Асинхронный двигатель с фазным ротором пусковые характеристики

Общие сведения

Устройство пусковое роторное серии УПРФ (аналог КПУФ) предназначено для пуска асинхронных электродвигателей с фазным ротором, с током ротора от 250 до 2500 А и напряжением ротора до 1500 В. Устройство обеспечивает оптимальный (щадящий) пуск двигателей с фазным ротором. Переключение ступеней пускового резистора обеспечивается тиристорным коммутатором в функции времени.

Структура условного обозначения

УПРФ-Х УХЛ4: УПРФ — устройство пусковое роторное для электродвигателей с фазным ротором;
Х — типовой ток пускового устройства, А (250; 630; 1600;2500);
УХЛ4 — климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Условия эксплуатации

Высота над уровнем моря не более 1000 м.
Температура окружающей среды от 1 до 40°С.
Относительная влажность воздуха не более 80% при температуре 25°С.
Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию, при отсутствии непосредственного воздействия солнечной радиации. Содержание нетокопроводящей пыли в помещении не более 2 мг/м 3 .
Группа механического исполнения М3 по ГОСТ 17516.1-90.
Рабочее положение в пространстве вертикальное, допускается отклонение от рабочего положения не более 5° в любую сторону.
Степень защиты шкафа IР20 по ГОСТ 14254-96.
Охлаждение воздушное естественное.
Требования техники безопасности по ГОСТ 12.2.007.11-75 и ГОСТ 12.2.007.7-83.
Устройства соответствуют требованиям ОТЛ. 539.002 ТУ. ОТЛ.539.002 ТУ

Технические характеристики

Питание цепей управления, автоматики и катушки контактора осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц. В отдельных случаях, оговоренных в документации, питание катушки контактора выполняется однофазным напряжением 380 В переменного тока.
Основные технические параметры приведены в таблице.
Число ступеней пускового резистора NR=4-7 (в зависимости от требований заказчика к плавности разгона). Число ступеней разгона — NR+1. Время включения каждой ступени может быть установлено с точностью 0,1 с в диапазоне от 0,1 до 99,9 с.
Примечание. Тип, количество, величина сопротивлений резисторов, время включения каждой ступени подбираются по условиям достижения оптимального режима пуска двигателя с конкретным приводным механизмом.
Гарантийный срок — 2 года со дня ввода устройств в эксплуатацию, но не более 3 лет со дня отгрузки потребителю при условии соблюдения потребителем условий эксплуатации, транспортирования и хранения.

Конструкция и принцип действия

Пусковые устройства с четырьмя ступенями пускового резистора размещены в одном шкафу (рис. 1), устройства с 5-7 ступенями — в двух шкафах. В первом шкафу размещены схема управления, релейная панель, диодный мост, тиристорный коммутатор, автоматический выключатель и контактор, во втором шкафу — пусковой резистор. Исполнение шкафов с двухсторонним обслуживанием. Габаритные и установочные размеры второго шкафа зависят от количества пусковых резисторов.

Габаритные и установочные размеры пусковых устройств серии УПРФ с четырьмя ступенями пускового резистора Масса не более 380 кг
Функциональная схема пусковых устройств с четырьмя ступенями пускового резистора приведена на рис. 2.

Функциональная схема пусковых устройств серии УПРФ с четырьмя ступенями пускового резистора

Силовая схема устройств содержит мостовой диодный выпрямитель VD6-VD11, который подключается к выводам контактных колец электродвигателя. Выпрямитель нагружен на пусковой резистор, разделенный на секции R1-R4, подключенные через тиристоры VS1-VS3 к общей минусовой шине выпрямителя. По мере разгона электродвигателя тиристоры включаются поочередно, шунтируя секции пускового резистора. Включение тиристоров происходит последовательно через заранее установленные промежутки времени, которые задаются уставками реле времени (РВ). Ток в общей цепи пусковых резисторов и токи в цепях тиристоров контролируются датчиками герконовыми токовыми реле К9-К12. Включение реле времени производится по команде от первого датчика тока К9. Выходные цепи всех датчиков тока и блок-контакты шунтирующего контактора КМ18 подключены к блоку сигнализации (БС), который указывает номер включенной ступени пускового резистора и сигнализирует о конце пускового режима. Ток в управляющие цепи тиристоров поступает из формирователя тока управления (ФТУ), содержащего накопительные конденсаторы и разрядные оптронные тиристоры. В конце пуска производится шунтирование роторной обмотки контактами контактора КМ18. При включении контактора отключаются реле времени и ФТУ. Отключение контактора производится при отключении схемы управления блок-контактами высоковольтного (масляного) выключателя статора электродвигателя.
Для включения асинхронного электродвигателя с фазным ротором пусковые устройства содержат ключ управления.

Устройства имеют защиты от:

потери напряжения оперативной цепи 220 В частотой тока 50 Гц;
затянувшегося пуска;
превышения времени включения отдельных ступеней пускового резистора;
перенапряжений в цепи ротора;
короткого замыкания в диодном выпрямителе.

Устройства обеспечивают сигнализацию с выводом информации на дверь шкафа: о включении ступеней пускового резистора и контактора, о наличии напряжения оперативной цепи 220 В частотой тока 50 Гц, о состоянии высоковольтного выключателя электродвигателя, о включении защиты и с выводом на клеммную колодку: о включении реле защиты, о наличии оперативного напряжения, о включении контактора. Устройства обеспечивают контроль тока статора электродвигателя и управление включением электродвигателя непосредственно со шкафа устройства или дистанционно (в режиме разрешения). Устройства содержат схему опробования пусковой схемы при отключенной статорной цепи двигателя.

В комплект поставки входят: устройство; комплект запасных частей согласно ведомости ЗИП; техническое описание и инструкция по эксплуатации; паспорт.

Напряжение от источника питания прикладывается к обмотке статора, которая намотана как три группы катушек индуктивности. Под действием этого напряжения через обмотку потечет переменный трехфазный ток, который и создаст вращающееся магнитное поле. В момент пересечении замкнутой обмотки ротора, это магнитное поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, сгенерирует в ней электрический ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и тока ротора генерирует вращающийся электромагнитный момент, который и приводит ротор в движение. Благодаря сумме этих моментов, создаваемых разными проводниками, появляется результирующий момент заставляющий вращаться ротор в том направлении, в котором находится электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле вращаются с разными скоростями, т.е. асинхронно. У этого типа электрических двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет ниже скорости, с которой вращается поле в статоре электродвигателя.

Читать еще: Что может шуметь в двигателе сузуки гранд витара

С самого начала вращения ротор может осуществить механическую работу с помощью соединенного с ним вала, который передает вращательное движение машине, насосу, вентилятору и т.п. Принцип работы асинхронного электродвигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже:

АД Устройство

Асинхронный двигатель с фазным ротором используются в приводах, которым необходим большой пусковой момент – лифты, краны, и т.п, но при ограниченном номинале значение тока запуска.

Основные компонентами любого асинхронного двигателя являются ротор и статор, разделяемые воздушным промежутком. Другими частями необходимой составляющей, являются магнитопровод и обмотки, остальные компоненты лишь конструктивные, задача которых обеспечить требуемую жесткость, прочность, возможность вращения и стабильность двигателя

Статор – неподвижная часть электродвигателя, на внутренней стороне которого имеются обмотки. Обмотка статора — это обычно трехфазная обмотка, в которой проводники распределены достаточно равномерно по всей площади статора и уложены пофазно в специальных пазах, сделанных с угловым расстоянием 120 градусов. Статорные фазы соединяются методом «звезды» или «треугольника» — и подключены к трехфазному питанию. В процессе вращения в обмотках возбуждения, осуществляется перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготавливается из отдельных пластин из специальной электротехнической стали – таким образом удается существенно снизить неизбежные магнитные потери.

Асинхронный двигатель с фазным ротором устройство: на роторе находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря такому устройству и конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами.

Асинхронный двигатель с фазным ротором особенности запуска

Асинхронные двигатели имеют очень простое устройство, их достаточно легко обслуживать в процессе эксплуатации, а главное низкую себестоимость и высокую надежность. Но у них есть и один огромный минус – они потребляют реактивную составляющую мощности. Поэтому их максимальный уровень мощности сильно зависит от мощности самой системы энергоснабжения. Ко всему прочему, из значения пускового тока втрое выше рабочего. В условиях слабой мощности питающей системы энергоснабжения, это может вызвать серьезное падение напряжение и отключение других работающих устройств. АД с фазными роторами, благодаря наличию в схеме ротора пусковых реостатов, могут запускаться с куда меньшим пусковым током.

Сопротивления, находящиеся в схеме ротора, помогают снизить уровень тока не только во время запуска, но и при торможении, реверсе и даже снижении количества оборотов. По мере того, как АД с фазным ротором набирает скорость , для поддержания нужного ускорения, сопротивления исключаются из схемы. То есть когда разгон завершается и АД выходит на нужную частоту, все резисторы цепи шунтируются, двигатель начинает работать со своей исинной механической характеристикой.

Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором

При включении напряжения питания реле времени КТ1 и КТ2 срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия тумблера запуска SB1 срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с сопротивлениями, которые добавлены в схему – в этот момент времени на контакторах КМ1 и КМ2 питание отсутствует. В момент подключения контактора КМЗ, в цепи КМ1 реле КТ1 замыкает свой фронтовой контакт через определенный промежуток времени, заданный задержкой. По истечению которого электродвигатель разгоняется, ток ротора начинает снижаться происходит подлючение контактора КМ1 – осуществляется шунтирование первой пусковой ступени сопротивлений. Ток снова увеличивается, но по мере разгона его значение начинает снижаться. Одновременно с этим отключается реле КТ2, и с выставленной задержкой происходит замыкание контакта в цепи КМ2. Происходит шунтирование второй ступени сопротивлений. Двигатель начинает работать в штатном режиме.

Благодаря ограниченному пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно применять и в слабых сетях.

Асинхронный двигатель с фазным ротором достоинства и недостатки устройства

Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества:

На практике АД с фазным ротором идеально подходят для случаев, когда нет необходимости в использовании широкой и плавной регулировки скорости и требуется большая мощность двигателя. Для правильного подключения АД необходимо правильно определить начала и концы фазных обмоток.

Это типовой маломощный электродвигатель мощностью до 1500 Вт, который используется в установках, в которых имеется небольшая нагрузка на валу в момент старта, а также в тех случаях, когда питание ЭД может быть только от однофазной сети. Обычно эти двигатели, используют в стиральных и посудомоечных машинах, небольших вентиляторах и т.п.

Читать еще: Что может быть не развивает обороты двигатель мерседес

У типового трехфазного асинхронного двигателя имеется шесть выводов статорной обмотки – три конца и начала. Выводы могут соединяться методом треугольника или звезды. Для этого на корпусе ЭД сделана коммутационная коробка, в которую выводятся начала фаз С1, С2, С3 и их концы С4, С5, С6.

Подборка книг и инструкций связанная с теорией и практикой работы электродвигателей (ЭД), а также советы и рекомендации по их ремонту

Выбор электродвигателей к производственным механизмам — Представлены характеристики различных типов ЭД для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет их выбора для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.

Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов — основы теории, конструкция и схемы вентильных ЭД постоянного тока. Дан анализ путей повышения их энергетических показателей и расширения функциональных возможностей. Подробные схемы датчиков положения ротора и частоты вращения с описанием их работы

Как самому рассчитать и сделать электродвигатель — рассмотрены расчеты ЭД малой мощности постоянного и переменного тока. Даны схемы включения трехфазных электродвигателей в однофазную сеть

Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты -Расказывется о работе АД при отключениях и несимметрии напряжения, питании от маломощных сетей, большой неравномерности нагрузки

Ремонт электродвигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний ЭД различных типов

Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей

Для оценки свойств любого электродвигателя (ЭД) осуществляют построению механической характеристики. Механическая характеристика электродвигателя описывает определенную зависимость между электромагнитным моментом и частотой скольжения, либо вращения. Скольжение – показывает, насколько частота вращения магнитного поля обгоняет частоту вращения ротора ЭД.

Имеется интересная особенность применения асинхронного двигателя с фазным ротором в роли асинхронного преобразователя частоты (АПЧ), т.к частота тока протекающего в роторе ЭД пропорциональна частоте статорного тока, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью подобных преобразователей из типовой частоты 50 Гц можно получить 100, 200 Гц.

Типовая схема подсоединения АПЧ выглядит, как на рисунке ниже:

Обмотка статора подсоединена к питающей сети с частотой f₁. Частоту f₂ получают с концов роторной обмотки ротора, куда она поступает через контактные кольца и щетки.

Для такого преобразования частоты требуется приводной двигатель, механически связанный с ротором АПЧ. Таким ЭД может быть синхронный или асинхронный двигатель, если необходимо задать определенную частоту, а можно использовать двигатель постоянного тока, если нужно осуществлять плавную регулировку частоты.

Если ротор преобразователя вращать в режиме противовключения, т.е против направления вращения магнитного поля статора, то скольжение s>1, поэтому, частота получаемого тока будет выше частоты статора f₂>f₁. Если поменять направление вращения приводного двигателя (ПД), то скольжение s 1, а значит, в числителе формулы выше должен стоять знак плюс, иначе s

Особенности конструкции

Общепромышленные трехфазные асинхронные электродвигатели в независимости от подаваемой мощности имеют довольно компактную форму, что позволяет им быть установленными агрегатах или помещениях разнообразной направленности. Если это небольшие модели, то они монтируются в любое срытое от посторонних глаз место, т.е. вы избавитесь от проблем, думая о неправильной или неудобной планировке.

В зависимости от модели двигателя они могут комплектоваться в корпус из чугуна, силуминового сплава, алюминия и других материалов повышенной прочности. Также двигатель покрывают защитным слоем лака или полимерной краски, которые предназначены предохранить корпус от коррозийных образований и преждевременного изнашивания. Внутренняя начинка производится из меди, что также не дает мотору выходить из строя или подвергаться незапланированным механическим повреждениям.

Главные преимущества асинхронных электродвигателей

Двигатели данного исполнения могут выдерживать перегрузки в течении короткого времени;
Простота запуска и дальнейшей эксплуатации;
Прочная и компактная конструкция;
В разных видах нагрузках двигатели сохраняют одинаковую скорость;
Высокий уровень КПД до 75%;
Применение подшипников, с целью снижения уровня шума;
Степень защиты IP54 для предотвращения попадания внутрь электродвигателя воды и пыли;
Сниженный уровень cosφ (до 0,86) — реактивных токов, что привело к снижению риска в случае перенапряжения сети;
В случае незапланированных перегрузок от кратности пускового момента, двигатель всё сохранит высокий уровень эксплуатационной надежности.

Поэтому, для получения высоких технологических характеристик вам необходимо позаботиться о наличие асинхронного электродвигателя, который покажет высокую продуктивность и сможет гарантировать длительный срок эксплуатации.

ПУСК ПО СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК

Другим способом запуска, использующимся на трехфазных двигателях, является перекоммутация обмоток: в момент пуска обмотки соединяются звездой, по мере разгона ротора обмотки переводятся в нормальное включение треугольником.

Такой метод пуска фактически является частным случаем способа пуска асинхронного электродвигателя на пониженном напряжении, так как напряжение на обмотках при этом снижаетсяпримерно в 1,73 раза.

Подобный способ пуска может быть легко реализован с помощью набора контакторов с ручным управлением или с приводом от реле времени, поэтому достаточно дешев и распространен. Основные недостатки этого способа:

При отказе одного из контакторов произойдет нарушение коммутации, в результате чего либо станет невозможным пуск, либо значительно снизится мощность двигателя.
Снижение напряжения и тока является фиксированным.
Крутящий момент двигателя при включении обмоток звездой уменьшается, поэтому запуск желательно также производить без нагрузки.

При работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателей раскрывает соотношение:

Читать еще: Фольксваген поло седан двигатель работает как дизель

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращения ротора можно регулировать:

изменением скольжения;
изменением числа пар полюсов;
изменением частоты источника питания.

2.12.1. Изменение скольжения

Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных машин. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение (рис. 2.21).

На рис. 2.21 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при разных сопротивлениях регулировочного реостата R_р3>R_р2>0, R_р1=0.

Как следует из рис. 2.21 при этом способе можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Основные недостатки этого способа:

Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается коэффициент полезного действия, т.е. способ неэкономичный.
Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится мягче, т.е. снижается устойчивость работы двигателя.
Невозможно плавно регулировать частоту вращения.

Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.

2.12.2. Изменение числа пар полюсов

Эти двигатели (многоскоростные) имеют более сложную обмотку статора, позволяющую изменять ее число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. При работе асинхронного двигателя необходимо, чтобы обмотки ротора и статора имели одинаковое число пар полюсов. Только короткозамкнутый ротор способен автоматически приобретать то же число пар полюсов, что и поле статора. Многоскоростные двигатели нашли широкое применение в приводе металлорежущих станков. Нашли применение двух, трех и четырех скоростные двигатели.

На рис. 2.22 показана схема соединения и магнитное поле статора двигателя при последовательном (б) и параллельном (а) соединении полуобмоток.

У двухскоростного двигателя обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Включая их последовательно или параллельно можно в 2 раза изменять число пар полюсов.

У четырехскоростного двигателя на статоре должно размещаться две независимые обмотки с разным числом пар полюсов. Каждая из обмоток позволяет в два раза изменять число пар полюсов. Например, у двигателя, работающего от сети c частотой f=50 Гц, со следующими частотами вращения 3000/1500/1000/500 [об/мин] с помощью одной из обмоток статора можно получить частоту вращения 3000 об/мин и 1500 об/мин (при этом р=1 и р=2). С помощью другой из обмоток можно получить частоту вращения 1000 об/мин и 500 об/мин (при этом р=3 и р=6)..

При переключении числа пар полюсов изменяется и магнитный поток в зазоре, что приводит к изменению критического момента М_кр (рис. 2.23 б). Если при изменении числа пар полюсов одновременно изменять и подведенное напряжение, то критический момент может остаться неизменным (рис. 2.23 а). Поэтому при этом способе регулирования могут быть получены два вида семейства механических характеристик (рис. 2.23).

Достоинства этого способа регулирования: сохранение жесткости механических характеристик, высокий К.П.Д. Недостатки: ступенчатое регулирование, большие габариты и большая стоимость двигателя.

Звезда-треугольник

Схема «звезда-треугольник» подразумевает двухэтапное безопасное подключение электрического двигателя:

Сперва мотор запускается в рамках схемы «Звезда», которая подразумевает использование низких пусковых токов. Некоторое время двигатель питается по этой схеме и плавно набирает обороты.
После набора определенного числа оборотов в минуту мотор переключается на схему «Треугольник», которая требует для работы высокие пусковые токи. Здесь двигатель выходит на проектную мощность.

Для реализации данной схемы пуска потребуется трехполюсный выключатель, три контактора, тепловое реле и реле времени. Преимущества этого типа запуска аналогичны преимуществам плавного пуска, описанного выше.

Как сделать устройство для изменения скорости вращения электродвигателя своими руками

Для регулировки маломощных однофазных АД можно использовать диммеры. Однако этот способ ненадежен и обладает серьезными недостатками: снижением КПД, серьезным перегревом устройства и опасностью повреждения двигателя.

Для надежного и качественного регулирования оборотов электродвигателей на 220В, лучше всего подходит частотное регулирование.

Приведенная ниже схема позволяет собрать частотное устройство для регулировки электромоторов мощностью до 500 Вт. Изменение скорости вращения производится в границах от 1000 до 4000 оборотов в минуту.

Устройство состоит из задающего генератора с изменяемой частотой, состоящего из мультивибратора, собранного на микросхеме К561ЛА7, счетчика на микросхеме К561ИЕ8, полумоста регулятора. Выходной трансформатор Т1 выполняет развязку верхнего и нижнего транзисторов полумоста.

Демпфирующая цепь С4, R7 гасит всплески напряжения опасные для силовых транзисторов VT3, VT4. Выпрямитель, удвоитель напряжения питающей сети, включает в себя диодный мост VD9, с конденсатором фильтра на которых происходит удвоение напряжения питания полумоста.

Напряжение первичной обмотки: 2х12В, вторичной обмотки 12В. Первичная обмотка трансформатора управления ключами, состоит из 120 витков медного провода сечением 0,7мм, с отводом от середины. Вторичная – две обмотки, каждая по 60 витков повода сечением 0,7 мм.

Вторичные обмотки необходимо максимально надежно заизолировать друг от друга, так как разница потенциалов между ними доходит до 640 В. Подключение выходных обмоток к затворам ключей производится в противофазе.

Вот мы и рассмотрели способы регулировки оборотов асинхронных двигателей. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!