Схема пуска асинхронного электродвигателя. Схемы пуска и торможения двигателя

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором являются основным приводом большинства судовых механизмов, не требующих широкого регулирования частоты вращения. Они просты в изготовлении и эксплуатации, обладают высокой надежностью и долговечностью, имеют сравнительно низкую стоимость.

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются его пусковы­ми характеристиками:

значением пускового тока Iп или его кратностьюIп/Iном;

значением пускового Мп или его кратностью Мп/Мп ном;

продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

сложностью пусковой операции;

экономичностью пусковой операции (стоимостью и надежностью пусковой аппаратуры), а также потерями энергии в ней.

Значение пускового тока

,………………….(7)

где R 1 иX 1 – активное и индуктивное сопротивления статора, аR 2 и Х 2 – приведённые активное и индуктивное сопротивления ротора.

Из анализа (7) следует, что улучшить пусковые свойства двигателя можно увеличением активного сопротивления цепи ротора R 2, так как в этом случае уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. Уменьшение напряженияU 1 , влияет благоприятно наIп (уменьшая его значение), однако пусковой момент Мп при этом также уменьшается. Возможность применения того или иного способа улучшения пусковых характеристик определяется видом двигателя, условиями эксплуатации требованиями к нему.

Управление приводом для нереверсивных механизмов заключается чаще всего в дистанционном пуске и отключении электродвигателя. Схема такого рода легко может быть автоматизирована посредством замены кнопок ручного управления на устройство, замыкающее или размыкающее контакты при достижении порогового значения параметра, когда необходимо включить или выключить электродвигатель.

а) Наиболее простой способ подключения асинхронного двигателя – прямой пуск посредством магнитного пускателя (рис.5.18).

Здесь при нажатии кнопки SB2 (Пуск) получает питание катушка линейного контактора КМ, и двигатель включается на сеть. Нажатием кнопкиSB1 (Стоп) катушка КМ теряет питание, и двигатель отключается от сети. При перегрузке электродвигателя размыкается контакт теплового реле КК, который также обесточивает цепь контактора КМ. Пусковой ток асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при прямом включении на сеть достигает (6-7)I ном. Если, например, мощность пускаемого двигателя составляет 30% мощности работающего генератора, то такой большой пусковой ток вызывает резкое кратковременное снижение напряжения сети, называемое провалом напряжения на 15-20%. При большей относительной мощности двигателя провал напряжения значительно увеличивается, что может привести к отключению магнитных пускателе работающих электроприводов, к всплеску тока генератора и срабатыванию его защиты и т.п. Поэтому двигатели соизмеримой с генератором мощности на судах пускаются по специальным схемам, которые ограничивают силу пускового тока.

Рис.5.18. Схема прямого пуска АД.

б) Пуск с включением резисторов в цепь статора (рис.5.19). Разгон двигателя осуществляется в две ступени. На первой в цепь всех трех фаз включается сопротивление, которое на второй степени шунтируется контактами контактора ускорения КМ2:1. Время работы на пусковой ступени контролируется электромагнитным реле времени КТ1. Схема работает следующим образом. При нажатии кнопки SB1 (Пуск) получает питание реле КТ1, которое своими контактами КТ1:1 шунтирует кнопкуSB1 и включает контактор ускорения КМ2, а он размыкает свои контакты КМ2:1, шунтирующие пусковые сопротивления и тем самым подготавливает схему к пуску. Контактор КМ2 замыкает цепь линейного контактора КМ1, который подключает двигатель на сеть через пусковое сопротивлениеR. Блок-контакт КМ1:3 шунтирует кнопкуSB1 и контакт КМ2:2, обеспечивая питание катушки КМ1. Второй блок-контакт КМ1:2 разрывает цепь питания реле КТ1, которое с выдержкой времени размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Контактор КМ2 своими контактами КМ2:1 шунтирует пусковое сопротивлениеR.

Пусковое сопротивление Rограничивает пусковой ток до необходимого значения

;

где R .П – соответственно активное сопротивление двигателя в пусковом режиме.

Следует иметь в виду, что это сопротивления при разгоне не остаются постоянными, так как входящие в них приведенные сопротивления ротора зависят от скольжения. Потеря напряжения U=I п Rв пусковом сопротивлении уменьшает напряжение на статоре двигателяU д.

Рис.5.19. Схема (а) и график (б) пуска АД введением пускового сопротивления в цепь

Для асинхронного двигателя момент на валу пропорционален квадрату напряжения. Поэтому пусковая механическая характеристика при включенном в цепь статора резистора (кривая 1, рис.5.19, б) имеет значительно меньший пусковой момент, чем при номинальном напряжении (М п1 М п2), характерном для прямого включения двигателя на сеть (кривая 2). Может случиться так, что при выборе пускового сопротивленияR П для уменьшения пускового тока оно окажется настолько большим, что пусковой момент М п1 будет недостаточен для преодоления момента сопротивления и пуск станет невозможным.

в) Автотрансформаторный пуск (рис.5.20) предусматривает пусковое подключение двигателя от источника пониженного напряжения – автотрансформатора. Здесь пусковой ток, потребляемый из сети за счет трансформации напряжения, меньше, чем ток, потребляемый двигателем при прямом пуске. Это приводит к тому, что в рассматриваемой схеме в отличие от предшествующих уменьшение пускового тока, происходит в той же степени, что и при уменьшении пускового момента на двигателе.

Схема автотрансформаторного пуска имеет повышенную стоимость и ее использование оправдано, когда другие более дешевые схемы не обеспечивают необходимого снижения пускового тока. Работа схемы происходит следующим образом. При нажатии кнопки SB2 включается контактор КМ2, который контактом КМ2:1 подключает автотрансформаторTVи шунтирует кнопкуSB2, а также подает питание на линейный контактор КМ1. Двигатель подключается к сети черезTV, реле времени КТ1 клапанного типа включается блок-контактом КМ1:2. Через отрезок времениtконтакт КТ1:1 замкнет цепь питания контактора ускорения КМ3, который своим контактом КМ3:1 шунтирует автотрансформатор и подключает двигатель прямо на сеть. Блок-контакт КМ3:2 размыкает цепь питания контактора КМ2, который, в свою очередь, разомкнет цепь автотрансформатора. Второй блок-контакт КМ3:3 сохранит цепь питания контактора КМ1.

Рис.5.20. Схема автотрансформаторного пуска АД

г) Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник осуществляется по схеме, изображенной на рис.5.21. При пуске обмотка статора соединена звездой, пусковое напряжение на фазе будет в

раз меньше номинального, что приведёт к уменьшению пускового тока в 3 раза. Вместе с тем, пусковой момент, пропорциональный квадрату напряжения, уменьшится также в три раза, что не всегда допустимо, особенно для механизмов, обладающих значительным статическим моментом сопротивления.

Схема работает следующим образом. При нажатии кнопки SB2 получает питание электромагнитное реле времени КТ1, подключающее контактор КМ2 (звезда), который своими главными контактами КМ2:1 замыкает трехфазную обмотку статора по схеме звезда, а вспомогательными контактами КМ2:3 включает линейный контактор КМ1 и разрывает цепь контактора КМ3 (треугольник). Контактор КМ1 своими главными контактами КМ1:1 подключает двигатель к сети, а блок- контактами КМ1:4 шунтирует кнопку пускSB2. В тоже время блок-контакт КМ1:2 обесточивает реле времени КТ1, которое отпускает с выдержкой времени и своим контактом КТ1:1 обесточивает контактор КМ2, который размыкает соединение звезда. Блок-контакт КМ2:3 з

Система пуска двигателя

 

1. Устройство системы пуска двигателя
2. Работа системы пуска двигателя
3. Диагностика системы пуска двигателя

Двигатель не может запуститься сам. Чтобы завести его нужно приложить внешние усилия и повернуть коленчатый вал. В этой статье мы рассмотрим систему пуска, которая запускает двигатель.

Устройство и работа системы пуска двигателя

На двигателе имеется маховик. Обод маховика снабжен зубьями и превращен в зубчатый венец. Установленная на электромоторе стартера приводная шестерня входит с ним в зацепление и вращает коленчатый вал, инициируя рабочий цикл двигателя. Раcсмотрим, как это происходит:

Работа системы пуска двигателя с редуктором

Существует три типа систем пуска:

1. Система пуска двигателя с редуктором;
2. Система пуска двигателя с планетарным механизмом;
3. Система пуска обычного типа.

Рассмотрим конструкцию, работу и проверку системы пуска двигателя обычного типа.

1.Устройство системы пуска двигателя

В обычной системе пуска двигателя можно выделить три основных механизма:

1. Электромотор – создает вращающий момент.
2. Система привода – передает вращение на двигатель.
3. Электромагнитный включатель – приводит ведущую шестерню стартера в зацепление с ободом маховика, а также дает электрический ток в электромотор.

Рассмотрим электромотор системы пуска, создающий вращающий момент. Корпус электромотора выполнен из стали и имеет внешний вид цилиндра. Внутри корпуса имеются обмотки возбуждения, намотанные вокруг сердечников, прикрепленных к корпусу. Эти обмотки выполнены из толстой токопроводящей проволоки, способной выдержать сильный электрический ток. Обмотки генерируют электромагнитное поле, способное вращать

якорь стартера. Одним из элементов якоря является сердечник, с канавками вдоль которого располагаются витки обмоток якоря. Оба конца каждой обмотки подключены к коллектору. Вращающие моменты, создаваемые каждой из обмоток, складываются, чтобы можно было вращать якорь, точнее вал якоря. Если посмотреть на стартер со стороны коллектора, то на якоре видно щеткодержатель.

Втягивающее реле  служит для подачи тока на мотор стартера и вводит бендикс в зацепление с маховиком для запуска двигателя. Устройство втягивающего реле, неисправности тягового реле. Как определить неисправности втягивающего реле?

Рассмотрим, как устроен щеткодержатель: в щеткодержателе объединены 4 щетки, прижимаемые к коллектору. Две из четырех щеток находятся в изолированных оправках и соединены с обмотками якоря и далее через коллектор с обмотками возбуждения. Те и другие заземлены на корпус.

Схема системы пуска двигателя:

1. Коллектор; 2 – задняя крышка; 3 – корпус статора; 4 – тяговое реле; 5 – якорь реле; 6 – крышка со стороны привода; 7 – рычаг; 8 – кронштейн рычага; 9 – уплотнительная прокладка; 10 – планетарная шестерня; 11 – шестерня привода; 12 – вкладыш крышки; 13 – ограничительное кольцо; 14 – вал привода; 15 – обгонная муфта; 16 – поводковое кольцо; 17 – опоры вала привода с вкладышем; 18 – шестерня с внутренним зацеплением; 19 — водило; 20 – центральная шестерня; 21 – опора вала якоря; 22 – постоянный магнит; 23 — якорь; 24 — щеткодержатель; 25 – щетка.

1. Система привода системы пуска двигателя

Этот механизм передает вращающий момент от электромотора к маховику. На валу якоря установлена шестерня привода. Действие электромагнитного включателя заставляет рычаг привода перевести шестерню привода в зацепление с зубчатым ободом маховика (в этом положение вращение передается на вал двигателя). Когда двигатель запущен, расцепляется оконная муфта, и теперь шестерня привода вертится в холостую. Позднее при включенном зажигании шестерня привода расцепляется с зубчатым ободом.

Теперь рассмотрим реальный механизм: оконная муфта передает вращение только в одном направлении и связана с шестерней привода. На муфте стартерного электромотора имеются винтовые шлицы. Винтовые шлицы имеются также на валу якоря. Шестерня привода способна скользить вдоль них вращаясь при этом. Винтовые шлицы обеспечивают плавное сцепление шестерни привода с зубчатым ободом. После сцепления зубчатого обода с ведущей шестерней раскручивается двигатель. Шестерня привода вертит зубчатый обод (при этом работает оконная муфта). Когда двигатель запущен, то двигатель вертит шестерню привода, при этом оконная муфта отключена. Шестерня привода вертится в холостую, чтобы не повредить электромотор.

2. Электромагнитный включатель

Электромагнитный включатель – заставляет приводной рычаг передвинуть шестерню привода и направляет ток в электромотор.

Схема работы электромагнитного включателя

В центре включателя находится плунжер. Плунжер выполняет две функции: перемещает приводной рычаг, соединенный с одним концом плунжера, а также включает главные контакты через контактную пластину, соединенную с его другим концом. Плунжер окружает втягивающая обмотка, которая подтягивает плунжер к главным контактам. Поверх втягивающей обмотки расположена удерживающая обмотка, которая удерживает плунжер у контактов. При повороте ключа зажигания электрический ток проходит по втягивающей, и удерживающей обмоткам, создавая магнитное поле. Это поле перемещает плунжер вправо. В результате контактная пластина замыкает главные контакты. Теперь клемма 30 замыкается с клеммой С, соединенной с мотором. В стартовый электромотор подается мощный ток, одновременно с этим, приводной рычаг приводит шестерню привода в зацепление и она начинает раскручивать двигатель.

Как устроен электромагнитный включатель?

Втягивающие и удерживающие обмотки закреплены на корпусе включателя. Контактная пластина расположена на торце плунжера напротив главного контакта. Втягивающие и удерживающие обмотки размещены вокруг плунжера, который поджимается возвратной пружиной. После запуска двигателя возвратная пружина перемещает шестерню привода в исходное положение.

Схема системы пуска двигателя

1. Электромотор;
2. Система передачи;
3. Электромагнитный включатель;

Электрическая схема системы пуска двигателя

Положительный полюс АКБ соединен с клеммой 30 и включателем зажигания. Клемма С соединена с обмотками возбуждения и обмоткой якоря, заземленными на корпус и далее соединенными с отрицательным полюсом АКБ. Все соединения выполнены мощным кабелем, который выдерживает большой ток. Клемма 50 соединена с положительным полюсом АКБ через включатель зажигания.

При повороте ключа зажигания ток сначала проходит через втягивающую и удерживающие обмотки, затем по обмоткам возбуждения и обмотке якоря, и наконец в землю. Поскольку сопротивление якоря и обмоток возбуждения очень низкое почти все напряжение АКБ падает на втягивающую и удерживающие обмотки. Возникающее в них поле перемещает плунжер вправо. Приводной рычаг, связанный с плунжером переводит муфту влево, одновременно поворачивая ее на винтовых шлицах якоря. Вместе с зацеплением привода с зубчатым венцом маховика временно замыкаются главные контакты. Когда главные контакты замкнуты контактной пластиной обмотки возбуждения и якоря питаются непосредственно от АКБ. После замыкания контактов выравниваются потенциалы клемм С и 50. Втягивающая обмотка уже не действует на плунжер. И он удерживается в прежнем положении только магнитным полем удерживающей обмотки. Когда после запуска двигателя ключ зажигания выключают главные контакты остаются замкнутыми. Но теперь ток от главных контактов во втягивающую обмотку поступает таким образом, что ее магнитное поле противоположно полю удерживающее обмотки. Оба магнитных поля взаимно уничтожаются. Теперь возвратная пружина переводит плунжер в исходное положение и размыкает главные контакты. Одновременно шестерня привода выходит из зацепления и возвращается в исходное положение.

Система электрического пуска двигателя

В систему электрического пуска двигателя входят механические и электрические узлы, которые обеспечивают проворачивание двигателя при его пуске. В начале прошлого века двигатель проворачивали вручную, с помощью заводной рукоятки. В состав современных схем электрического пуска двигателя входят следующие компоненты:

Стартер

Стартер — это, обычно, электродвигатель мощностью от 0,5 до 2,6 л.с. (от 0,4 кВт до 2,0 кВт).

Рис. Пример типичного стартера с тяговым реле

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея должна иметь необходимую емкость и быть заряженной, по крайней мере, на 75%, чтобы обеспечить ток и напряжение, необходимые для нормальной работы стартера.

Тяговое реле

Стартер потребляет большой пусковой ток, и в системе должны быть предусмотрены средства включения и выключения стартера. Для непосредственного включения и выключения стартера потребовался бы очень мощный выключатель. Вместо этого используется слаботочный переключатель (замок/выключатель зажигания), который управляет специальным реле, коммутирующим большой пусковой ток.

Механизм привода двигателя

Механический привод двигателя от стартера осуществляется с помощью небольшой шестерни, установленной на валу стартера, которая вводится в зацепление с зубчатым венцом, стоящим на маховике двигателя, и обеспечивает передачу крутящего момента со стартера на коленчатый вал двигателя, заставляя его вращаться.

Замок/выключатель зажигания

Замок/выключатель зажигания и блокировочные выключатели управляют работой стартера.

Блокировочный выключатель стартера (ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ СЦЕПЛЕНИИ)

Этот выключатель блокирует включение стартера в случае, если переключатель скоростей не находится в положении парковки или на нейтрали, или педаль сцепления — отпущена.

Рис. Типичная схема электрического пуска двигателя. Обратите внимание на то, что в первый момент при повороте ключа зажигания в положение «пуск» напряжение подается одновременно и на втягивающую обмотку и на удерживающую обмотку тягового реле. Как только контактный диск электромагнита замыкает клеммы В и М, через обмотку стартера начинает течь ток от аккумуляторной батареи

Проследите, как ведет себя при пуске двигателя освещение салона

При диагностике причины нарушения нормального пуска двигателя откройте дверь автомобиля и проследите за тем, как изменяется яркость лампочек освещения салона.

Яркость свечения лампы освещения зависит от напряжения ее питания.

При нормальной работе стартера яркость освещение салона слегка уменьшается.

Если яркость освещения не изменяется, то причиной нарушения, обычно, является обрыв в цепи управления системой пуска.

Если освещение почти или полностью гаснет, то причиной нарушения, скорее всего, является короткое замыкание или пробой на массу обмоток возбуждения стартера или неисправность аккумуляторной батареи.

Не стучите по стартеру!

В прошлом нередко можно было наблюдать, как техник стучал по стартеру, пытаясь выяснить, почему он не работает. Часто под действием ударной нагрузки происходило выравнивание или смещение токосъемных щеток, ротора и вкладышей подшипников. Во многих случаях после удара по стартеру его работоспособность — пусть даже и ненадолго — восстанавливалась.

Но в конструкции большинства современных стартеров используются постоянные магниты, которые отличаются хрупкостью и при ударе по стартеру могут расколоться. Разбитый магнит распадается на несколько слабых магнитов. В ряде первых конструкций стартеров с постоянными магнитами, магниты приклеивались к корпусу статора. При сильном ударе по стартеру эти магниты разлетались на куски, которые, попав на ротор или в гнезда подшипников, приводили стартер в полную негодность.

Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления

резисторы.Рис. 6.14.

Схема управления пуском и динамическим торможением асинхронного двигателя

Постоянный ток протекает по всем обмоткам статора или по части их, создает постоянное во времени магнитное поле. В обмотках вращающегося по инерции ротора будет наводиться ЭДС и потечет ток, который создаст свое неподвижное в пространстве магнитное поле. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД приведет к появлению тормозного момента и остановке ротора.

Преобразуемая при этом механическая энергия движущихся частей в электрическую рассеивается в виде тепла.

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 (см. рис. 6.14).

После чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий обмотки статора к трехфазному источнику питания. Замыкающий блок-контакт КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание. В результате чего контакты этого реле замкнутся в цепи контактора торможения КМ1, но этот контактор не сработает, так как перед этим произойдет размыкание блок-контакта КМ.

Нажатием кнопки SB3 производится остановка АД. Катушка линейного контактора теряет питание и контакты КМ в цепи обмоток статора размыкаются, отключая двигатель от сети переменного тока.

Одновременно с этим замыкается размыкающий блок-контакт КМ в цепи катушки контактора торможения КМ1; последний включается и подает в обмотки статора постоянный ток от выпрямителя V через резистор RT и замыкающий блок контакт КМ1. АД переходит в режим динамического торможения.

С потерей питания катушки КМ, также размыкается замыкающий блок-контакт КМ в цепи реле времени КТ. Это реле, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени. Через промежуток времени, соответствующий останову двигателя, реле КТ размыкает свои контакты в цепи катушки контактора КМ1.

уст.I

Обмотка статора отключается от источника постоянного тока и схема переходит в свое первоначальное состояние.

Задержкой срабатывания реле КТ и величиной регулируемого резистора Rт устанавливают время динамического торможения.

Схема управления реверсивным асинхронным двигателем с фазным ротором. Частоту вращения ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно регулировать, изменяя величину сопротивления в роторной цепи (см. подразд. 5.2).

Управлять такими электродвигателями возможно с помощью силовых и магнитных контроллеров (рис. 6.15). В настоящее время в подъемнотранспортных механизмах используются магнитные контроллеры, относящиеся к аппаратам дистанционного управления.

Рис. 6. 15. Схема управления трехфазным асинхронным двигателем с фазным

ротором: а) силовая схема; б) схема управления

В первом положении командоконтроллера “Вперед” замыкается контакт S1.1, подавая питание на катушку. Контактор КМ1 подключает обмотки статора двигателя и тормозной электромагнит YB1 к сети. В цепь ротора электродвигателя при этом включено полное сопротивление пускорегулирующего реостата, и двигатель разгоняется по характеристике I (см. рис. 5.4) до установившейся частоты вращения n при заданном моменте сопротивления Мс.

Во втором положении замыкается контакт S1.3 командоконтроллера и включается контактор КМ3, который закорачивает часть сопротивлений

реостата. Двигатель переходит на работу по характеристике II, разгоняется до частоты вращения nуст.II.

В третьем положении контроллера включается контактор КМ4, который закорачивает выводы обмотки ротора, и двигатель работает на естественной характеристике III с частотой вращения nуст.III.

Для выключения двигателя необходимо контроллер перевести в нулевое положение. Вращение “Назад” осуществляется постановкой рукоятки магнитного контроллера на позицию 1 “Назад”, при этом включается контактор КМ2. Происходит смена чередования фаз в обмотках статора и начинается обратное вращение ротора при полном включенном пускорегулирующем резисторе роторной цепи. Дальнейший процесс управления аналогичен описанному выше.

Особенностью работы двигателей подъемно-грузовых лебедок является спуск груза. В этом случае груз не только преодолевает силы трения, но и стремится ускорить вращение двигателя в направлении спуска. Скорость двигателя очень быстро достигает синхронной, после чего двигатель начинает работать как генератор под действием силы тяжести груза, т.е., тормозя механизм. Если сопротивление в цепи ротора двигателя полностью закороченно, то скорость опускания груза на 5–10 % больше синхронной частоты вращения. Увеличение роторного сопротивления приводит к увеличению скорости спуска (а не к уменьшению, как это бывает при подъеме).

Схема автоматического пуска и торможения противовключением асинхронного двигателя с фазным ротором. Пуск двигателя совершается нажатием кнопки SB1 (вперед) или SB2 (назад), тем самым подается питание на катушку контактора КМ1 (или КМ2). Рассмотрим работу схемы при срабатывании контактора КМ1 (рис. 6.16).

Обмотки статора подключаются к сети, включается блокировочное реле РБ. Катушка РП не притягивает свой якорь из-за малой ЭДС ротора и размыкающий контакт РП замкнут. Затем замыкающим контактом РБ собирается цепь катушки контактора КП, шунтирующего своими контактами ступень сопротивлений Rn в цепи ротора.

Рис. 6.16.

Схема торможения противовключением асинхронного двигателя с фазным ротором: а) силовая схема; б) схема управления

С помощью механического маятникового реле времени РВ, пристраиваемого к контактору КП, осуществляется выдержка времени, необходимая для некоторого разгона двигателя, после чего включается контактор КУ, шунтирующий сопротивления Rg в цепи ротора, и двигатель выводится на естественную характеристику.

Таким образом, пуск двигателя совершается в одну ступень с резистором в роторе Rg. Ступень резистора Rn служит для ограничения тока при торможении.

Если требуется реверсирование двигателя, то необходимо нажать на кнопку противоположного направления вращения (в нашем примере на кнопку SB2), не воздействуя на кнопку SB3 (стоп). При этом отключаются контакторы КМ1 и КП. Последний – из-за размыкания контакторов КМ1 и РБ. Как только замкнется размыкающий контакт КМ1 в цепи катушки контактора КМ2, он включится, и двигатель переведется в режим торможения противовключением.

В приведенной на рис. 6.16 схеме реализуется управление торможением в функции угловой скорости (по величине ЭДС ротора, которая пропорциональна скольжению). Реле напряжения РП через выпрямитель V подключается к выводам обмотки ротора. Реле настраивается с помощью резистора Rр так, что при начале торможения, когда направления вращений магнитного поля статора и ротора противоположны (S=2), оно срабатывает, а при угловой скорости, близкой к нулю (S=1), когда напряжение на его катушке снижается почти вдвое, реле отпускает свой якорь. При пуске в обратную сторону реле РП не срабатывает, так как ЭДС ротора становится еще меньше, достигая нулевого значения при S=0.

После включения контактора КМ2, когда произойдет реверсирование магнитного поля статора, срабатывает реле РП и своим размыкающим

контактором разорвет цепь катушки контактора КП, что обеспечит на период торможения введение всех резисторов в цепь ротора (Rg и Rn). Блокировочное реле РБ служит для создания временного разрыва в цепи катушки контактора КП, оно отключается одновременно с контактором КМ1, а включается только после замыкания контактов контактора КМ2. Когда контакты РБ сомкнутся, уже успеет сработать реле РП.

По окончании процесса торможения контакт РП закроется и контактор КП зашунтирует ступень сопротивления Rn. Затем произойдёт изменение направления вращения ротора, то есть пуск в противоположном направлении (назад).

Если остановку двигателя производить кнопкой SB3, то обмотки статора отключатся от сети, но электрического торможения не произойдет, двигатель остановится под действием статического момента сопротивления на валу.

Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени. Упрощенная принципиальная схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени [8] представлена на рис. 6.17. Пуск двигателя по этой схеме осуществляется в две пусковые ступени, при этом для большей надежности цепи управления подключены к сети постоянного тока.

Рис. 6.17. Упрощенная

принципиальная схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени: а) силовая схема; б) схема управления

При подключении цепей управления к источнику напряжения сразу включаются реле РУ1 и РУ2 через размыкающие блок-контакты КМ и КУ1. Реле без выдержки времени отключают катушки контакторов КУ1 и КУ2 от источника питания. Затем после нажатия кнопки SB1 и включения контактора КМ статор двигателя подключается к сети, а роторная цепь его замкнута на полностью включенные резисторы R1 и R2, так как силовые контакты контакторов КУ1 и КУ2 разомкнуты; начинается пуск АД.

Размыкающий контакт КМ в цепи катушки реле времени РУ размыкается, оно обесточивается, начинает отсчитывать выдержку времени при пуске на первой пусковой ступени. После выдержки времени реле РУ1 своим контактом замыкает цепь питания катушки контактора КУ1. Этот контактор зашунтирует пусковой резистор R1 своими силовыми контактами и снимает питание с реле времени РУ2 вспомогательным контактом КУ1. Реле РУ2 начинает отсчитывать выдержку времени, по окончании которой размыкающий контакт РУ2 замыкается, подключая к источнику питания катушку КУ2, в результате чего зашунтируется вторая ступень пускового сопротивления R2 и АД будет выведен на естественную характеристику.

Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции тока. Схема, приведенная на рис. 6.18, обеспечивает пуск асинхронного двигателя с фазным ротором в одну ступень в функции тока и динамическое торможение в функции скорости и включает оборудование:

•электромагнитные контакторы КМ1, КМ2, КМ3;

•реле тока КА;

•реле контроля скорости SR;

•реле напряжения KV;

•понижающий трансформатор Т;

•выпрямитель VD;

•предохранители FA1, FA2;

•тепловые реле КК1, КК2.

Реле контроля скорости SR размыкает свои контакты в цепи катушки электромагнитного тормоза КМ3, когда частота вращения уменьшается до значения, близкого к нулю, а замыкает, когда начнется разгон АД.

После включения автоматического выключателя нажимается кнопка пуска SB1. По известной схеме включается контактор КМ1, через силовые контакты которого статор АД подключается к сети. Бросок тока в цепи ротора, когда еще не замкнуты контакты КМ2, вызовет включение реле тока КА, последнее разорвет свои контакты в цепи катушки КM2. Таким образом, разбег начинается с пусковым сопротивлением R2g в цепи ротора.

Рис. 6.18. Схема пуска АД в

одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости

Вспомогательные контакты КМ1 замыкают цепь катушки промежуточного реле напряжения KV, шунтируют кнопку SB1, размыкают цепь контактора торможения КМ3. Несмотря на то, что реле KV включается, это не приводит к включению контактора КМ2, так как до этого в цепи разомкнулся контакт реле КА.

Трогание с места и вращение ротора вызывает замыкание контакта реле скорости SR в цепи тормозного контактора КМ3, но и этот контактор не сработает, так как до этого разомкнулся контакт КМ1. По мере разгона двигателя ток в цепи ротора уменьшается, и реле тока КА выключается, замыкая цепь контактора КМ2. Этот контактор зашунтирует резисторы R2g в цепи ротора, АД выйдет на естественную характеристику.

Для перевода в тормозной режим нажимается кнопка SB3. Контактор КМ1 теряет питание и отключается статор АД от сети, но включается тормозной контактор КМ3. Контактор КМ3 замыкает цепь питания катушек обмотки статора постоянным током от выпрямителя VD, подключенного к трансформатору Т. Тем самым осуществляется перевод АД в режим динамического торможения.

Одновременно с этим потеряет питание аппарат KV, а следовательно и КМ2, что приведет к вводу в цепь ротора резистора R2g. Двигатель начинает тормозить.

При скорости двигателя, близкой к нулю, реле контроля скорости SR размыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ3. Он отключается и прекращает торможение АД. Схема приходит в исходное положение и готова к последующей работе.

Принцип действия схемы не изменяется, если катушка реле тока включается в фазу статора, а не ротора при одноступенчатом разгоне двигателя.

Схема панели управления асинхронным двигателем типа ПДУ 6220.

Панель типа ПДУ 6220 входит в состав нормализованной серии панелей управления АД с фазным и короткозамкнутым роторами и обеспечивает пуск в две ступени и динамическое торможение в функции времени (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Схема панели

управления асинхронного двигателя типа ПДУ 6220

При подаче на схему напряжений постоянного тока 220 В и переменного 380 В тока (замыкание рубильников Q1, Q2 и автомата QF) происходит включение реле времени КТ1, чем двигатель подготавливается к пуску с полным пусковым резистором в цепи ротора.

Одновременно с этим, если рукоятка командоконтроллера находится в нулевой (средней) позиции и максимально-токовые реле FA1–FA3 не включены, включается реле защиты KV от понижения питающего напряжения и готовит схему к работе замыканием своего блок-контактора KV.

Пуск двигателя осуществляется по любой из двух искусственных характеристик или по естественной характеристике, для чего рукоятка SA должна устанавливаться соответственно в положение 1,2 или 3. При переводе рукоятки в любое из указанных положений SA включается линейный контактор КМ2, подключающий АД к сети, контактор управления тормозом КМ5, подключающий к сети катушку YA электромагнитного тормоза,

который при этом растормаживает двигатель, и реле времени KT3, управляющее процессором динамического торможения.

Перевод контроллера SA в положение 2 или 3 позволяет включить контакторы ускорения КМ3 и КМ4, скорость двигателя увеличивается.

Торможение АД происходит за счет перевода рукоятки SA в нулевое положение. Тогда отключаются контакторы КМ2 и КМ5, а включается контактор динамического торможения КМ1, который подключает АД к источнику постоянного тока. В результате этого будет идти интенсивный процесс комбинированного (механического и динамического) торможения АД, который закончится после отсчета реле своей выдержки времени, соответствующей времени торможения.

Схема управления тиристорным приводом переменного тока. Схема управления тиристорным приводом переменного трехфазного тока содержит тиристорный преобразователь, который включается в цепь статорных обмоток двигателя и осуществляет фазовое регулирование подводимого к двигателю напряжения (рис. 6.20).

Последовательно со статорными обмотками двигателя встречнопараллельно через быстродействующие предохранители FU включены три пары тиристоров преобразователя U. Регулированием угла открывания тиристоров с помощью системы управления СУ изменяется напряжение, подводимое к двигателю, а следовательно, и его момент.

Рис. 6.20. Схема управления асинхронного двигателя с тиристорным

преобразователем: QF – автоматический выключатель; В – датчик тока; U – тиристорный преобразователь; FU – предохранитель; KK – командоконтроллер; СУ-

система управления тиристорным преобразователем; BR – тахогенератор; КМ – электромагнитные контакторы

В результате получается ряд мягких механических характеристик, обеспечивающих плавный пуск и разгон механизма. При использовании обратной связи по частоте вращения, осуществляемой с помощью тахогенератора BR, жесткость механических характеристик увеличивается, что позволяет получить устойчивые промежуточные и низкую посадочную скорости.

Схемой предусмотрен контактный реверс двигателя контакторами КМ2 и КМ3. Переключение контакторов происходит при отсутствии тока в главной цепи под контролем датчика тока В. Бестоковая коммутация значительно повышает износостойкость аппаратуры.

С помощью тиристоров преобразователя может быть получено и регулируемое динамическое торможение, а также торможение противовключением. Управление углом открывания тиристоров может осуществляться ступенчато командоконтроллером КК, или плавно другим аппаратом, например, сельсином.

6.5. Крановые защитные панели

Крановые защитные панели применяют при контроллерном управлении двигателями крана. Конструкция защитной панели представляет собой металлический шкаф с установленной в нем аппаратурой. Шкаф закрыт дверью с замком. Второй замок заблокирован с главным рубильником, то есть дверь панели не откроется, пока не будет выключен рубильник, обесточивающий электрооборудование. Размещаются защитные панели обычно в кабине крана. На защитной панели установлена электроаппаратура, осуществляющая следующую защиту:

•максимальную от токов короткого замыкания и значительных (свыше 250 %) перегрузок крановых электродвигателей;

•нулевую, исключающую самозапуск двигателей после перерыва в электроснабжении;

•концевую, обеспечивающую автоматическое отключение электроприводов при переходе механизмами крана предельно допустимых положений.

Панели допускают подключение от трех до шести двигателей (рис. 6.21). В зависимости от числа защищаемых двигателей и соотношения их мощностей панели комплектуются соответствующим количеством блок-реле максимального тока, которые при срабатывании воздействуют на один, общий для группы из двух-четырех реле, контакт. Этим уменьшается число

Cпособы пуска асинхронного двигателя

Существуют требования, которым должен отвечать запуск асинхронного двигателя. Во-первых, это отсутствие необходимости в использовании специальных устройств. Во-вторых, это сведение пусковых токов до минимума и пускового момента (далее М_пуск) до максимума. Рассмотрим способы пуска асинхронного двигателя, удовлетворяющие выдвинутым требованиям.

Прямой пуск

Подразумевает подключение намоток статора к электросети без «посредников». Подходит моторам с короткозамкнутым ротором. Это двигатели небольшой мощности, у которых при подключении напрямую к электросети статорных обмоток, образующимися пусковыми токами не вызывается перегрев, способный вывести технику из строя.

В асинхронных двигателях соотношение индуктивности обмоток к их сопротивлению (L/R) небольшое. И оно тем меньше, чем меньше мощность устройства. Поэтому во время запуска образующийся свободный ток быстро затухает, и им можно пренебречь. Брать в учет будет только ту силу тока, которая установилась в результате переходного процесса.

Ниже на рисунке (а) представлена схема магнитного пускателя, обозначенного буковой К. Технически это электромагнитный выключатель, часто применяемый при запуске электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он необходим для автоматического разгона по естественной механической характеристике (обозначим М) от начала запуска (точка П) до момента, когда М станет равным моменту сопротивления (М_с).

На картинке (б) представлен график зависимости пускового тока от начального момента. Исходя из него, ускорение разгона равно разности абсцисс графиков М и М(с). В таком случае, если М_пуск будет меньше М_с, то разогнаться у электродвигателя не получится. Чтобы получить оптимальное для разгона значение М_пуск для мотора с короткозамкнутым ротором используйте формулу (коэффициент скольжения s равен единице):

Отношение М_пуск к номинальному (М_ном) – это величина, определяемая как кратность начального момента. Обозначается kпм. Коэффициент для двигателей с короткозамкнутым ротором входит в диапазон от 1 до 1,8 и устанавливается ГОСТом.

Пример. Если kпм=1,4, а М_ном=5000 Н*м, то прямой запуск должен начинаться с М_п = 7000 Н*м.

Внимание! Нельзя превышать установленные ГОСТом нормы. Это ведет к повышению активного сопротивления на вращающемся элементе мотора.

Прямой запуск двигателя обладает преимуществами:

• Дешевизна;
• Простота;
• Минимальный нагрев обмоток при запуске.

Недостатки метода:

• Величина М_пуск составляет до 300% от М_ном;
• Пусковой ток составляет до 800% от номинального (смотрите графики снизу).

Даже с перечисленными недостатками прямой запуск остается наиболее предпочтительным для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, т.к. обеспечивает высокие энергетические показатели.

Пуск с понижением напряжения

Подходит для запуска электродвигателя высокой мощности, но так же оптимален для аналогов средней, если напряжение в рабочей сети не позволяем разогнать мотор с помощью прямого пуска.

Для понижения напряжения существует три способа:

1. Переключение намоток статора с треугольника (нормальная схема) на звезду (пусковая схема). Запуск начинается со звезды, а при достижении номинальной частоты происходит переключение на треугольник. При этом напряжение, питающее фазы статорных обмоток, падает в 1,73 раз. Это позволяет уменьшиться во столько же раз фазным токам, а линейные сокращаются втрое.
2. Запуск с добавочным сопротивлением, приводящим к падению вольтажа на статорной обмотке (рисунок а). На момент пуска в электроцепь включают реакторы или резисторы (реактивное и активное сопротивление соответственно).
3. Пуск с подключением через трансформатор понижающего типа с несколькими автоматически переключаемыми ступенями (рисунок б).

Главное преимущество – возможность разгона двигателя почти при том же напряжении, которое необходимо для нормальной работы. К недостаткам относится лишь падение М_п и М_макс (максимальный момент). Эти величины прямо пропорционально зависят от напряжения: чем меньше Вольт, тем меньше моменты. Поэтому с нагрузкой мотор не запустится.

Соединение ротора с реостатом во время включения

Метод подходит для включения в работы моторов с фазным ротором. Если роторная цепь включает в себя реостат, то активное сопротивление повышается. При этом точка К на рисунке а ниже перемещается ближе к О и обозначается К`. Это не приводит к уменьшению М_макс, зато обеспечивает повышение М_пуск. Вместе с этим критическое скольжение увеличивается, и зависимость момента от s смещается к зоне больших скольжений. Число же оборотов смещается в зону меньших вращательных частот (рисунки б и в).

Обычно реостат, используемый для пуска мотора, имеет от 3 до 6 ступеней (смотрите рисунок а ниже). Пусковое сопротивление плавно уменьшается, что обеспечивается большой М_пуск. Изначально мотор приводится в ход по четвертой характеристике, проиллюстрированной на рисунке б. Она соответствует сопротивлению запускающего реостата и обеспечивает максимальную пусковую мощность.

Вращающий момент (М_вр) уменьшается с ростом оборотов. При некотором минимальном значении необходимо отключить часть реостата, чтобы М_вр возрос снова до максимального (смотрите третью характеристику). Но обороты растут, поэтому М_вр снова уменьшается. Тогда отключается еще одна часть реостата, и начинается работа по второй характеристике. Когда реостат двигателя с фазным ротором отключают вовсе, пусковой процесс завершается. Мотор продолжает работу по характеристике 1.

Запуск в ход таким методом характеризуется изменением М_вр от максимального до минимального значения. Сопротивление в данном случае уменьшается ступенчато по ломаной кривой линии (выделена жирным на графике). Выключение частей реостата осуществляется автоматически или вручную.

Преимущество запуска электродвигателя с фазным ротором с использованием реостата заключается в возможности включать его при М_пуск, близком к М_макс. Пусковые токи при этом минимальны. Изменение силы тока проиллюстрировано на рисунке в.

Недостатков хватает. Во-первых, это сложность включения. Во-вторых, это необходимость использования совсем не дешевых моторов с фазным ротором. Характер работы хуже, чем у аналогов с короткозамкнутым ротором при мощности одинакового значения – это третий минус. Это объясняет, почему электродвигатели с фазным ротором используют преимущественно в случае возникновения сложностей с запуском других двигателей.

Запуск в ход однофазного мотора

Для включения в работу асинхронного двигателя с питанием от однофазной сети используют вспомогательную намотку. Она должна лежать перпендикулярно относительно рабочей статорной намотки. Но для создания вращающегося магнитного поля необходимо соблюдение еще одного условия. Это сдвиг по фазе тока, протекающего по вспомогательной намотке, относительного тока, возникающего в рабочей обмотке.

Для обеспечения сдвига фаз в момент подключения к однофазной сети в электроцепь вспомогательной обмотки включают специальный элемент. Это может быть резистор, конденсатор или дроссель. Но распространенными элементами являются только первые два.

После разгона мотора до значения частоты, равной установившейся, дополнительную намотку выключают. Это можно сделать вручную или автоматически. В начале двигатель работает по двухфазной, а после установления частоты – по однофазной характеристике.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Использование конденсатора

Метод отличается от предыдущего тем, что мотор с расщепленной фазой при подключении к однофазной линии, имеет высокое сопротивление только в момент запуска.

Для обеспечения наибольшего значения М_пуск необходимо круговое и вращающееся магнитное поле. Для этого токи в рабочей и дополнительной обмотках смещают на 90 градусов. Такое смещение может обеспечить только конденсатор. Его использование помогает достичь хорошей пусковой характеристики асинхронного двигателя, питающегося от однофазной электросети.

Выбор способа пуска асинхронного электродвигателя зависит от того, к какой сети он включается: к однофазной или трехфазной. Влияет также мощность мотора и его конструкция.