Асинхронный двигатель схемы графики

Три способа управления однофазными асинхронными двигателями

Каждый день инженеры проектируют системы, в которых используются асинхронные двигатели с однофазным питанием. В свою очередь, управление скоростью однофазных двигателей желательно в большинстве применений, так как это не только обеспечивает требуемую скорость, но и уменьшает потребление электроэнергии, и снижает уровень акустического шума.

Большинство серийно выпускаемых однофазных двигателей не реверсивные, т.е. они разработаны, чтобы вращаться только в одном направлении. Изменить направление их вращения можно только с помощью дополнительных средств: добавочной обмотки, внешних реле и переключателей, механического редуктора и т.д. Так же, если позволяет конструкция двигателя, реверсировать его можно с помощью преобразователей для регулировки скорости.

Существует множество разновидностей асинхронных двигателей с однофазным питанием. Конструкция и принцип их действия подробно описаны в литературе по электромеханике. Наиболее распространенным типом является двигатель с двумя статорными обмотками, одна из которых имеет в своей цепи постоянно-включенный рабочий конденсатор, который обеспечивает сдвиг тока в обмотках на 90 электрических градусов для образования вращающегося магнитного поля. Такой двигатель называется конденсаторным. О нем и пойдет речь в данной статье.

Основным способом плавной регулировки скорости конденсаторного однофазного двигателя является частотный метод, реализуемый с помощью трехфазных или однофазных ШИМ-инверторов (преобразователей частоты), а также метод фазовой регулировки напряжения с помощью тиристорных регуляторов мощности. Рассмотрим эти методы подробнее.

Вариант 1. V/F управление с помощью однофазного ШИМ-инвертора

На выходе инвертора, состоящего из четырех IGBT-транзисторов (рис.1), формируется однофазное напряжение с переменной частотой и среднеквадратичным значением с линейной зависимостью V/F (вольт-частотная характеристика). За счет конденсатора в обмотке двигателя получается поле, близкое к круговому. Данный способ управления реализуется с помощью специализированных преобразователей частоты, которые разработаны исключительно для управления однофазными двигателями. В них, как правило реализованы специальные алгоритмы, управления двигателем, обеспечивающие устойчивый пуск и стабильную работу в заявленном диапазоне частот.

Регулировать частоту можно, как вниз, так и вверх от номинальной, но в отличие от частотно-регулируемых трехфазных приводов, диапазон регулирования однофазного двигателя меньше. Оно, как правило, не превышает 1:10, за счет того, что емкостное сопротивление напрямую зависит от частоты.

К основным достоинствам данного метода управления можно отнести: 1) простоту ввода в эксплуатацию, т.к. не требуется конструктивных изменений двигателя; 2) гарантированно надежную и устойчивую работу, так как частотный преобразователь специально разработан для таких двигателей и в нем учтены все особенности их эксплуатации; 3) хорошие характеристики управления и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

К недостаткам относится: 1) только однонаправленное вращение (невозможность без внешних коммутирующих устройств реверсировать двигатель); 2) достаточно высокая стоимость частотных преобразователей для однофазных двигателей, так как в них используются IGBT-модули со значительным запасом по току (например, в однофазном частотнике мощностью 1.1кВт используется IGBT-модуль такой же как в трехфазном на 2.2кВт) и из-за ограниченности предложения на рынке.

Вариант 2. V/F управление с помощью трехфазного ШИМ-инвертора

В данном случае используется стандартный преобразователь частоты с мостовой схемой IGBT-транзисторов (рис.2), формируемый на выходе трехфазное напряжение с фазовым сдвигом на 120 градусов. Обе обмотки однофазного двигателя и их средняя точка подключаются ко трем выходным фазам инвертора. Конденсатор, при этом, из схемы должен быть исключен. Так как обмотки геометрически сдвинуты на 90 градусов , а напряжение, прикладываемое к ним – на 120 электрических градусов, то полученное поле не будет круговым, и как следствие, момент будет пульсирующим. Причем среднее его значение за период будет меньше (рис.2), чем в случае питания от напряжений со сдвигом 90 гадусов.

При схеме подключения на рис.2 действующее напряжение на главной обмотке (Vгл) будет равно разности напряжений фаз A и C, а напряжение на дополнительной обмотке (Vдоп) = Vb-Vc. Изменяя порядок коммутации IGBT-транзисторов, можно легко изменять чередование напряжение на обмотках, а следовательно и направление вращения двигателя (рис.3) без каких-либо дополнительных аппаратных средств.

Здесь стоит отметить, что не любой преобразователь частоты подойдет для управления однофазным двигателем, так как токи в фазах будут не симметричны, и в случае наличия защиты от асимметрии выходных фаз, работа преобразователя будет блокироваться. Как впрочем, и не любой конденсаторный двигатель подойдет для данного способа, так как у некоторых типов двигателей весьма затруднительно или невозможно убрать емкость из дополнительной обмотки, и дополнительная обмотка как правило выполнена более тонким проводом, что при отсутствии конденсатора может привести к её перегреву и межвитковому замыканию.

Иногда на свой страх и риск используют подключение однофазного двигателя с конденсатором к трехфазному инвертору, что большинством производителей частотных преобразователей запрещено. В этом случае надо выбирать частотник со значительным запасом по току по отношению к двигателю, в частотнике не должно быть защиты от обрыва/перекоса выходных фаз, и надо помнить, что при определенной частоте может возникнуть электрический резонанс в контуре конденсатор-обмотка двигателя, что приведет к его повреждению.

Читать еще:  406 двигатель ремонт своими силами

Итак, достоинствами метода являются: 1) доступность на рынке и достаточно низкая цена преобразователей частоты с трехфазным выходом; 2) возможность реверсивной работы; 3) хороший диапазон регулирования скорости и возможности, присущие большинству преобразователей частоты (аналоговые и дискретные входы/выходы, ПИД-регулятор, предустановленные скорости, коммуникационные интерфейсы, защитные функции, и т.д.).

Недостатки метода: 1) пониженный и пульсирующий момент двигателя, повышенный его нагрев; 2) не все преобразователи частоты и конденсаторные двигатели годятся для данного метода, требуется предварительный анализ характеристик преобразователя и конструкции двигателя. К тому же, большинство производителей частотных преобразователей в своих инструкциях запрещают подключение однофазных двигателей, и в случае поломки могут снять с изделия свои гарантийные обязательства.

Вариант 3. Фазовая регулировка напряжения с помощью тиристорного регулятора

Отсутствие до недавнего времени доступного и качественного преобразователя частоты для однофазных двигателей приводило к поиску других решений, одно из которых — изменение напряжения статора при неизменной его частоте.

На выходе тиристорного регулятора, состоящего из двух, включенных встречно-параллельно тиристоров (рис.4), формируется однофазное напряжение с постоянной частотой и регулируемым среднеквадратичным значением за счет изменения угла (альфа) открывания тиристоров.

Критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально напряжению, критическое скольжение в останется неизменным.

Проведём оценку метода.
1) Регулирование однозонное – только вниз от основной скорости.
2) Диапазон регулирования в разомкнутом контуре, примерно, 2:1; стабильность скорости удовлетворительная; плавность высокая.
3) Допустимая нагрузка резко снижается с уменьшением скорости.
4) Рассмотренный способ регулирования неэффективен для использования в продолжительном режиме. Даже для самой благоприятной нагрузке — вентиляторной необходимо двух-трехкратное завышение установленной мощности двигателя, интенсивный внешний обдув, так как, допустим, если двигатель вращается 750 об/мин (когда синхронная частота 1500) — скольжение 0,5, и 0,5 мощности идет в нагрузку, а 0,5 — греет ротор (не считая других потерь).
5) Тиристорный регулятор — простое устройство в 3-4 раза более дешевое, чем преобразователь частоты, и именно эта особенность системы регулировки скорости напряжением приводила в ряде случаев к её неоправданному применению.

Заключение

Все три способа имеют право на существование, только выбор одного из них нужно делать исходя из конкретной прикладной задачи.

Безусловно, наиболее универсальным и наименее трудоемким на стадии проектирования является первый метод – регулирование с помощью преобразователя частоты с однофазным выходом. Этот способ годится для большинства применений и помимо конденсаторных двигателей его можно использовать и для управления однофазными двигателями с экранированными полюсами.

Второй способ – регулирование с помощью преобразователя частоты с трехфазным выходом, — требует предварительного изучения, как преобразователя, так и двигателя на предмет возможности совместной работы. И рекомендуется всегда выбирать преобразователь с существенным запасом мощности по отношению к двигателю. Этот метод оптимален в реверсивных приложениях.

Третий способ – регулирование скорости изменением напряжения, — может в ряде случаев использоваться для кратковременного снижения скорости маломощных вентиляторов и насосов, и весьма полезен и эффективен для снижения пусковых токов, для экономии энергии при недогрузках. Этот метод является самым бюджетным, но как подчеркивалось ранее, тиристорные регуляторы не должны применяться для регулирования скорости сколько-нибудь мощных двигателей, приводящих во вращение машины, работающие в продолжительном режиме.

Пуск в ход асинхронного двигателя

Прямой пуск — самый распространенный метод пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатель подключается непосредственно к питающей сети через пускатель. При этом асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором развивает высокий пусковой крутящий момент с относительно малым временем разгона. Этот метод обычно используется для двигателей малой и средней мощности, которые достигают полной рабочей частоты вращения за короткое время.

Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины.

В асинхронных двигателях отношение L/R сравнительно мало (особенно в малых двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса.

Двигатели обычно пускают с помощью электромагнитного выключателя К — магнитного пускателя (рис. 4.27, а) и разгоняют автоматически по естественной механической характеристике М (рис. 4.27,6) от точки П, соответствующей начальному моменту пуска, до точкиР, соответствующей условию М = Мст. Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и Мст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Мп

Читать еще:  Датчик детонации двигателя принцип работы

Недостатком данного способа пуска кроме сравнительно небольшого пускового момента является также большой бросок пускового тока, в пять — семь раз превышающий номинальное значение тока.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного подключения обмотки статора к сети широко применяют благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ1, kм и др.).

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями:

а) переключением обмотки статора с помощью переключателя с нормальной схемы Δ на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в √3 раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на нормальную схему;

Рис. 4.28. Схемы включения асин­хронного двигателя при пуске с пони­жением напряжения

б) включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений (рис. 4.28, а). При этом на указанных сопротив лениях создаются некоторые падения напряжения ΔUдоб, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора подается пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДСЕ2s , индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате уменьшается падение напряжения ΔUдоб на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором К1 ;

в) подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТр (рис. 4.28,6), который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующей аппаратурой.

Недостатком указанных методов пуска путем понижения напряжения является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузки.

Рис. 4.29. Механические характеристики при включении обмотки статора двигателя по схемам Y и Δ (а) и графики изменения М и I1 при пуске двигателя путем переключения обмотки статора со Y на Δ (б)

На рис. 4.29 для примера приведены механические характеристики двигателя при номинальном и пониженном напряжении, т. е. при соединении обмотки статора по схемам Y и Δ, а также графики изменения тока I1 и момента М при пуске двигателя путем переключения обмотки статора со Y на Δ. При соединении по схеме Y максимальный и пусковой момент уменьшаются в три раза, вследствие чего двигатель не в состоянии осуществить пуск механизма с нагрузочным моментом Мн.

Пуск в ход асинхронного двигателя

В момент пуска в ход n=0, т.е. скольжение S=1. Т.к. токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и возрастают при его увеличении, пусковой ток двигателя в 5 ÷ 8 раз больше его номинального тока

Как рассматривалось ранее, из-за большой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент

Для пуска в ход двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышая момент нагрузки на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска используют разные способы пуска, которые преследуют цели: уменьшение пускового тока и увеличение пускового момента.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, пуск при пониженном напряжении, реостатный пуск, использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

Асинхронный двигатель схемы графики

В статье представлено обоснование предложенного авторами метода искусственного нагружения однофазных асинхронных электродвигателей после ремонта. Основной целью статьи является проведение исследований по функционированию обмоток электрических машин под номинальным током. При использовании метода искусственного нагружения возможно получение режима, эквивалентного нагрузочному. Эквивалентный ток статора электродвигателя в таком режиме будет соизмерим с номинальным током. Для подтверждения представленного авторами метода приводятся результаты моделирования процесса искусственного нагружения однофазного асинхронного электродвигателя. Главными задачами исследования являются определение параметров схемы замещения электродвигателя и получение оптимальных параметров процесса искусственного нагружения. Результатами решения поставленных авторами задач являются модель асинхронного однофазного электродвигателя, основные параметры которой совпадают с номинальными, и графики эквивалентного тока.

Ключевые слова

асинхронный двигатель, динамическое нагружение, режим противовключения, электрический ток, механическая мощность, коммутация, частота сети

Читать полный текст статьи: PDF

Список литературы

Trends in fault diagnosis for electrical machines: a review of diagnostic techniques / H. Henao, A. Capolino, M. Fernandez-Cabanas, F. Filippetti // Industrial Electronics Magazine. — 2014. — Vol. 8. — № 2. — Pp. 31-42.
Бейерлейн Е. В. Испытания асинхронных машин методом взаимной нагрузки / Е. В. Бейерлейн, О. Л. Рапопорт, А. Б. Цукублин // Известия Томского политехнического университета. — 2005. — Т. 308. — № 7. — С. 153-156.
Федоров М. М. К вопросу построения систем диагностики неисправностей асинхронных электродвигателей / М. М. Федоров, А. А. Ткаченко // Электротехника и электромеханика. — 2006. — № 2. — С. 59-61.
Хомутов С. О. Повышение надежности работы асинхронных двигателей путем разработки методики и технических средств для определения эталонных значений диагностического параметра их изоляции / С. О. Хомутов // Ползуновский вестник. — 2002. — № 1. — С. 26-32.
Марченко А. А. Моделирование процесса динамического нагружения асинхронного электродвигателя / А. А. Марченко, Н. Н. Портнягин // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 6. — С. 125.
Teaching of simulation an adjustable speed drive of induction motor using MatLab/Simulink in advanced electrical machine laboratory / A. Saghafinia, H. W. Ping, M. N. Uddin, A. Amindoust // Procedia — Social and Behavioral Sciences. — 2013. — Vol. 103. — Pp. 912-921. DOI:10.1016/j.sbspro.2013.10.413
Воронцов А. Г. Моделирование машин возвратно-поступательного действия на пакете MatLab / А. Г. Воронцов, И. В. Дегтяренко // Компьютерные и информационные технологии в инженерной и управленческой деятельности. — 2000. — № 2. — С. 39-44.
Марченко А. А. Исследование процесса динамического нагружения асинхронного электродвигателя / А. А. Марченко, Н. Н. Портнягин // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 1-2. — С. 408-412.
Марченко А. А. Энергоэффективное нагружение асинхронных электродвигателей в процессе послеремонтных испытаний /А. А. Марченко, Н. Н. Портнягин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2014. — № 6 (28). — С. 76-83.
Марченко А. А. Исследование модели асинхронного электродвигателя на возможность нагружения при помощи понижения частоты питающего напряжения / А. А. Марченко, О. А. Онищенко, С. Ю. Труднев // Вестник КамчатГТУ. — 2014. — № 29. — С. 17-24.

Читать еще:  Во сколько обойдется ремонт двигателя лансер 9

Об авторах

Марченко Алексей Александрович — старший преподаватель

ФГБОУ ВПО «КамчатГТУ»

Родимов Николай Владимирович — аспирант

ФГБОУ ВПО «КамчатГТУ»

Труднев Сергей Юрьевич — старший преподаватель

Асинхронный двигатель

Создание асинхронных двигателей. Ротор асинхронной машины типа «беличья клетка». Трёхфазный коллекторный асинхронный двигатель с питанием со стороны ротора. Схемы соединения фазных обмоток трехфазного асинхронного двигателя в звезду и в треугольник.

  • посмотреть текст работы «Асинхронный двигатель»
  • скачать работу «Асинхронный двигатель» (реферат)

Подобные документы

Способы пуска асинхронных двигателей и требования, предъявляемые к процессу. Схема прямого пуска асинхронного двигателя, графики изменения моментов и тока. Пуск с помощью реостата в цепи ротора, недостатки данного способа. Устройство магнитного пускателя.

реферат, добавлен 29.09.2014

Расчет мощности и выбор трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Анализ момента сопротивления рабочей машины, приведенного к валу двигателя. Суть способа подключения фазных обмоток. Подсчет времени разгона электропривода.

контрольная работа, добавлен 28.09.2016

Схемы включения и характеристики асинхронного двигателя с пусковым и рабочим конденсаторами. Принцип действия асинхронного двигателя с пусковым сопротивлением, определение максимального пускового момента. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами.

лекция, добавлен 25.07.2015

Электромагнитная схема трехфазной асинхронной машины, образование вращающегося магнитного поля. Режимы работы асинхронной машины, генератора и электромагнитного торможения. Описание устройства асинхронных двигателей. Схема двигателя с фазным ротором.

лекция, добавлен 16.02.2015

Особенность определения допустимого числа включений подряд глубокопазных асинхронных двигателей на основе расчета полей температур в обмотках при пусках. Учет реальных зависимостей изменений пусковых потерь в обмотках статора и ротора от времени пуска.

статья, добавлен 31.01.2019

Рассмотрение устройства асинхронного двигателя. Получение вращающегося магнитного поля. Принцип действия асинхронной машины и режимы ее работы. Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора. Пуск и регулирование скорости асинхронного двигателя.

лекция, добавлен 08.08.2020

Определение параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей. Изучение схемы включения трехфазного асинхронного двигателя. Исследование процесса пуска двигателей с фазным ротором. Анализ особенностей бутылочной формы стержней ротора.

лекция, добавлен 15.02.2015

Электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчеты при проектировании асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет вала на жёсткость и прочность, конструирование узлов и деталей двигателя. Схема обмотки статора, эскизы пазов ротора.

курсовая работа, добавлен 26.05.2014

Расчёт геометрических размеров сердечника статора, ротора и постоянных показателей трёхфазного асинхронного двигателя. Параметры обмоток статора и ротора, магнитной цепи. Активные и индуктивные сопротивления. Потери в стали, механические и добавочные.

курсовая работа, добавлен 05.02.2017

Характеристика асинхронной электрической машины как электрической машины переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Принцип действия асинхронного двигателя под нагрузкой.

реферат, добавлен 24.09.2019

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • »
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector