Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором монтажная схема

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Вы будете перенаправлены на Автор24

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это асинхронный электрический двигатель, ротор которого выполнен с короткозамкнутой обмоткой в виде беличьей клетки.

В каждом электрическом двигателе есть два основных элемента:

• Ротор
• Статор

Статор и рот заключены в защитный кожух. Чтобы охлаждать проводники обмотки на валу устанавливается вентилятор. Данный принцип положен в основу строения всех типов двигателей. Конструкция статора асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором ничем не отличается от строения статора других видов двигателей. Пример схемы конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — подшипник; 2 — вал; 3 — подшипниковый щит; 4 — коробка выводов; 5 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой; 6 — сердечник статора с обмоткой; 7 — корпус; 8 — кожух вентилятора; 9 — подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — подшипник; 12 — обмотка статора; 13 — паспортная табличка; 14 — лапы; 15 — болт заземления; А — литая обмотка; Б — сварная обмотка; В — короткозамкнутая обмотка ротора без сердечника.

Конструкция обмотки ротора похожа на беличью клетку. Данная клетка состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности могут быть использованы в качестве обмотки медные стержни. Стержни располагаются поверх сердечников ротора, которые изготавливаются из трансформаторной стали. При производстве роторов сердечники монтируют на валу, а проводники заливают в пазы магнитопровода. При такой конструкции необходимость в изоляции пазов сердечника отпадает. На рисунке ниже представлен пример схемы ротора с короткозамкнутой обмоткой.

Готовые работы на аналогичную тему

Рисунок 2. Схема ротора с короткозамкнутой обмоткой. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Магнитопроводы таких роторов не нуждаются в лаковой изоляции поверхностей, они относительно просты в изготовлении, что способствует снижению себестоимости всего двигателя. Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между ними устанавливается расстояние — воздушные зазоры, размер которых может составлять от 0,2 до 0,5 миллиметров. Для того, чтобы улучшить пусковые характеристики электродвигателя с короткозамкнутым контуром используются роторы со специальной формой пазов — глубокопазные роторы. Данное решение позволяет использовать эффект вытеснения тока, способствующий увеличению активного сопротивления обмотки ротора при больших скольжениях.

В зависимости от числа используемых фаз асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором делятся на однофазные, двухфазные и трехфазные. Двигатели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью при функционировании при нормальной нагрузке. У двухфазных двигателей имеются две перпендикулярно расположенные обмотки статора и на каждую из них поступает переменный ток. В однофазных двигателях используется только одна рабочая обмотка.

Функционирование асинхронного двигателя происходит на основе свойств трехфазного тока, который способен создавать вращающееся магнитное поле в обмотках статора. В асинхронных двигателях короткозамкнутого ротора синхронная частота вращения электромагнитного поля связана пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Основные характеристики, недостатки и преимущества асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Подключение двигателя

К основным характеристикам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором относятся: мощность, величина тока при максимальном напряжении, коэффициент полезного действия, частота вращения вала.

К преимуществам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором относятся:

1. Относительно низкая стоимость, по сравнению с моделями на основе фазных роторов.
2. Стабильность при функционировании в условиях нормальной нагрузки.
3. Высокий коэффициент полезного действия.
4. Высокая степень надежности.
5. Низкие эксплуатационные затраты.
6. Долговечность.

Недостатками асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются низкий коэффициент скольжения, высокие пусковые токи, чувствительность к перепадам напряжения, необходимость в коммутационных устройствах управления и т.п.

Статорные обмотки трехфазных асинхронных двигателей могут быть подключены по схеме либо треугольника, либо звезды. Электрический двигатель, который подключается к одной и той же сети разными способами, потребляет разную мощность. Именно поэтому нельзя подключить двигатель, рассчитанный на схему звезда, треугольником, так как в этом случае значительно снизится пусковой момент.

Пусковой момент – это механический вращающий момент, который развивает электрический двигатель на валу во время пуска.

Для того, чтобы уменьшить пусковые токи можно коммутировать контакты звезды в треугольник, однако, это также поспособствует снижению пускового момента. Для того, чтобы подключить трехфазный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором к однофазному току используются такие фазосдвигающие элементы, как резисторы и конденсаторы. При этом можно использовать как схему подключения звездой, так и треугольником. Для того, чтобы управлять работой двигателя, в электрическую сеть статора подключаются дополнительные устройства.

Схема пуска асинхронного двигателя. Управление асинхронным двигателем. Нереверсивый и реверсивный магнитный пускатель.

Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.

Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя

Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.

Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF. Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:

• от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
• от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
• нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).

Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.

Двигатель с фазным ротором

Ротор фазного типа принципиально не отличается обмoткой от статора. Это трехфазная обмотка, концы которой соединены по схеме «звезда». Свободные концы обмоток подключены к токоприемным кольцам. Кольца контактируют с проводником посредством щеток и поэтому есть возможность установить в схему подключения дополнительный ограничивающий резистор.

Резистор, как устройство плавного пуска, служит для того, чтобы была возможность уменьшать значения пускового тока, который может достигать довольно крупных значений.

Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.

Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.

Короткозамкнутый ротор и его особенности

Короткoзамкнутый ротор представляет собой наборной сердечник из специальной листовой стали. Сердечник имеет каналы, которые не изолируют обмотки друг от друга, а наоборот — они залиты расплавленным легкоплавким легким металлом, а он образует прутки, которые в торцах фиксируются на кольцах.

Металл, из которого выполняют эти прутки и которым заливают пространства между сердечниками, зависит от требуемых характеристик двигателя и это может быть как медь, так и алюминий.

Реверсивный пуск асинхронного двигателя

Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Данная схема дает возможность производить запуск электродвигателя и изменять направленность его вращения. Для запуска необходимо включить автомат QF и нажать SB1 «Пуск», в результате чего ток поступает на магнитный пускатель КМ1, который запитывает статор. АД реверсируется последовательным нажатием кнопок «Стоп» SB3 (КМ1 выключается и двигатель останавливается) и «Реверс» SB2 (срабатывает КМ2 и асинхронный двигатель запускается в реверсивном направлении).

В данной схеме нажатием кнопки реверса меняется чередование фаз питающего напряжения на статоре двигателя, что будет вызывать смену направленности его вращения (реверсом). При помощи нормально замкнутых контактов КМ1 и КМ2 выполнена защита от ошибочного включения сразу двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Также действуют защиты, аналогичные описанным ранее. Отключить электродвигатель можно кнопкой SB3 и автоматом QF.

Преимущества АС двигателя

Главной особенностью характеристик этого двигателя и самым ценные их проявлением, считают тот факт, что нагрузка на двигатель практически никак не зависит от частоты вращения вала. Магнитные поля и электродвижущую силу изучают уже лет двести, а наш асинхронный двигатель стал лучшим подтверждением тому, это один из самых эффективных методов трансформации энергии.

Принцип работы этого мотора как раз основан на взаимодействии подвижного магнитного поля и токопроводящего элемента, распложенного внутри этого поля. Двигатель, как известно еще со школьной скамьи, состоит из двух базовых узлов — рoтора и статора. Статoр как раз генерирует вращающееся магнитное поле. Конструктивно, статoр представляет собой металлический сердечник, на него намотана обмотка из медной проволоки с термолаковой изоляцией.

Внутри статора, внутри его магнитного поля, поместили ротор, который представляет собой вал с сердечником и обмоткой. На рисунке ниже изображена схема устройства асинхронного мотора. По схеме понятно, что статор состоит из наборных пластин и нескольких обмоток, которые намотаны на пластинчатый сердечник. Эти обмотки могут подсоединяться по разным схемам, в зависимости от типа напряжения. Каждая их обмоток сдвинута друг отнoсительно друга на 120 градусов. А ротор такого двигателя может быть принципиально двух типов.

Как работает магнитное поле

Работает двигатель на основе процесса получения механической работы в результате воздействия на проводник движущегося магнитного поля. На обмотку статора подают напряжение, причем каждая фаза образует свой магнитный поток. Частота магнитного потока напрямую зависит от частоты подаваемого тока на концы обмотки.

За счет того, что обмотки сдвинуты на 120 градусов, сдвигаются и магнитные поля, причем сдвигаются они как в пространстве, так и во времени. Суммарный магнитный поток и будет вращать ротор двигателя. Это происходит потому, что вращающийся поток суммы частот каждой из обмоток, образуют в роторе электродвижущую силу. Поскольку ротор — короткозамкнутый, то он имеет свою собственную электрическую цепь, которая взаимодействуя с магнитным полем статора, образует крутящий момент, направленный в сторону движения магнитного потока статора.

Следовательно, принцип работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, объясняется вращением магнитного суммарного потока статора и его взаимодействия с возникшим в результате подачи тока, магнитным полем ротора.

Все электрические двигатели содержат две главные части, взаимодействующие друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, и ротор отвечает на него своим вращением. Все электродвигатели классифицируются на основе того или иного принципа, обеспечивающего взаимодействие главных частей. Например, в движке статор подобно первичной обмотке трансформатора индуцирует во вторичной обмотке — роторе — электромагнитные процессы. Значит это — асинхронный электродвигатель.

Разновидности простейших движков-трансформаторов

Движки переменного тока могут быть синхронными. Схема получается проще, а мотор дешевле. Хотя все асинхронные двигатели содержат статор, аналогичный синхронной машине, конструкция ротора определяет их существенное отличие от них. Его не нужно намагничивать тем или иным способом, как это делается в синхронном движке. Несмотря на отличия моделей асинхронных машин, конструкция их ротора — это эквивалент короткозамкнутой вторичной обмотки.

Самый простой вариант — короткозамкнутый ротор. Его можно просто отлить из ферромагнитного материала и обработать надлежащим образом. Сплавы на основе железа проводят электрический ток и взаимодействуют с магнитным полем. Цельнометаллическая конструкция обладает следующими преимуществами:

• наиболее проста в изготовлении и по этой причине обладает минимальной себестоимостью;
• лучше всего переносит усилия, возникающие при работе двигателя;
• хорошо разгоняется из-за эффективного взаимодействия магнитных полей.

Читать также: Как подключить электроплиту индезит

Как преодолеваются недостатки болванки

Однако вполне очевидно то, что такой короткозамкнутый ротор будет не лучшим проводником для токов, индуцируемых статором. Сплавы железа проводят электроток заметно хуже алюминия или меди. Кроме этого ведь неспроста магнитопроводы трансформаторов изготавливают из стальных пластин, а не из цилиндрических болванок. Вихревые токи нагревают литой металл и уменьшают общую эффективность электроустановки. Поэтому недостатки массивности конструкции из железного сплава конструктивно учитывает наиболее эффективный двигатель с короткозамкнутым ротором.

В таком электродвигателе используются алюминиевые или медные детали. Функции применительно к созданию магнитного поля и проводимости тока конструктивно разделяются. Для получения переменного магнитного поля с малыми потерями по аналогии с трансформаторами применяются тонкие изолированные пластины. Каждая из них содержит выемки и по форме эквивалентна поперечному сечению ротора. Ее материалом является трансформаторная сталь.

Как получается беличье колесо (клетка)

После того как пластины собраны, получается цилиндр с канавками. Они образованы выемками, в которые укладываются стержни из алюминия или меди. На торцы цилиндра надеваются пластины или кольца из такого же металла, что и стержни, концы которых крепятся к ним. Каждая пара диаметрально противоположных стержней, таким образом, создает короткозамкнутый виток. Его сопротивление индуцируемому току гораздо меньше, чем у железного сплава. Стержни с пластинами выглядят, как беличья клетка.

Поэтому двигатель с короткозамкнутым ротором такой конструкции имеет меньше потерь и по этой причине широко распространен. Но сходство этого электромотора асинхронного электродвигателя короткозамкнутым ротором своим похожего на обычный нагруженный силовой трансформатор ограничено к применению в некоторых электросетях. Не каждая из них может выдержать большой пусковой ток. Если асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором будут стартовать одновременно, величина тока будет велика и сравнима с коротким замыканием.

В начале их пуска происходит процесс, аналогичный включению трансформатора с вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. В этом начальном положении магнитное поле почти неподвижно, и в этой связи так называемое скольжение получается самым большим. Неподвижный короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя создает при пуске наиболее мощное электромагнитное поле. Ведь он собран из листовой стали, отличающейся минимальными вихревыми потерями, а беличье колесо характеризуется минимальным электрическим сопротивлением.

Подключение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором к сети.

Обычно выводы всех фаз обмотки статора двигателя расположены в коробке зажимов. Схема присоединения обмоток к зажимам колодки показана на рис. 2а., включение обмоток по схеме «звезда» и соединение выводов зажимов — рис. 2б., включение обмоток по схеме «треугольник» и соединение выводов зажимов рис. 2в.

Пуск двигателя в ход. При прямом включении обмоток статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в сеть наблюдается большой скачок тока, в 6-8 раз превышающий его номинальный ток. Это вызывает заметную перегрузку в электрической сети, от которой осуществляется питание двигателя и других близлежащих потребителей.

Для ограничения пускового тока при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором применяют 3 способа:

1 способ — переключение обмотки статора со схемы звезда на схему треугольник. Этот способ применим для двигателей, у которых обмотка статора при нормальной работе соединена треугольником. В момент пуска обмотка статора посредством переключающего устройства соединяется по схеме звезда, а после запуска — по схеме треугольник. При этом линейный пусковой ток двигателя уменьшается в √3 раза.

2 способ — пуск посредством автотрансформатора, позволяющий понижать подводимое к двигателю напряжение во время пуска, вследствие чего уменьшается пусковой ток.

3 способ – применение специальных электронных устройств – устройств плавного пуска и частотных преобразователей.

Недостаток первых двух методов — уменьшение пускового напряжения и, как следствие, пускового момента.

Реверсирование двигателя.

Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора. Это достигается переключением двух фаз (двух любых подводящих электрическую энергию проводов на зажимах двигателя).

Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимость скорости вращения n₂, коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности cosφ, скольжения s, вращающего момента M и тока в цепи статора I₁ от нагрузки (полезной мощности) на валу двигателя P₂ при постоянном номинальном напряжении и неизменной частоте сети (рис. 3.).

Основной характеристикой двигателя является зависимость частоты вращения ротора от момента сопротивления на валу (от нагрузки), т.е. механическая характеристика. Рабочими характеристиками двигателя являются зависимости:

М = f₁(Р₂); I₁ = f₂(Р₂); Соs₁ = f₃(Р₂);

 = f₄(Р₂); n₂=f₅(Р₂); (4)

При построении рабочих характеристик используются соотношения:

Р₂ = 0,104 * М * n₂;  = Р₂/Р₁ * 100 % ; cos ₁ = P₁/( 3 * U₁ * I₁); (5)

где: Р₂ — полезная механическая мощность на валу;

Р₁ — мощность, потребляемая из сети;

I₁ — линейный ток, потребляемый двигателем из сети;

М — момент на валу;

Сos₁ — коэффициент мощности двигателя;

 — КПД двигателя;

U₁ — линейное напряжение сети.

У асинхронного двигателя, как и у большинства машин, коэффициент полезного действия (КПД) с ростом нагрузки возрастает η=ƒ(Р₂), ввиду уменьшения доли электрических и магнитных потерь по отношению к развиваемой мощности двигателя. Однако, при достижении нагрузки 75% от номинальной, заметно возрастают и электрические потери (в обмотках статора и ротора), пропорциональные квадрату тока потребляемого двигателем, что ведет в дальнейшем с увеличением нагрузки к некоторому уменьшению КПД.

Коэффициент мощности cosφ зависит от соотношения между активной мощностью Р₁, потребляемой двигателем, и полной мощностью S, складывающейся из активной Р₁ и реактивной Q составляющих:

cosφ = (6)

При увеличении нагрузки растет величина активной мощности Р₁, что приводит к росту cosφ, достигающего максимального значения (0,7-0,9) при номинальной нагрузке на двигатель. В дальнейшем возможно уменьшение cosφ, в связи с увеличением реактивной мощности, связанной с усилением потоков рассеяния.

Механическая характеристика и саморегулирование двигателя.

График, связывающий между собой механические величины — скорость и вращающий момент, называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 4.) n=ƒ(M). Саморегулирование асинхронного двигателя заключается в следующем. Пусть двигатель работает устойчиво в каком-то режиме, развивая скорость n₁ и вращающий момент М₁. При равномерном вращении этот момент равен тормозному моменту М_т1, т.е.

М₁=М_т1, n₁= const.

Увеличение тормозного момента до М_т2, вызовет уменьшение оборотов машины, так как тормозной момент станет больше вращающего момента.

С уменьшением оборотов увеличивается скольжение, что в свою очередь вызывает возрастание ЭДС и тока в роторе. Благодаря этому увеличивается вращающий момент двигателя.

Этот процесс заканчивается тогда, когда вращающий момент М₂, развиваемый двигателем, станет равным М_т2. При этом, устанавливается скорость вращения меньшая, чем n₁. Свойство автоматического установления равновесия между тормозным и вращающим моментами называется саморегулированием.

Момент сопротивления (тормозящий момент) на валу двигателя создается генератором постоянного тока (ГПТ).

При питании ОВ генератора от постоянного источника возникает ток возбуждения I_В, создающий основное магнитное поле машины Ф.

Чаще всего используют два способа включения ОВ — к независимому источнику питания (независимое возбуждение) и параллельно цепи якоря генератора (параллельное возбуждение).

Вал якоря ГПТ, будучи соединенным с валом асинхронного двигателя, приводится им во вращение, в результате чего индуцируется в обмотках якоря ЭДС Е, а на выходе генератора появляется напряжение U, питающее нагрузку генератора, ток цепи якоря I_я взаимодействует с магнитным полем возбуждения Ф и создает тормозящий момент М:

М = С_М * Ф * I_Я (7)

где: С_М — конструктивный коэффициент машины.

Величина тормозящего момента зависит от величины нагрузки генератора и, следовательно, от I_Я и от тока возбуждения I_В, создающего магнитный поток Ф.

Основные характеристики генератора:

а) характеристика холостого хода: Е = f₆(I_В);

б) внешняя характеристика: U = f₇(I);

где: I — ток в нагрузке генератора.

Несколько способов пуска асинхронного двигателя

1. Прямой пуск
2. Пуск с понижением напряжения
3. Соединение ротора с реостатом во время включения
4. Запуск в ход однофазного мотора
5. Применение сопротивления при пуске
6. Использование конденсатора

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.

• 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.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

• Справочник электрика
  • Бытовые электроприборы
  • Библиотека электрика
  • Инструмент электрика
  • Квалификационные характеристики
  • Книги электрика
  • Полезные советы электрику
  • Электричество для чайников
• Справочник электромонтажника
  • КИП и А
  • Полезная информация
  • Полезные советы
  • Пусконаладочные работы
• Основы электротехники
  • Провода и кабели
  • Программа профессионального обучения
  • Ремонт в доме
  • Экономия электроэнергии
  • Учёт электроэнергии
  • Электрика на производстве
• Ремонт электрооборудования
  • Трансформаторы и электрические машины
  • Уроки электротехники
  • Электрические аппараты
  • Эксплуатация электрооборудования
• Электромонтажные работы
  • Электрические схемы
  • Электрические измерения
  • Электрическое освещение
  • Электробезопасность
  • Электроснабжение
  • Электротехнические материалы
  • Электротехнические устройства
  • Электротехнологические установки

Управление асинхронными короткозамкнутыми двигателями

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей малой и средней мощности делается почаще всего методом конкретного включения статора мотора в сеть.

Более нередко используемая схема управления двигателем приведена на рис. 1. Защита силовой цепи осуществляется плавкими предохранителями П и 2-мя термическими реле 1РТ и 2РТ. Плавкие предохранители П защищают силовую цепь от маленьких замыканий, а термические реле 1РТ и 2РТ защищают двигатель от перегрузок, превышающих номинальную нагрузку на 10—20%.

Рис. 1 Схема управления асинхронным короткозамкнутым движком

Включение и отключение двигателя производится линейным контактором Л, н/о силовые контакты которого находятся в силовой цепи мотора. Управление двигателем производятся дистанционно от кнопочной станции, состоящей из 2-ух кнопок — Запуск и Стоп.

Линейный контактор Л и термические реле 1РТ и 2РТ представляют собой один аппарат — магнитный пускатель. При нажатии кнопки Запуск катушка контактора Л получает питание и притягивает якорь с укрепленными на нем подвижными контактами. При помощи силовых контактов движок врубается в сеть, а блокировочный н/о. контакт Л шунтирует кнопку Запуск, что позволяет отпустить эту кнопку, не прерывая питания катушки Л.

Остановка мотора осуществляется кнопкой Стоп, а в случае перегрузки двигателя — размыканием контактов термических реле 1РТ и 2РТ.

Магнитный пускатель производит также так именуемую «нулевую защиту». При понижении напряжения на катушке Л до величины 0,8 U/ном. якорь контактора отпустится, и движок отключится.

Если по условиям технологического процесса нужно изменять направление вращения производственного механизма, то управление движком осуществляется с помощью реверсивного магнитного пускателя, состоящего из 2-ух контакторов: В — «вперед» и Н — «назад», которые управляются надлежащими клавишами — Вп, Нз и Стоп (рис. 2).

Рис. 2 Схема управления асинхронным короткозамкнутым движком для 2-ух направлений вращения

Защита силовых цепей подобна схеме, приведенной на рис. 1. Для предотвращения одновременного включения контактов В и Н (что может привести к короткому замыканию в силовой цепи) в схеме предусмотрены две блокировки. Одна из них выполнена н/з. контактами Н и В в цепях катушек контакторов и исключает возможность одновременного включения контакторов Н и В. 2-ая блокировка, выполненная контактами кнопок управления, предугадывает размыкание цепи отключаемого контактора, до того как произойдет замыкание цепи включаемого.

На рис. 3 представлена схема управления асинхронным короткозамкнутым движком с активным сопротивлением в статорной цепи. Эта схема применяется для ограничения колебаний напряжения в маломощных электронных сетях при значимых пусковых токах.

Рис. 3 Схема управления асинхронным короткозамкнутым движком с активным сопротивлением в статорной цепи

При нажатии на кнопку Запуск контактор У включает статор двигателя в сеть через ограничивающее сопротивление. Сразу приходит в действие пристроенное к контактору маятниковое реле РУ. Это реле включит контактор Л спустя то время, которое необходимо для разбега мотора до номинальной скорости.

Контактор Л сработает и своими главными контактами зашунтирует ограничивающее сопротивление.

Во всех вышеприведенных схемах торможение привода происходит за счет сил трения. Приведем некоторые схемы, предусматривающие электрическое торможение.

Рис. 4 Схема управления асинхронным короткозамкнутым движком с динамическим торможением

Схема с динамическим торможением представлена на рис.4. При нажатии кнопки Запуск включается катушка контактора Л, который своими главными контактами подключает статор мотора к сети переменного тока. Блок-контакт контактора Л включает катушку реле времени РВ в сеть неизменного тока, и реле РВ, срабатывая, замыкает собственный н/о. контакт в цепи катушки контактора торможения Т. На этом завершается операция запуска.

При нажатии на кнопку Стоп размыкается цепь катушки контактора Л, контакты которого отключают движок от переменного тока. Нормально-закрытый блок-контакт контактора Л подготавливает цепь для включения контактора Т, а н/о. блок-контакт Л размыкает цепь катушки реле времени РВ.

Сразу через замкнутый контакт реле времени РВ и н/з. блок-контакт Л получит питание катушка контактора Т, которая встанет на самоблокировку с помощью н/о. блок-контакта Т и таким макаром подключит статор мотора к сети неизменного тока. Движок при всем этом работает а режиме динамического торможения.

Реле времени РВ настроено так, чтоб его выдержка времени была несколько больше времени торможения электродвигателя, потому реле своими контактами разомкнет цепь контактора Т после того, как произойдет остановка двигателя.