или системы очистки воды и добычи. Применения касаются оборудования с компонентами машины, работающими с фиксированной или переменной скоростью, такими как, например, подъемные системы в виде подъемников или хороших подъемников, транспортные системы в качестве конвейеров, установки вентиляции и кондиционирования воздуха, не забывая при этом о наиболее распространенном использовании с насосами и компрессорами.Из вышеприведенных соображений легко сделать вывод, как трехфазные асинхронные двигатели можно считать наиболее распространенной электрической машиной для промышленного применения (потребляемая мощность электродвигателей составляет около 75% от общего потребления в промышленной области). Рассматривая эти данные, можно понять, как сокращение энергопотребления может быть важным как для управления бизнесом (стоимость двигателя в течение всего срока его службы обусловлена ​​потреблением энергии примерно на 98%, так и затратами на приобретение и обслуживание остальных 2%), а также для повышения энергоэффективности в целом; например, такое уменьшение может быть достигнуто с помощью приводов с регулируемой скоростью с инверторами или с помощью коррекции коэффициента мощности для получения cosϕ

, подходящей для избежания мелких штрафов, или, что еще более непосредственно, с помощью высокоэффективных двигателей, обозначенных код «EFF1», обладающий особенно развитыми конструкционными характеристиками и материалами, позволяющий снизить энергопотребление до 20%.Этот Технический документ (седьмой том серии Технических документов, выпускаемых ABB SACE) можно разделить на пять частей; после обследования двигательной структуры рассматриваются основные предписания стандартов по координации. Затем предлагается общая информация об основных типах запуска, в которой в следующей части представлен обзор продуктов, производимых ABB для запуска двигателя, с примером чтения официальных таблиц координации ABB. Последняя часть состоит из анализа некоторых наиболее важных рейтингов двигателей.Пять приложений дополняют документ: — подсказкой к теории асинхронных двигателей с целью дать базовые элементы для понимания их принципа действия — примером для расчета в первом приближении времени запуска как функции характеристик двигатель и нагрузка — некоторые соображения о работе двигателя в случае «потери фазы» — тщательный анализ концепции «тип нагрузки» со ссылкой на стандартные предписания — краткий отчет о координации двигателя в соответствии с предписаниями UL Стандарты.

2 Трехфазные асинхронные двигатели: общие положения и предложения ABB по координации защитных устройств

1 Трехфазные асинхронные двигатели 1.1 Типология и использование

Двигатели, которые относятся к этой категории, характеризуются высоким конструкционным качеством и предназначены в частности, для производителей вентиляторов, насосов, компрессоров, подъемных систем и т. д. В соответствии с классом эффективности «EFF2» они доступны в классе «EFF1» в качестве опции.

1 Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель может иметь — ротор с контактным кольцом или — ротор с коротким замыканием, более часто определяемый короткозамкнутый ротор.Основное различие между этими двумя типами происходит от структуры ротора. Точнее, первый тип ротора состоит из реальных обмоток, как у обмотки статора, он представляет собой более сложную и хрупкую структуру (щетки скользят по ротору с возможным расположением сопротивлений для контроля начальной фазы), это нуждается в периодическом обслуживании и имеет большие габаритные размеры; второй тип, вместо этого, сделан из ротора с короткозамкнутыми стержнями на обоих концах, и, следовательно, благодаря его более высокой конструктивной простоте, он создает тип двигателя, очень простой, прочный и экономичный.Благодаря разработке управляющей электроники, которая позволяет регулировать скорость очень простым и эффективным способом, все те применения, в которых используются двигатели, предусматривающие возможность регулирования скорости (двигатели постоянного тока или двигатели с контактным кольцом), были заменены асинхронными двигателями, в частности, короткозамкнутые, которые обычно используются для управления насосами, вентиляторами, компрессорами и многими другими промышленными применениями. АББ производит и продает полный спектр низковольтных двигателей, от простого до самого сложного применения.АББ всегда предлагает наиболее подходящее и выгодное решение для всех видов использования. Что касается наиболее распространенных применений, то можно определить область применения, определенную как «Общее назначение», двигатели которой предназначены для применений OEM-производителей и могут быть запрошены непосредственно у дистрибьюторов по всему миру.

Серия двигателей ABB «общего назначения» включает следующие типологии: • Алюминиевые двигатели от 0,06 до 95 кВт • Стальные двигатели от 75 до 630 кВт • Чугунные двигатели от 0.От 25 до 250 кВт • Открытые влагозащищенные двигатели от 75 до 800 кВт • Тормозные двигатели от 0,055 до 22 кВт • Однофазные двигатели от 0,065 до 2,2 кВт

• Встроенные двигатели от 0,37 до 2,2 кВт

Двигатели ABB получили знак CE и соответствуют основным международным стандартам этого сектора, таким как, например, Стандарты МЭК 60034-1, МЭК 60034-2, МЭК 60034-8, МЭК 60034-12, в отношении электрических характеристик, и Стандартам МЭК 60034-5. , IEC 60034-6, IEC 60034-7, IEC 60034-9, IEC 60034-14 и IEC 60072, в отношении механического поля.

Трехфазные асинхронные двигатели: общие положения и предложения АББ по координации защитных устройств

3

Технические документы по применению

1 Трехфазный асинхронный двигатель

1.2 Структура асинхронного двигателя Чтобы лучше понять, как три -фазный асинхронный двигатель структурирован, вот краткое описание основных частей, которые составляют вращающуюся машину, то есть частей, где возникают электрические явления, порождающие операцию.Первый элемент, который мы описываем, — это статор, который можно определить как сборку неподвижных частей, выполняющих функцию поддержки, по крайней мере, частично, двигателя, но в основном он представляет собой часть магнитной цепи, которая включает в себя обмотки индуктивности, размещенные в специальные прорези выполнены в соответствии с его внутренней поверхностью. Статор, показанный на фиг.1, состоит из сплава кремнистой стали или стальных пластин, изолированных друг от друга. От его структуры зависит, насколько на него влияют переменные во времени магнитные потоки, которые вызывают потери из-за гистерезиса (связанного с нелинейной намагниченностью материала) и вызванных «вихревыми токами».В пазах, полученных в структуре расслоений, три первичные обмотки имеют

— управление и приводы электродвигателей переменного тока.

Трехфазный асинхронный двигатель использует ток, поступающий в трехфазной последовательности в катушки статора, для создания вращающегося магнитного поля. Это вызывает электрическое поле в катушке или короткозамкнутом каркасе для привода ротора. Разница в скорости между ротором, синхронной скоростью и вращающимся магнитным полем называется скольжением.

Мы предлагаем весь спектр силовых полупроводниковых приборов и ИС, включая дискретные IGBT и силовые MOSFET, а также силовые модули и интеллектуальные силовые модули (IPM), драйверы высоковольтных затворов и мощные микроконтроллеры STM32, необходимые для реализации высокоэффективного преобразователя частоты. (VFD) управление двигателем.

Чтобы помочь сократить и упростить цикл проектирования, мы предлагаем полную экосистему аппаратных средств, плат для оценки и эталонных конструкций, а также библиотеки встроенного программного обеспечения и программного обеспечения.

Принципы работы 3-фазного асинхронного двигателя

В 3-фазном асинхронном двигателе переменного тока имеется три обмотки статора , каждая обычно в двух половинах, с обмоткой ротора, замкнутой короткими замыкательными кольцами. Когда ток проходит через катушки на противоположных сторонах статора, устанавливается двухполюсный электромагнит, создающий двухполюсный двигатель.Приложение фазы к каждому из электромагнитов по очереди создает вращающееся магнитное поле, достаточно сильное, чтобы начать движение ротора.

Большее количество обмоток может создать больше полюсов в двигателе, требуя более сложного управления, но большей точности позиционирования ротора. Четырехполюсный двигатель считается оптимальным с точки зрения крутящего момента и отзывчивости, необходимых, например, для моторных приводов электромобилей. Но большее число полюсов возможно только при более сложных схемах управления.

Типичный привод имеет три полумоста , каждый из которых подает синусоидальное напряжение на статор. При этом используются мощные полевые МОП-транзисторы или IGBT с высоковольтными драйверами затвора или силовые модули, которые объединяют три полумоста и соответствующие затворные приводы. Они могут использовать скалярные алгоритмы, которые изменяют напряжение для определения частоты фаз или вольт / герц. Более сложные алгоритмы, такие как векторное управление или полевое управление (FOC), используются для управления частотой нескольких фаз в высокопроизводительных двигателях, в настоящее время становятся все более популярными во всем диапазоне трехфазных асинхронных двигателей.

Многофазные двигатели обычно охватывают трехфазные двигатели с использованием нескольких полюсов.

Контроллеры с самозапуском и плавным пуском

Контроллер с плавным пуском используется в трехфазных асинхронных двигателях переменного тока для уменьшения нагрузки на самозапускающийся двигатель и скачка тока двигателя во время запуска. Это уменьшает механическое напряжение на двигателе и валу, а также электродинамические напряжения на подключенных силовых кабелях и электрической распределительной сети, продлевая срок службы системы.

Асинхронные двигатели могут иметь пусковые токи в 7-10 раз превышающие рабочий ток. Пусковые моменты могут быть в 3 раза выше, чтобы преодолеть условия запуска, вызывая механические нагрузки на компоненты в двигателе. Таким образом, электронные плавные пускатели используют систему управления для уменьшения крутящего момента путем временного уменьшения входного напряжения или тока, пока асинхронный двигатель не достигнет своей синхронной скорости.

Цифровой контроллер плавного пуска непрерывно контролирует напряжение во время запуска, регулируя нагрузку двигателя для обеспечения плавного ускорения и управления скоростью.Это часто делается с помощью подключенных кремниевых выпрямителей (тиристоров), которые управляют каждой фазой отдельно, чтобы обеспечить оптимальный контроль.

Непосредственное управление крутящим моментом

Крутящий момент, создаваемый в роторе трехфазного асинхронного двигателя, пропорционален потоку, создаваемому каждым полюсом статора, току ротора и коэффициенту мощности ротора. Прямой контроль крутящего момента (DTC) — это метод, используемый в частотно-регулируемых приводах. Это происходит из оценки магнитного потока по напряжению и току двигателя.Это сравнивается с эталонным значением для управления крутящим моментом.

Это позволяет быстро изменять магнитный поток и крутящий момент путем изменения заданий, делая двигатель более эффективным, и , уменьшая потери мощности , поскольку используется только точный ток. Это также позволяет избежать выброса ротора, что позволяет более точно контролировать двигатель.

Диагностика неисправностей

Трехфазные асинхронные двигатели являются ключевой частью практически любого производственного процесса .Таким образом, существует множество методов обнаружения и диагностики неисправностей , чтобы убедиться, что двигатели поддерживают работу производственных линий .

Однако, несмотря на высокий уровень надежности этих двигателей, большинство методов требуют значительного опыта для успешного применения с учетом напряжения, тока, вибрации или теплового профиля. Необходимы более простые подходы, чтобы любые линейные операторы могли принимать надежные решения. И производители двигателей хотят уменьшить количество датчиков в двигателе, поскольку они могут выйти из строя и вызвать проблемы с надежностью.

Отказы ротора могут возникать во время производства в виде небольших отказов или могут возникать в результате производственных нарушений или механического, экологического, электромагнитного или теплового давления на роторе при работе двигателя. Даже если поначалу эти неисправности незначительны, они со временем нарастают, и сломанный или треснувший ротор может привести к выходу из строя соседних компонентов из-за повышенных токов и тепловой активности.

Машинное обучение все чаще используется для мониторинга производительности двигателей, сравнивая шаблоны различных типов данных, используемых в системах управления, для прогнозирования любого потенциального отказа.

Блок-схема: управление трехфазным асинхронным двигателем

.

10 различных типов нагрузки (цикл нагрузки) трехфазных асинхронных двигателей

Режим работы двигателя / цикл нагрузки

Термин «нагрузка» определяет цикл нагрузки, которому подвергается машина, включая, если это применимо, периоды пуска, электрического торможения, холостого хода и обесточивания в состоянии покоя, а также их продолжительность и последовательность во времени.

10 различных типов нагрузки (цикл нагрузки) трехфазных асинхронных двигателей (фото любезно предоставлено ABB)

Долг, рассматриваемый как общий термин, например, может быть классифицирован как непрерывный, кратковременный или периодический.Процентное соотношение между периодом загрузки и общей продолжительностью рабочего цикла определяется коэффициентом циклической продолжительности.

Покупатель обязан объявить пошлину.

Если покупатель не объявляет пошлину, производитель должен исходить из того, что применяется тип пошлины S1 (непрерывная эксплуатация). Тип пошлины должен быть обозначен соответствующей аббревиатурой, и покупатель может описать тип пошлины на основе классификаций в соответствии с указаниями, приведенными ниже.

Когда двигателю назначен рейтинг (значения, заявленные, как правило, производителем, для определенного рабочего состояния машины), производитель должен выбрать один из классов рейтинга . Если обозначение не указано, применяется рейтинг, относящийся к режиму непрерывной работы.

В соответствии с классификацией Std. В МЭК 60034-1 приведены некоторые указания относительно типов нагрузки, которые обычно считаются справочными для указания номинальной мощности двигателя.

Непрерывный режим работы (тип S1)

Для двигателя, подходящего для этого типа работы, указана номинальная мощность, при которой машина может работать в течение неограниченного периода времени. Этот класс рейтинга соответствует типу пошлины, соответствующее сокращение которого составляет S1 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S1 можно определить как работу при постоянной нагрузке , поддерживаемой в течение времени, достаточного для достижения машиной теплового равновесия .

Рисунок 1 — Режим непрерывной работы: тип нагрузки S1

Где: ΔT — время, достаточное для того, чтобы машина достигла теплового равновесия

Вернуться к содержанию ↑

Кратковременный режим (тип S2)

Для двигателя, подходящего для этого режима работы, указана номинальная мощность, при которой машина может работать в течение ограниченного периода времени, начиная с температуры окружающей среды.Этот класс рейтинга соответствует типу пошлины, соответствующее сокращение которого составляет S2 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S2 может быть определен как операция при постоянной нагрузке в течение заданного времени , меньше, чем требуется для достижения теплового равновесия, за которым следует время обесточивания и в состоянии покоя, достаточное для восстановления равновесия. между температурой машины и температурой охлаждающей жидкости.

Полное обозначение содержит сокращение типа пошлины с указанием продолжительности пошлины (S2 40 минут).

Рисунок 2 — Кратковременный режим работы: тип режима S2

• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔT0 — обесточенное время

Вернуться к содержанию ↑

Периодическая пошлина (тип S3-S8)

Для двигателя, подходящего для этого типа нагрузки, указана мощность, при которой машина может работать в последовательности рабочих циклов. При таком типе нагрузки цикл загрузки не позволяет машине достичь теплового равновесия.

Этот набор рейтингов связан с определенным типом пошлины от S3 до S8 , а полное обозначение позволяет идентифицировать периодическую пошлину.

Если не указано иное, продолжительность рабочего цикла должна составлять 10 минут, а коэффициент циклической продолжительности должен иметь одно из следующих значений: 15%, 25%, 40%, 60% .

Коэффициент циклической длительности определяется как — отношение между периодом нагрузки, включая пусковое и электрическое торможение, и продолжительностью рабочего цикла, выраженное в процентах .

Duty type S3

(прерывистый периодический режим)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S3 определяется как последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых включает в себя время работы при постоянной нагрузке и время без напряжения и в состоянии покоя . Вклад в повышение температуры, данный начальной фазой, незначителен.

Полное обозначение обеспечивает сокращение типа пошлины с последующим указанием коэффициента циклической продолжительности ( S3 30% ).

Рисунок 3 — Периодическая периодическая работа: тип нагрузки S3

• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔT0 — время обесточено и в состоянии покоя
• Коэффициент циклической длительности = Tc / T

Вернуться к содержанию ↑

Тип пошлины S4

(прерывистый периодический режим с запуском)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S4 определяется как последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых включает в себя значительное время запуска, время работы при постоянной нагрузке и время без напряжения и в состоянии покоя.

Полное обозначение обеспечивает сокращение типа коэффициента заполнения с последующим указанием коэффициента циклической длительности, момента инерции двигателя J _M и момента инерции нагрузки J _L оба относятся к валу двигателя (S4 20% J _M = 0,15 кг м ² J _L = 0,7 кг м ² ).

Рисунок 4 — Периодический периодический режим с запуском: Тип режима S4

• ΔT * — Время пуска / ускорения
• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔT0 — время обесточено и в состоянии покоя
• Коэффициент циклической длительности = (ΔT * + ΔTc) / T

Вернуться к содержанию ↑

Тип пошлины S5

(прерывистая периодическая работа с электрическим торможением)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S5 определяется как последовательность идентичных рабочих циклов, каждый цикл состоит из времени запуска, времени работы при постоянной нагрузке, времени электрического торможения и времени обесточивания и покоя.

Полное обозначение относится к типу дежурства и дает тот же тип указания для предыдущего случая.

Рисунок 5 — Периодическая периодическая работа с электрическим торможением: тип нагрузки S5

• ΔT * — Время пуска / ускорения
• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔTf — время электрического торможения
• ΔT0 — время обесточено и в состоянии покоя
• Коэффициент циклической длительности = (ΔT * + ΔTc + ΔTf) / T

Вернуться к содержанию ↑

Тип пошлины S6

(периодическая работа в непрерывном режиме)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S6 определяется как последовательность идентичных рабочих циклов, каждый цикл состоит из времени работы при постоянной нагрузке и времени работы без нагрузки. Нет времени обесточенного и в покое.

Полное обозначение содержит сокращение типа пошлины с последующим указанием коэффициента циклической продолжительности ( S6 30% ).

Рисунок 6 — Периодическая работа в непрерывном режиме: тип нагрузки S6

• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔT0 — время работы без нагрузки
• Коэффициент циклической длительности = ΔTc / ΔT0

Вернуться к содержанию ↑

Тип пошлины S7

(периодическая работа в непрерывном режиме с электрическим торможением)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Рабочий тип S7 определяется как последовательность идентичных рабочих циклов, каждый цикл состоит из времени запуска, времени работы при постоянной нагрузке и времени электрического торможения. Нет времени обесточенного и в покое.

Полное обозначение обеспечивает сокращение типа нагрузки с указанием момента инерции двигателя J _M и момента инерции нагрузки J _L ( S7 J _M = 0,4 кг м ² J _L = 7,5 кг м ² ).

Рисунок 7 — Периодическая работа в непрерывном режиме с электрическим торможением: тип нагрузки S7

• ΔT * — Время пуска / ускорения
• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔTf — время электрического торможения
• Циклический коэффициент продолжительности = 1

Вернуться к содержанию ↑

Тип пошлины S8

(периодическая работа в непрерывном режиме с соответствующей нагрузкой / скоростью)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Тип нагрузки S8 определяется как последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из времени работы при постоянной нагрузке, соответствующей предварительно определенной скорости вращения, за которой следует один или несколько раз работы при других постоянных нагрузках, соответствующих различным скорости вращения.

Нет времени обесточенного и в покое.

Полное обозначение обеспечивает сокращение типа режима работы с последующим указанием момента инерции двигателя J _M и момента инерции нагрузки J _L вместе с нагрузкой, скоростью и циклической продолжительностью. коэффициент для каждого условия скорости ( S8 J _M = 0,7 кг м ² J _L = 8 кгм ² 25 кВт 800 об / мин 25% 40 кВт 1250 об / мин 20% 25 кВт 1000 об / мин 55% ).

Рисунок 8 — Периодическая работа в непрерывном режиме с соответствующей нагрузкой / скоростью: тип нагрузки S8

• ΔT * — Время пуска / ускорения
• ΔTc1; ΔTc2; ΔTc3 — время работы при постоянной нагрузке
• ΔTf1; ΔTf2 — время электрического торможения
• Коэффициент циклической длительности = (ΔT * + ΔTc1) / T; (ΔTf1 + ΔTc2) / Т; (ΔTf2 + ΔTc3) / T

Вернуться к содержанию ↑

Непериодическая пошлина (тип S9)

Duty с непериодическими изменениями нагрузки и скорости

Для двигателя, подходящего для этого режима работы, номинальное значение , при котором машина может работать непериодически, указано .Этот класс рейтинга соответствует типу пошлины, соответствующее сокращение S9.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Тип нагрузки S9 определяется как режим, в котором нагрузка и скорость, как правило, изменяются непериодически в пределах допустимого рабочего диапазона. Эта пошлина включает часто применяемых перегрузок, которые могут значительно превышать опорную нагрузку .

Рисунок 9 — Режим работы с непериодическими изменениями нагрузки и скорости: Тип режима S9

• ΔT * — Время пуска / ускорения
• ΔTs — время перегрузки
• ΔTc — время работы при постоянной нагрузке
• ΔTf — время электрического торможения
• ΔT0 — время обесточено и в состоянии покоя

Вернуться к содержанию ↑

Duty с дискретными постоянными нагрузками и скоростями (тип S10)

Для двигателя, подходящего для этого режима работы, указывается номинальное значение, при котором машина может работать с определенным количеством дискретных нагрузок в течение времени, достаточного для достижения машиной теплового равновесия.
Максимально допустимая нагрузка в течение одного цикла должна учитывать все части машины (изоляционная система, подшипники или другие детали в отношении теплового расширения).

Максимальная нагрузка не должна в 1,15 раза превышать значение нагрузки в зависимости от типа нагрузки S1. Другие ограничения в отношении максимальной нагрузки могут быть даны с точки зрения пределов температуры обмотки. Минимальная нагрузка может иметь значение ноль, когда машина работает без нагрузки или обесточена и в состоянии покоя.

Этот класс рейтинга соответствует типу пошлины, соответствующее сокращение которого равно S10 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ — Тип нагрузки S10 определяется как операция, характеризуемая определенным количеством дискретных значений нагрузки, поддерживаемых в течение достаточного времени, чтобы позволить машине достичь теплового равновесия. Минимальная нагрузка во время рабочего цикла может иметь нулевое значение и соответствовать состоянию холостого хода или покоя .

Полное обозначение содержит сокращение типа пошлины, за которым следует указание на единицу количества p / Δt для частичной нагрузки и ее продолжительность , а также указание на единицу количества T _L , которое представляет ожидаемая тепловая долговечность системы изоляции, связанная с ожидаемой тепловой стойкостью в случае дежурного типа S1 с номинальной мощностью, и величиной r , которая указывает нагрузку в течение времени, обесточенного и находящегося в состоянии покоя ( S10 p / Δt = 11 / 0,4; 1 / 0,3; 0,9 / 0,2; r / 0,1 T _L = 0,6 ).

Рисунок 10 — Режим работы с дискретными постоянными нагрузками и скоростями: Тип режима S10

Где:

• ΔΘ1; ΔΘ2; ΔΘ2 — Разница между повышением температуры обмотки при каждой из различных нагрузок в течение одного цикла и повышением температуры на основе рабочего цикла S1 с эталонной нагрузкой
• ΔΘref — температура при эталонной нагрузке в зависимости от режима работы S1 t1; t2; t3; t4: время постоянной нагрузки в цикле P1; P2; P3; P4: время одного цикла нагрузки
  (Pref: эталонная нагрузка в зависимости от типа нагрузки S1)

Вернуться к содержанию ↑

пошлина за эквивалентную загрузку

Для двигателя, подходящего для этого режима работы, номинальное значение, для целей испытаний, при котором машина может работать при постоянной нагрузке до достижения теплового равновесия и которая приводит к тому же повышению температуры обмотки статора, что и среднее повышение температуры во время одной нагрузки цикл указанного типа заполнения.

Этот класс рейтингов, если он применяется, соответствует типу пошлины, обозначенному «equ».

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Трехфазные асинхронные двигатели Общие положения и предложения АББ по согласованию защитных устройств

,Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей

Рис.1 — В короткозамкнутом кольце затенения создается индуцированный ток

Принцип работы асинхронного двигателя заключается в создании индуктивного тока в проводнике, когда последний отсекает силовые линии в магнитном поле, отсюда и название «асинхронный двигатель». Совместное действие индуцированного тока и магнитного поля оказывает движущую силу на ротор двигателя.

Возьмем заштрихованное кольцо ABCD в магнитном поле B, вращающееся вокруг оси xy (C Рис.1). Если, например, мы поворачиваем магнитное поле по часовой стрелке, затеняющее кольцо подвергается переменному потоку и создается индуцированная электродвижущая сила, которая генерирует индуцированный ток (закон Фарадея).

Согласно закону Ленца, направление тока таково, что его электромагнитное воздействие противодействует причине, которая его породила.

Поэтому на каждый проводник действует сила Лоренца F в направлении, противоположном его собственному движению относительно поля индукции.

Рис.2 — Правило трех пальцев правой руки, чтобы найти направление силы

Простой способ определить направление силы F для каждого проводника — это использовать правило трех пальцев правой руки (воздействие поля на ток, — рис. 2).

Большой палец установлен в направлении поля индуктора. Индекс дает направление силы. Средний палец установлен в направлении наведенного тока.

Поэтому на затенительное кольцо действует момент, который заставляет его вращаться в том же направлении, что и поле индуктора, называемое вращающимся полем.Затеняющее кольцо вращается, и результирующий электродвижущий момент уравновешивает момент нагрузки.

ИСТОЧНИК: Schneider Electric Automation Руководство по решениям

,