Схема реверсивного пуска асинхронного двигателя

Схема реверсивного пуска двигателя

В современной промышленности и в сельскохозяйственной сфере самое широкое применение нашли трехфазные асинхронные электрические двигатели. Они используются в различных станках, в качестве электропривода, в транспортерах, подъемных механизмах, насосах и вентиляторах. Такие же двигатели, имеющие небольшую мощность, часто применяются для автоматических устройств.

Особенности асинхронных двигателей

Многие несомненные достоинства сделали трехфазные асинхронные двигатели чрезвычайно популярными. Их отличает высокая надежность, они очень просты в эксплуатации и техническом обслуживании, могут работать в прямом подключении к сетям переменного тока.

Очень часто во время рабочих процессов возникает такая ситуация, когда необходимо обязательно изменить направление вращения вала на противоположное. Именно для таких случаев используется схема реверсивного пуска двигателя, совместно с которой применяются дополнительные электрические приборы. Без этих дополнительных устройств, невозможна нормальная реверсивная работа электродвигателя. Для этой схемы используются контакторы в количестве двух единиц, вводное автоматическое устройство, имеющее необходимые параметры, одно тепловое реле и три кнопки управления, входящие в кнопочный пост .

Реверсивный пуск двигателя

Для того, чтобы изменить направление вращения вала на противоположное, в обязательном порядке должно быть изменено расположение фаз напряжения, которое подается при питании асинхронного двигателя. Именно для этого и применяется схема реверсивного пуска двигателя, позволяющая полностью выполнить эту функцию.

Кроме того, необходимо осуществлять постоянный контроль над значением напряжения, подводимого к двигателю, а также за напряжением, поступающим к катушкам контакторов. Именно контакторы непосредственно участвуют в организации реверсивного движения вала. При срабатывании первого контактора, фазы будут располагаться совершенно иначе, нежели при включении второго контактора.

Управление реверсивным пуском

Управление катушками обоих контакторов осуществляется тремя кнопками с наименованиями «стоп», «вперед» и «назад». Эти кнопки позволяют связать расположение фаз с питанием контакторных катушек. В зависимости от очередности включения, контакторы производят замыкание электрической цепи таким образом, что вращение вала будет происходить в ту или иную сторону. Кнопка «назад» может не удерживаться, поскольку катушка сама принимает нужное положение благодаря функции самоподхвата.

На всех трех кнопках имеется блокировка, которая исключает возможность их одновременного нажатия. В такой ситуации велика вероятность выхода из строя электрической части оборудования. Поэтому, для блокировки кнопок используется специальный блок-контакт, расположенный внутри соответствующего контактора.

Электротехническая промышленность — ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках, поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.

Принцип действия асинхронного двигателя основан на создании вращающегося магнитного поля при питании обмотки статора трехфазным током. Если скорость ротора меньше скорости вращения магнитного поля, то силовые линии вращающегося магнитного поля будут пересекать проводники обмотки ротора и индуктировать в них ЭДС. Поскольку обмотка ротора замкнута, то в проводниках будут протекать токи. На проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент, который увлекает ротор за вращающимся магнитным полем. Но этот момент возникает только тогда, когда скорость ротора не равна скорости вращения поля, т. е. синхронной скорости. Поэтому машина называется асинхронной, что означает «несинхронная».

Управление асинхронными двигателями

Принцип работы схемы управления асинхронным двигателем с к.з. ротором с одного места включения

Схему можно условно разделить на силовую — это то что находится слева, и на схему управления — это то что находиться справа. Для начала на всю электрическую цепь нужно подать напряжение путём включения автомата QF. И напряжение подаются на неподвижные контакты пускателя и на цепь управления. Далее нажимаем кнопку пуска SB2, при этом действии напряжение подается на катушку пускателя и он втягивается и подаётся также напряжение на обмотки статора и электродвигатель начинает вращаться. Одновременно с силовыми контактами на пускателе замыкаются и блок-контакты КМ через которые подаётся напряжение на катушку пускателя и кнопку SB2 можно отпустить. На этом запуска уже окончен.

Рис.1 Схема управления асинхронным двигателем с к.з. ротором

Для того чтобы прекратить работу электродвигателя нужно нажать на кнопку SB1. Этим действием мы разрываем цепь управления и прекращается подача напряжения на катушку пускателя, и силовые контакты размыкаются и как следствие пропадает напряжение на обмотках статора, и он останавливается.

Принцип работы схемы реверсивного управления асинхронным двигателем с к.з. ротором с выдержкой времени

Реверсирование двигателя выполняется двумя контакторами и трёхкнопочной станцией, следующим образом. При срабатывании контактора КМ1 к обмоткам двигателя подаётся напряжение сети с прямым порядком чередования фаз (А-В-С). Если сработает контактор КМ2, то порядок чередование фаз обратный(С-В-А).

Рис.2 Схема реверсивного управления асинхронным двигателем с к.з. ротором с выдержкой времени

Дистанционный пуск и остановку выполняют реверсивным электромагнитным пускателем (КМ), снабженным электротепловым реле (КК) для защиты его от перегрузок. Управление электродвигателем осуществляется кнопками«ВПЕРЁД», «НАЗАД»,«СТОП».

Пуск электродвигателя вперёд осуществляется следующим образом. При нажатии SBC1.1(кнопка «ВПЕРЁД»с замыкающим контактом) образуется замкнутая электрическая цепь: фаза А-размыкающий контакт SBT(кнопка «СТОП») размыкающий контакт SBC2.2(кнопка«НАЗАД»), замыкающий контакт SBC1.1, катушка электромагнитного пускателя КМ1, размыкающий контакт электротеплового реле КК-фаза В.

В электромагните КМ1 создаётся магнитное поле. Якорь, притягиваясь к сердечнику, увлекает траверсу, на которой закреплены подвижные главные и блокировочные контакты. Силовые контакты КМ1 замыкают цепь главного тока, обеспечивая запуск двигателя вперёд, а блокировочный замыкающий контакт КМ 1.1 шунтирует кнопку «ВПЕРЁД», так как она с пружинным самовозвратом и замкнута лишь на нажатии.

Пуск электродвигателя назад осуществляется следующим образом. При нажатии SBC2.1 (кнопка «НАЗАД» с замыкающим контактом) образуется замкнутая электрическая цепь: фаза А-размыкающий контакт SBT (кнопка «СТОП» ), размыкающий контакт SBC 1.2(кнопка «ВПЕРЁД»), замыкающий контакт SBC 2.1 размыкающий блокировочный контакт магнитного пускателя KM 2.2, катушка реле времени KT, нулевой провод сети N, при этом замкнётся контакт реле времени KT 1.1 через определённый промежуток времени, который выставляется на шкале реле, при помощи указателя неподвижных контактов замкнётся подвижный контакт с самовозвратом КТ1.2, катушка электромагнитного пускателя КМ2, размыкающий контакт электротеплового реле КК-фаза В. Т.о. сработает контактор КМ2, в силовой цепи замкнутся главные контакты КМ2.1 шунтирует кнопку «НАЗАД»(контакт SBC2.1 и контакт с выдержкой времени КТ1.2).

Для остановки электродвигателя следует нажать кнопку SBTс размыкающим контактом («СТОП»). При этом обесточивается катушка КМ, главные контакты электромагнитного пускателя разомкнутся и отключается электродвигатель.

Защита электродвигателя от перегрузок осуществляется тепловым реле КК, которое работает нижеописанным способом. При превышении заданного значения электрического тока в цепи питания электродвигателя сработает тепловое реле КК и своим размыкающим контактом разомкнёт цепь питания катушки электромагнитного пускателя, что в свою очередь приведёт к размыканию его главных контактов и электродвигатель отключается.

асинхронный двигатель ротор реверсный

Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором

Рис. 3. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Используя схему асинхронного двигателя (рис. ) рассмотрим запуск в две ступени который проводится с использованием релейно-контакторной аппаратуры. Одновременно напряжение подается как на силовые цепи, так и на управляющие — замыкается выключатель QF. При подаче напряжения реле времени (обозначены КТ1 и КТ2) в цепи управления срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия кнопки запуска (SB1) срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с резисторами, которые введены в цепь ротора — в этот момент на контакторах КМ1 и КМ2 питания нет. При подключении контактора КМЗ, из-за потери питания, в цепи контактора КМ1 реле КТ1 замыкает контакт через интервал времени, заданный задержкой времени в реле КТ1. По истечению времени (двигатель разгоняется, ток ротора начинает падать) происходит включение контактора КМ1 — происходит шунтирование первой пусковой ступени резисторов. Ток снова возрастает. но по мере разгона его значение начинает уменьшаться. Одновременно с этим в цепи происходит размыкание реле КТ2, оно теряет питание и с выставленной выдержкой происходит замыкание контакта в цепи контактора КМ2. Происходит шунтирование второй ступени резисторов, включенных в цепь ротора. Двигатель работает в штатном режиме.

Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с помощью нереверсивного и реверсивного магнитных пускателей.

Опубликовано 11.07.2013 | Автор: admin

Управление асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором можно производить с помощью магнитных пускателей или контакторов. При применении двигателей малой мощности, не требующих ограничения пусковых токов, пуск осуществляется включением их на полное напряжение сети. Простейшая схема управления двигателем представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с нереверсивным магнитным пускателем
Для пуска включается автоматический выключатель QF и тем самым подается напряжение на силовую цепь схемы и цепь управления. При нажатии кнопки SB1 «Пуск» замыкается цепь питания катушки контактора КМ, вследствие чего его главные контакты в силовой цепи также замыкаются, присоединяя ста­тор электродвигателя М к питающей сети. Одновременно в цепи управления замыкается блокировочный контакт КМ, что создает цепь питания катушки КМ (независимо от положения контакта кнопки). Отключение электродвигателя осуществляется нажатием кнопки SB2 «Стоп». При этом разрывается цепь питания контактора КМ, что приводит к размыканию всех его контактов, двигатель отключается от сети, после чего необходимо отключить автоматический выключатель QF.
В схеме предусмотрены следующие виды защит:

• от коротких замыканий — с помощью автоматического выключателя QF и предохранителей FU;
• от перегрузок электродвигателя — с помощью тепловых реле КК (размыкающие контакты этих реле при перегрузках размыкают цепь питания контактора КМ, тем самым отключая двигатель от сети);
• нулевая защита — с помощью контактора КМ (при снижении или исчезновении напряжения контактор КМ теряет питание, размыкая свои контакты, и двигатель отключается от сети).
Для включения двигателя необходимо вновь нажать кнопку SB1 «Пуск». Если прямой пуск двигателя невозможен и необходимо ограничить пусковой ток асинхронного короткозамкнутого двигателя, применяют пуск на пониженное напряжение. Для этого в цепь статора включают активное сопротивление или реактор либо применяют пуск через автотрансформатор.

Рис. 2 Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с реверсивным магнитным пускателем
На рис. 2 приведена схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с реверсивным магнитным пускателем. Схема позволяет осуществлять прямой пуск асинхронного короткозамкнутого двигателя, а также изменять направление вращения двигателя, т.е. производить реверс. Пуск двигателя осуществляется включением автоматического выключателя QF и нажатием кнопки SB1, вследствие чего контактор КМ1 получает питание, замыкает свои силовые контакты и статор двигателя подключается к сети. Для реверса двигателя необходимо нажать кнопку SB3. Это приведет к отключению контактора КМ1, после чего нажимается кнопка SB2 и включается контактор КМ2.
Таким образом, двигатель подключается к сети с изменением порядка чередования фаз, что приводит к изменению направления его вращения. В схеме применена блокировка от возможно­го ошибочного одновременного включения контакторов КМ2 и КМ1 с помощью размыкающих контактов КМ2, КМ1. Отклю­чение двигателя от сети осуществляется кнопкой SB2 и автома­тическим выключателем QF. В схеме предусмотрены все виды защит электродвигателя, рассмотренные в схеме управления асинхронным двигателем с нереверсивным магнитным пускателем.
?

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.