Схема подключения 2 х скоростного асинхронного двигателя: Подключение двухскоростного асинхронного двигателя – СамЭлектрик.ру

Многоскоростные электродвигатели | двухскоростные | трехскоростные

Электродвигатели многоскоростные

Многоскоростные электродвигатели изготавливаются на базе основного исполнения односкоростных двигателей и подразделяются на:

• двухскоростные с отношением числа оборотов 1500/3000 (4/2 — число полюсов), 1000/1500 (6/4), 750/1500 (8/4), 750/1000 (8/6), 500/1000 (12/6)
• трехскоростные — 1000/1500/3000 (6/4/2), 750/1500/3000 (8/4/2), 750/1000/1500 (8/6/4)
• четырехскоростные — 500/750/1000/1500 (12/8/6/4)

Схемы подключения двухскоростных электродвигателей отличаются в зависимости от соотношения числа оборотов.
При соотношении 1/2, т.е — 1500/3000, 750/1500 и 500/1000 применяется следующая схема:

При соотношении 2/3 и 3/4, т.е -1000/1500, 750/1000 применяется другая схема:

Схема подключения трехскоростных электродвигателей:

Схема подключения четырехскоростных электродвигателей:

Основные технические характеристики двухскоростных двигателей

Марка	Мощн. кВт	Об/мин	Ток, А	Момент Н*м	Iп/Iн	Момент инерции кгм2	Масса кг
1500/3000 об/мин
АИР132S4/2	6	1455	12,5	39,4	7	0,032	70
	7,1	2900	14,6	23,4	7
АИР132М4/2	8,5	1455	17,3	55,8	7,5	0,045	83,5
	9,5	2925	19,1	31	8,5
АИР180S4/2	17	1470	34,5	110	6,7	0,16	170
	20	2930	39,3	65,2	6,4
АИР180М4/2	22	1470	43,7	143	7,5	0,2	190
	26	2935	50,5	84,6	7,5
5А200М4/2	27	1475	53,4	175	7,4	0,27	245
	35	2945	64,9	114	7,2
5А200L4/2	30	1470	57,6	195	7	0,32	270
	38	2945	67,8	123	7
5А225М4/2	42	1480	81,7	271	7	0,5	345
	48	2960	87,6	155	7,5
5АМ250S4/2	55	1485	102	354	7,3	1,2	485
	60	2975	114	193	7,8
5АМ250М4/2	66	1485	121	424	7,2	1,7	520
	80	2970	148	257	7,2
1000/1500 об/мин
АИР132S6/4	5	965	12	49,5	5,6	0,053	68,5
	5,5	1435	11,1	36,6	5,7
АИР132М6/4	6,7	970	16	66	6,2	0,074	81,5
	7,5	1440	14,7	49,7	6,2
АИР180М6/4	15	975	33,6	147	6,6	0,27	180
	17	1450	33	112	6
5А200М6/4	20	980	44	195	6,5	0,41	245
	22	1460	42,2	144	6
5А200L6/4	24	980	55,2	234	6,9	0,46	265
	27	1480	51,5	174	6,5
500/1000 об/мин
АИР180М12/6	7	485	22,4	138	4,5	0,27	200
	13	975	25,9	127	6
5А200М12/6	8	485	30,6	158	4	0,41	245
	15	980	30,1	146	6
5А200L12/6	10	485	31,1	197	4	0,46	265
	18,5	975	36,3	181	6
5А225М12/6	14	485	43,9	276	4	0,65	320
	25	980	48,5	244	6
5АМ250S12/6	16	495	56,5	309	4,4	1,2	435
	30	990	58,3	289	6,6
5АМ250М12/6	18,5	490	60,1	361	4	1,4	455
	36	985	71,1	349	5,3
750/1500 об/мин
АИР132S8/4	3,6	715	9,7	48,1	4,8	0,053	68,5
	5	1435	10,3	33,3	5,9
АИР132М8/4	4,7	715	12,4	62,8	5	0,074	82
	7,5	1440	15,8	49,7	6,4
АИР180М8/4	13	730	33,6	170	5,5	0,27	180
	18,5	1465	35,9	121	6,7
5А200М8/4	15	730	40,2	196	5,3	0,41	245
	22	1460	42,2	144	6,4
5А200L8/4	17	725	39	224	5	0,46	275
	24	1450	45,5	158	5,5
5А225М8/4	23	735	55,3	299	5,5	0,7	330
	34	1475	62,7	220	6,5
5АМ250S8/4	33	740	75,3	426	5,3	1,2	435
	47	1480	87,2	303	6,4
5АМ250М8/4	37	740	81,5	478	6	1,4	465
	55	1480	99,8	355	7
750/1000 об/мин
АИР132S8/6	3,2	725	8,7	42,2	4,6	0,053	68,5
	4	965	9,1	39,6	5
АИР132М8/6	4,5	720	11,9	59,7	5,4	0,074	81,5
	5,5	970	12,3	54,1	6
АИР180М8/6	11	730	26,3	144	5,3	0,27	180
	15	970	30,1	148	6
5А200М8/6	15	730	35,4	196	5,5	0,41	245
	18,5	975	37,2	181	6
5А200L8/6	18,5	730	43,6	242	5,5	0,46	265
	23	975	46,2	225	6
5А225М8/6	22	740	51,7	284	6	0,7	330
	30	985	58,6	291	6
5АМ250S8/6	30	740	70,8	387	6	1,2	435
	37	990	73,2	357	6,4
5АМ250М8/6	42	740	93,2	542	5,5	1,4	485
	50	985	96,6	485	6,1

Основные технические характеристики трехскоростных двигателей

Марка	Мощность кВт	Об/мин	Ток А	Момент Н*м	Iп/Iн	Момент инерц. кгм2	Вес кг
1000/1500/3000 об/мин
АИР132S6/4/2	2,8	955	7,6	28	5	0,053	70
	4	1440	8,9	26,5	5
	4,5	2895	9,7	14,8	6,3
АИР132М6/4/2	3,8	955	10,1	38	5,5	0,074	83,5
	5,3	1440	11,3	35,1	6,5
	6,3	2895	13	20,8	7
750/1500/3000 об/мин
АИР132S8/4/2	1,8	710	6,1	24,2	4	0,053	70
	3,4	1440	7,5	22,5	6
	4	2895	8,6	13,2	6,5
АИР132М8/4/2	2,4	710	8,5	32,3	4,5	0,074	83,5
	4,5	1440	9,8	29,8	6,3
	5,6	2895	11,7	18,5	6,7
750/1000/1500 об/мин
АИР132S8/6/4	1,9	710	6,4	25,5	4	0,053	68,5
	2,4	950	6,1	24,1	4,4
	3,4	1410	7,7	23	4,6
АИР132М8/6/4	2,8	720	9,4	37,1	4,5	0,074	81,5
	3	960	7,7	29,8	5
	5	1425	10,7	33,5	5,2
АИР180М8/6/4	8	740	22,9	103	5,4	0,27	180
	11	975	24,3	108	6,1
	12,5	1475	27	80,9	6,5
5А200М8/6/4	10	740	30,3	129	5,5	0,41	245
	12	985	27	116	6
	17	1475	36	110	6,5
5А200L8/6/4	12	735	31,6	156	5,3	0,46	270
	15	985	31,9	145	6
	20	1475	39,9	130	6,5
5А225М8/6/4	15	740	38,9	194	5,5	0,7	330
	17	985	34,9	165	6,5
	25	1480	48	160	6,3
5АМ250S8/6/4	22	740	52	284	5,7	1,2	435
	25	990	51,1	241	7,6
	33	1485	62,2	212	7
5АМ250М8/6/4	24	740	56,8	310	5,7	1,4	465
	33	990	65,6	318	7,4
	38	1485	71,7	244	6,8

Основные технические характеристики четырехскоростных двигателей

Марка	Мощность кВт	Об/мин	Ток А	Момент Н*м	Iп/Iн	Момент инерц. кгм2	Вес кг
500/750/1000/1500 об/мин
АИР180М12/8/6/4	3	485	12,7	59,1	4,1	0,27	180
	5	730	15,5	72	4,8
	6	965	12,7	59,4	4,8
	9	1465	18,6	58,7	6
5А200М12/8/6/4	4,5	490	16,8	87,7	3,5	0,41	245
	8	735	20,5	104	4,5
	9	980	18,9	87,7	5
	12	1470	23,3	78	5,1
5А200L12/8/6/4	5	490	18,1	97,4	4	0,46	270
	9	735	23,8	123	5
	11	980	23,5	107	4,5
	15	1470	29,5	97	5
5А225М12/8/6/4	7,1	490	26,4	138	4,5	0,7	325
	13	740	36,6	168	6
	14	985	28,4	136	6
	20	1490	38,4	128	7,3
5АМ250S12/8/6/4	9	495	32,5	174	4,7	1,2	435
	17	745	43,5	218	5,9
	18,5	990	37,1	179	5,9
	27	1485	52,4	173	7
5АМ250М12/8/6/4	12	495	42,2	232	4,8	1,4	465
	21	745	51,7	269	6,1
	24	990	47,6	232	6,6
	30	1490	57,5	192	7,8

Цены на многоскоростные эл-двигатели составлют +(40-60)% к цене базового исполнения

Асинхронные электродвигатели: схема, принцип работы и устройство

Асинхронный электродвигатель – это электрический агрегат с вращающимся ротором. Скорость вращения ротора отличается от скорости, с которой вращается магнитное поле статора. Это – одна из важных особенностей работы агрегата, так как если скорости выровняются, то магнитное поле не будет наводить в роторе ток и действие силы на роторную часть прекратится. Именно поэтому двигатель называется асинхронным (у синхронного показатели скоростного вращения совпадают). 

В данной статье мы сфокусируемся на том, что представляет собой схема работы такого двигателя и – самое главное, насколько она эффективна при его эксплуатации.

Устройство и принцип действия

Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле.

Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности.

Асинхронный двигатель

Подробнее о принципах работы асинхронного электродвигателя – в частности, на примере агрегата трехфазного тока, вы можете прочесть здесь, на сайте, в одном из наших материалов. Далее же мы разберем, какие бывают разновидности асинхронных электрических машин.

Виды асинхронных двигателей

Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:

• 1-фазный – с короткозамкнутым ротором
• 3-х фазный – с короткозамкнутым ротором
• 3-х фазный – с фазным ротором

Схема устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным типом ротора никак не взаимосвязано.

Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором. Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам он может сильно нагреваться.

Какой ротор лучше, фазный или короткозамкнутый?

Преимущества короткозамкнутого:

• Более-менее постоянная скорость вне зависимости от разных нагрузок
• Допустимость кратковременных механических перегрузок
• Простая конструкция, легкость пуска и автоматизации
• Более высокие cos φ (коэффициент мощности) и КПД, чем у электродвигателей с фазным ротором

Недостатки:

• Трудности в регулировании скорости вращения
• Большой пусковой ток
• Низкий мощностной коэффициент при недогрузках

Преимущества фазного:

• Высокий начальный вращающий момент
• Допустимость кратковременных механических перегрузок
• Более-менее постоянная скорость при разных перегрузках
• Меньший пусковой ток, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором
• Возможность использования автоматических пусковых устройств

Недостатки:

• Большие габариты
• Коэффициент мощности и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Какой двигатель лучше выбрать?

Асинхронный или коллекторный? Синхронный или асинхронный? Сказать однозначно, что определенный тип двигателя лучше, точно нельзя. В пользу асинхронных моделей говорят их следующие преимущества.

• Относительно небольшая стоимость
• Низкие эксплуатационные затраты
• Отсутствие необходимости в преобразователях при включении в сеть (только для нагрузок, не нуждающихся в регулировании скорости)
• Отсутствие потребности в дополнительном источнике питания – в отличие от синхронных аналогов

Тем не менее, у асинхроников есть недостатки. А именно:

• Малый пусковой момент
• Высокий пусковой ток
• Отсутствие возможности регулировки скорости при подключении к сети
• Ограничение максимальной скорости частотой сети
• Высокая зависимость электромагнитного момента от напряжения питающей сети
• Низкий мощностной коэффициент – в отличие от синхронных агрегатов

Тем не менее, все перечисленные недостатки можно устранить, если питать асинхронный двигатель от статического частотного преобразователя. Кроме того, если соблюдать правила эксплуатации и не перегружать агрегаты, то они исправно прослужат длительный срок.

Но даже несмотря на то, что синхронные машины обладают довольно конкурентными преимуществами, большинство двигателей сегодня – именно асинхронные. Промышленность, сельское хозяйство, ЖКХ и многие другие отрасли используют именно их за счет высокого КПД. Но коэффициент полезного действия может значительно снижаться за счет таких параметров, как:

• Высокий пусковой ток
• Слабый пусковой момент
• Рассинхрон между механическим моментом на валу привода и механической нагрузкой (это провоцирует высокий рост силы тока и избыточные нагрузки при запуске, а также снижение КПД при пониженной нагрузке)
• Невозможность точной регулировки скорости работы прибора

Другими факторами, от которых зависит КПД асинхронного электродвигателя, являются:

• степень загрузки двигателя по отношению к номинальной
• конструкция и модель
• степень износа
• отклонение напряжения в сети от номинального.

Как избежать снижения КПД?

• Обеспечение стабильного уровня загрузки – не ниже 75%
• Увеличение мощностного коэффициента
• Регулировать напряжение и частоту подаваемого тока

Для этого используются:

• Частотные преобразователи – они плавно изменяют скорость вращения двигателя путем изменения частоты питающего напряжения
• Устройства плавного пуска – они ограничивают скорость нарастания пускового тока и его предельное значение, как одни из факторов, из-за которых падает КПД

Итак, асинхронный двигатель имеет довольно широкую область использования и применяется во многих хозяйственных и производственных сферах деятельности. У нас, в компании РУСЭЛТ, представлен широкий выбор электродвигателей данного типа, приобрести который вы можете по ценам, которые ощутимо выгоднее, чем у конкурентов.

Как подключить трёхфазный электродвигатель на 380 Вольт

Трехфазные электродвигатели обладают более высокой эффективностью, чем однофазные на 220 вольт. Если у Вас в доме или гараже есть ввод на 380 Вольт, тогда обязательно покупайте компрессор или станок с трехфазным электродвигателем. Это обеспечит более стабильную и экономичную работу устройств. Для пуска мотора не понадобятся различные пусковые устройства и обмотки, потому что вращающееся магнитное поле возникает в статоре сразу после подключения к электросети 380 Вольт.

Выбор схемы включения электродвигателя

Схемы подключения 3-х фазных двигателей при помощи магнитных пускателей Я подробно описывал в прошлых статьях: «Схема подключения электромоторов с тепловым реле» и «Схема реверсивного пуска«.

Подключить трех фазный двигатель возможно и в сеть 220 Вольт с использованием конденсаторов по этой схеме. Но будет значительное падение мощности и эффективности его работы.

В статоре асинхронного двигателя на 380 В расположены три отдельные обмотки, которые соединяются между собой в треугольник или звезду и к трем лучам или вершинам подключаются 3 разноименные фазы.

Вы должны учитывать, что при подключении звездой пуск будет плавным, но для того что бы достичь полной мощности необходимо подключить мотор треугольником. При этом мощность возрастет в 1.5 раза, но ток при запуске мощных или средних моторов будет очень высоким, и да же может повредить изоляцию обмоток.

Перед подключением электродвигателя ознакомьтесь с его характеристиками в паспорте и на шильдике. Особенно это важно при подключении 3 фазных электродвигателей западно-европейского производства, которые рассчитаны на работу  от сети напряжением 400/690. Пример такого шильдика на картинке снизу.  Такие моторы подключаются только по схеме «треугольник» к нашей электросети. Но многие монтажники подключают их аналогично отечественным в «звезду» и электромоторы при этом сгорают, особенно быстро под нагрузкой.

На практике все электродвигатели отечественного производства на 380 Вольт подключаются звездой. Пример на картинке.  В очень редких случаях на производстве для того что бы, выжать всю мощность используется комбинированная схема включения звезда-треугольник. Об этом подробно узнаете в самом конце статьи.

Схема подключения электродвигателя звезда треугольник

В некоторых наших электромоторах выходит всего 3 конца из статора с обмотками- это означает, что уже внутри двигателя собрана звезда. Вам только остается подключить к ним 3 фазы. А для того, что бы собрать звезду необходимы оба конца, каждой обмотки или 6 выводов.

Нумерация концов обмоток на схемах идет слева направо. К номерам 4, 5 и 6 подключаются 3 фазы А-В-С от электросети.

При соединении звездой трёхфазного электродвигателя начала его обмоток статора соединяются вместе в одной точке, а к концам обмоток подключаются 3 фазы электропитания на 380 Вольт.

При соединении треугольником статорные обмотки между собой соединяются последовательно. Практически, необходимо соединить конец одной обмотки с началом следующей. К трем точкам соединения их между собой подключаются 3 фазы питания.

Подключение схемы звезда-треугольник

Для подключения мотора по  довольно редкой схеме  звезды при запуске, с последующим переводом для работы в рабочем режиме в схему треугольника. Так Мы сможем выжать максимум мощности, но получается довольно сложная схема без возможности реверсирования или изменения направления вращения.

Для работы схемы необходимы 3 пускателя. На первый К1 подключено электропитание с одной стороны, а с другой — концы обмоток статора. Их же начала подключены к К2 и К3. С пускателя К2 начала обмоток подключаются соответственно на другие фазы по схеме треугольник. При включении К3 все 3 фазы закорачиваются между собой и получается схема работы звездой.

Внимание, одновременно не должны включаться магнитные пускатели К2 и К3, а то произойдет произойдет аварийное отключение автомата защиты из-за возникновения межфазного короткого замыкания. Поэтому и делается электрическая блокировка между ними- при включении одного из них размыкается блок контактами цепь управления другого.

Схема работает следующим образом. При включении пускателя К1 реле времени включает К3 и двигатель запускается по схеме звезда. По истечении заданного промежутка, достаточного для полного запуска двигателя реле времени отключает пускатель К3 и включает К2. Мотор переходит на работу обмоток по схеме треугольник.

Отключение происходит пускателем К1. При повторном запуске все снова повторяется.

Пуск двигателя звезда треугольник — Help for engineer

Пуск двигателя звезда треугольник

Для того чтобы осуществить пуск звезда-треугольник нам потребуется:

		1. 3-х полюсный автоматический выключатель QF1, с номинальным током, который зависит от мощности электродвигателя (выбор автомата см. здесь)
		2. Контакторы с доп. контактами в количестве 3 шт. (KM1, KM2, KM3)
		3. Кнопки 2 шт.: красная SB1 с нормально замкнутым контактом, черная SB2 – с нормально разомкнутым контактом
		4. Тепловое реле (если оно не предусмотрено в комплекте с автоматическим выключателем)
		5. Асинхронный трёхфазный электродвигатель М1
		6. Клемма с предохранителем, которая устанавливается в цепь управления
		7. Реле времени KT1

Зачем нужна схема звезда-треугольник?

Необходимость применения данной схемы пуска асинхронного электродвигателя вызвана высокими пусковыми токами. Для снижения этих самых токов, применяется пуск звезда-треугольник. Фактически, запуск двигателя происходит по схеме «звезда», для которой в начальный момент токи низкие. По истечению времени, заданному на реле KT1, происходит переключение в схему «треугольник», в которой стартовые токи были бы больше.

Рисунок 1 – Схема пуска звезда-треугольник

Один из вариантов временной диаграммы реле KT1 для реализации вышеприведенной схемы:

Рисунок 2 – Временная диаграмма реле времени

Описание принципа работы пуска двигателя «звездой», с переходом на «треугольник»

После нажатия кнопки “Start” SB2, запитывается катушка контактора KM1, в результате чего, замыкаются силовые контакты KM1 и доп. контактом КМ1.1 реализуется самоподхват кнопки пуска. Так же подаётся напряжение на реле времени KТ1, и замыкается контактор KM3. Таким образом, происходит запуск двигателя по схеме «звезда». А по истечении времени реле t1 контакт KТ1.1 мгновенно разомкнётся, пройдет задержка времени t2 в 50 мс, и замкнется контакт KТ1.2. В следствии, сработает контактор KM2, который осуществляет переключение на «треугольник».

Контакты НЗ (нормально замкнутые) KM2.1 и KM3.1 существуют для предотвращения одновременного включения контакторов KM1 и KM2.

Чтобы защитить двигатель от перегрузки, в силовой цепи должно быть установлено тепловое реле. Как мы можем видеть на схеме, оно уже включено в автоматический выключатель, и в случае чрезмерной нагрузки, теплушка разомкнёт силовую цепь и цепь управления через контакт QF1.1.

Рисунок 3 — Наглядный пример соединения обмоток в звезду

Рисунок 4 — Наглядный пример соединения обмоток в треугольник

		Н — начало обмотки;
		К — конец обмотки.

Недостаточно прав для комментирования

Асинхронный двигатель — принцип работы и устройство

8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

Асинхронный двигатель — это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

 

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипники, 3,8 — подшипниковые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — крыльчатка вентилятора, 9 — короткозамкнутый ротор, 10 — статор, 11 — коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой«. В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье — асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Скольжение s — это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n₁ магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n₂, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n₂ ротора относительная разность частот n₁-n₂ становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины s_кр — критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Рекомендуем к прочтению — однофазный асинхронный двигатель. 

Просмотров: 93195

Определение начала и конца обмоток электродвигателя

Здравствуйте, дорогие посетители и постоянные читатели сайта «Заметки электрика».

Продолжаю серию статей из раздела «Электродвигатели». В прошлых статьях я рассказывал Вам про устройство асинхронного двигателя, соединение в звезду и треугольник его обмоток, провел эксперимент подключения трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Бывают ситуации, когда Вы подходите к двигателю с целью подключить его в сеть, а в клеммной колодке находятся 6 проводов, совершенно без бирочек и маркировки.

Что делать в такой ситуации? 

Делается это не очень трудно. В качестве примера я покажу Вам наглядно как определить начало и конец обмоток электродвигателя АИР71А4.

 

 Шаг 1

Самым первым шагом в определении начала и конца обмоток асинхронного двигателя является написание бирочек (кембриков). Для этого воспользуемся трубкой ПВХ диаметром 5 (мм) и маркером.

Нарезаем из трубки ПВХ шесть отрезков одинаковой длины и подписываем их маркером.

Про маркировку обмоток трехфазного асинхронного двигателя я Вам рассказывал в статье про соединение звездой и треугольником. Кто забыл, то переходите по ссылке и читайте.

Вот что получилось.

 Шаг 2

Вы уже знаете, что обмотка статора асинхронного двигателя состоит из 3 обмоток, сдвинутых относительно друг друга на 120 электрических градуса. Так вот вторым шагом в определении начала и конца обмоток асинхронного двигателя  является определение принадлежности всех шести выводов к соответствующим обмоткам.

Как это делается?

Можно воспользоваться обычным омметром, но я предпочитаю использовать цифровой мультиметр. Кстати, скоро в свет выйдет интересная и подробная статья о том, как пользоваться мультиметром при проведении различных видов электрических измерений.

Чтобы не пропустить выход новых статей на сайте, Вам необходимо подписаться на получение новостей в конце статьи или в правой колонке сайта.

Итак, с помощью мультиметра определяем первую обмотку. Переключатель режима работы  мультиметра ставим в положение 200 (Ом).

Одним щупом встаем на любой из шести проводников. Вторым ищем его конец. Как только попадаем на искомый проводник, показания мультиметра покажут нам значение отличное от нуля. В моем примере это 14,7 (Ом).

Это и есть первая обмотка статора нашего электродвигателя. Одеваем на нее бирки U1 и U2 в произвольном порядке.

Аналогично продолжаем искать остальные две обмотки.

На найденные обмотки одеваем бирочки (кембрики), соответственно, V1, V2 и W1, W2.

В итоге получаем шесть проводов с надетыми на них бирочками (кембриками) в произвольной форме.

Шаг 3

Чтобы перейти к третьему шагу определения начала и концов обмоток трехфазного электродвигателя необходимо вкратце вспомнить теорию электротехники.

Кстати, кое-что Вы уже можете почитать в разделе «Электротехника». Правда этот раздел еще не наполнен статьями, все руки до него не доходят. Также можете почитать мой отзыв про курс электротехники от Михаила Ванюшина. Я его приобрел в свой архив и совсем не пожалел.

Итак, две обмотки, находящиеся на одном сердечнике, можно подключить либо согласовано, либо встречно.

При согласованном включении двух обмоток возникнет электродвижущая сила ЭДС, состоящая из суммы ЭДС первой и второй обмоток. Таким образом, в этих обмотках возникает процесс электромагнитной индукции, который наводит в рядом расположенной обмотке ЭДС, т.е. напряжение.

Если же две обмотки подключить встречно, то сумма ЭДС этих двух обмоток будет равна нулю, т.к. ЭДС каждой обмотки будут направлены друг на друга, и тем самым компенсируют друг друга. Поэтому в рядом расположенной обмотке ЭДС не наведется или наведется, но очень малой величины.

Перейдем к практике.

Берем первую катушку (U1и U2) и соединяем ее со второй (V1 и V2) следующим образом. Напоминаю, что эти обозначения у нас условные.

Эта же схема на моем примере.

На вывод U1 и V2 подаем переменное напряжение порядка 100 (В). Можно подать напряжение и 220 (В), но я ограничился 100 (В).

После этого с помощью вольтметра или мультиметра производим измерение переменного напряжения на выводах W1 и W2.

Если мультиметр покажет некоторое значение напряжения, то первая и вторая обмотки включены согласовано. Если напряжение на выводах будет равняться нулю или иметь совсем маленькое значение, то значит обмотки включены встречно.

Смотрим, что получилось в нашем случае.

Замеряю напряжения на выводах W1 и W2. Получаю значение около 0,15 (В). Это очень маленькое значение, поэтому я делаю вывод, что обмотки я подключил встречно. Поэтому на второй обмотке я меняю местами бирочки V1 и V2 и снова провожу измерение.

После замены на выводах W1 и W2 я измерил напряжение порядка 6,8 (В). Это уже что-то похожее на правду.

Делаю вывод, что первая (U1 и U2) и вторая (V1 и V2) обмотки подключены согласовано, а значит, данная маркировка их начал и концов верна.

Осталось дело за малым – это найти начало и конец у третьей обмотки (W1 и W2). Все делаем аналогично, только подключаем их согласно схемы, приведенной ниже.

Измерение переменного напряжения проводим на выводах V1 и V2.

Получилось напряжение 6,8 (В). Значит маркировка начала и конца третьей обмотки верна.

 

 Шаг 4

После определения начала и конца обмоток трехфазного асинхронного двигателя необходимо проверить себя. Для этого соединяем звездой или треугольником обмотки в зависимости от типа двигателя и напряжения сети. В нашем случае обмотки двигателя я соединил треугольником.

Подаю питающее трехфазное напряжение на обмотки – двигатель работает.

Можно сделать вывод, что начала и концы обмоток двигателя мы нашли правильно.

Существует еще несколько способов определения начала и концов обмоток электродвигателя, но лично я пользуюсь именно этим.

Для наглядности предлагаю посмотреть видео:

P.S. Если статья оказалась Вам полезной. то поделитесь ей со своими друзьями в социальных сетях. А если возникли вопросы по материалу данной статьи, то задавайте их в комментариях.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Схемы подключения трехфазного двигателя. К 3-х и 1-о фазной сети

Схемы подключения трехфазного двигателя — двигатели, рассчитанные на работу от трехфазной сети, имеют производительность гораздо выше, чем однофазные моторы на 220 вольт. Поэтому, если в рабочем помещении проведены три фазы переменного тока, то оборудование необходимо монтировать с учетом подключения к трем фазам. В итоге, трехфазный двигатель, подключенный к сети, дает экономию энергии, стабильную эксплуатацию устройства. Не нужно подключать дополнительные элементы для запуска. Единственным условием хорошей работы устройства является безошибочное подключение и монтаж схемы, с соблюдением правил.

Схемы подключения трехфазного двигателя

Из множества созданных схем специалистами для монтажа асинхронного двигателя практически используют два метода:

• Схема звезды.
• Схема треугольника.

Названия схем даны по методу подключения обмоток в питающую сеть. Чтобы на электродвигателе определить, по какой схеме он подключен, необходимо посмотреть указанные данные на металлической табличке, которая установлена на корпусе двигателя.

Даже на старых образцах моторов можно определить метод соединения статорных обмоток, а также напряжение сети. Эта информация будет верна, если двигатель уже был в эксплуатации, и никаких проблем в работе нет. Но иногда нужно произвести электрические измерения.

Схемы подключения трехфазного двигателя звездой дают возможность плавного запуска мотора, но мощность оказывается меньше номинального значения на 30%. Поэтому по мощности схема треугольника остается в выигрыше. Существует особенность по нагрузке тока. Сила тока резко увеличивается при запуске, это отрицательно сказывается на обмотке статора. Возрастает выделяемое тепло, которое губительно воздействует на изоляцию обмотки. Это приводит к нарушению изоляции, и поломке электродвигателя.

Много европейских устройств, поставленных на отечественный рынок, имеют в комплекте европейские электродвигатели, действующие с напряжением от 400 до 690 В. Такие 3-фазные моторы необходимо монтировать в сеть 380 вольт отечественного напряжения только по треугольной схеме обмоток статора. В противном случае моторы сразу будут выходить из строя. Российские моторы на три фазы подключаются по звезде. Изредка производится монтаж схемы треугольника для получения от двигателя наибольшей мощности, применяемой в специальных видах промышленного оборудования.

Изготовители сегодня дают возможность подключать трехфазные электромоторы по любой схеме. Если в монтажной коробке три конца, то произведена заводская схема звезды. А если есть шесть выводов, то мотор можно подключать по любой схеме. При монтаже по звезде нужно три вывода начал обмоток объединить в один узел. Остальные три вывода подать на фазное питание напряжением 380 вольт. В схеме треугольника концы обмоток соединяют последовательно по порядку между собой. Фазное питание подсоединяется к точкам узлов концов обмоток.

Проверка схемы подключения мотора

Представим худший вариант выполненного подключения обмоток, когда на заводе не обозначены выводы проводов, сборка схемы проведена во внутренней части корпуса мотора, и наружу выведен один кабель. В этом случае необходимо разобрать электродвигатель, снять крышки, разобрать внутреннюю часть, разобраться с проводами.

Метод определения фаз статора

После разъединения выводных концов проводов применяют мультиметр для измерения сопротивления. Один щуп подключают к любому проводу, другой подносят по очереди ко всем выводам проводов, пока не найдется вывод, принадлежащий к обмотке первого провода. Аналогично поступают на остальных выводах.  Нужно помнить, что обязательна маркировка проводов, любым способом.

Если в наличии нет мультиметра или другого прибора, то используют самодельные пробники, сделанные из лампочки, проводов и батарейки.

Полярность обмоток

Чтобы найти и определить полярность обмоток, необходимо применить некоторые приемы:

• Подключить импульсный постоянный ток.
• Подключить переменный источник тока.

Оба способа действуют по принципу подачи напряжения на одну катушку и его трансформации по магнитопроводу сердечника.

Как проверить полярность обмоток батарейкой и тестером

На контакты одной обмотки подключают вольтметр с повышенной чувствительностью, который может отреагировать на импульс. К другой катушке быстро присоединяют напряжение одним полюсом. В момент подключения контролируют отклонение стрелки вольтметра. Если стрелка двигается к плюсу, то полярность совпала с другой обмоткой. При размыкании контакта стрелка пойдет к минусу. Для 3-й обмотки опыт повторяют.

Путем изменения выводов на другую обмотку при включении батарейки определяют, насколько правильно сделана маркировка концов обмоток статора.

Проверка переменным током

Две любые обмотки включают параллельно концами к мультиметру. На третью обмотку включают напряжение. Смотрят, что показывает вольтметр: если полярность обеих обмоток совпадает, то вольтметр покажет величину напряжения, если полярности разные, то покажет ноль.

Полярность 3-й фазы определяют путем переключения вольтметра, изменения положения трансформатора на другую обмотку. Далее, производят контрольные измерения.

Схема звезды

Этот тип схемы подключения трехфазного двигателя образуется путем соединения обмоток в разные цепи, объединенные нейтралью и общей точкой фазы.

Такую схему создают после того, как проверена полярность обмоток статора в электромоторе. Однофазное напряжение на 220В через автомат подают фазу на начала 2-х обмоток. К одной врезают в разрыв конденсаторы: рабочие и пусковые. На третий конец звезды подводят нулевой провод питания.

Величину емкости конденсаторов (рабочих) определяют по эмпирической формуле:

С = (2800 · I) / U

Для схемы запуска емкость повышают в 3 раза. В работе мотора при нагрузке нужно контролировать величину токов обмоток измерениями, корректировать емкость конденсаторов по средней нагрузке привода механизма. В противном случае произойдет, перегрев устройства, пробой изоляции.

Подключение мотора в работу хорошо делать через выключатель ПНВС, как показано на рисунке.

В нем уже сделана пара контактов замыкания, которые вместе подают напряжение на 2 схемы путем кнопки «Пуск». Во время отпускания кнопки цепь разрывается. Такой контакт применяют для запуска цепи. Полное отключение питания делают, нажав на «Стоп».

Схема треугольника

Схемы подключения трехфазного двигателя треугольником является повтором прошлого варианта в запуске, но имеет отличие методом включения обмоток статора.

Токи, проходящие в них, больше значений цепи звезды. Рабочие емкости конденсаторов нуждаются в повышенных номинальных емкостях. Они рассчитываются по формуле:

С = (4800 · I) / U

Правильность выбора емкостей также вычисляют по отношению токов в катушках статора путем измерения с нагрузкой.

Двигатель с магнитным пускателем

Трехфазный электродвигатель работает через магнитный пускатель по аналогичной схеме с автоматическим выключателем. Такая схема имеет дополнительно блок включения и выключения, с кнопками Пуск и Стоп.

Одна фаза, нормально замкнутая, соединенная с мотором, подключается к кнопке Пуск. При ее нажатии контакты замыкаются, ток идет к электромотору. Необходимо учитывать, что при отпускании кнопки Пуск, клеммы разомкнутся, питание отключится. Чтобы такой ситуации не произошло, магнитный пускатель дополнительно оборудуют вспомогательными контактами, которые называют самоподхватом. Они блокируют цепь, не дают ей разорваться при отпущенной кнопке Пуск. Выключить питание можно кнопкой Стоп.

В результате, 3-фазный электромотор можно подключать к сети трехфазного напряжения совершенно разными методами, которые выбираются по модели и типу устройства, условиям эксплуатации.

Подключение мотора от автомата

Общий вариант такой схемы подключения выглядит как на рисунке:

Здесь показан автомат защиты, который выключает напряжение питания электромотора при чрезмерной нагрузке по току, и по короткому замыканию. Автоматический защитный выключатель – это простой 3-полюсный выключатель с тепловой автоматической характеристикой нагруженности.

Для примерного расчета и оценки нужного тока тепловой защиты, необходимо мощность по номиналу двигателя, рассчитанного на работу от трех фаз, увеличить в два раза. Номинальная мощность указывается на металлической табличке на корпусе мотора.

Такие схемы подключения трехфазного двигателя вполне могут работать, если нет других вариантов подключения. Длительность работы нельзя прогнозировать. Это тоже самое, если скрутить алюминиевый провод с медным. Никогда не знаешь, через какое время скрутка сгорит.

При применении схемы подключения трехфазного двигателя нужно аккуратно выбрать ток для автомата, который должен быть на 20% больше тока работы мотора. Свойства тепловой защиты выбрать с запасом, чтобы при запуске не сработала блокировка.

Если для примера, двигатель на 1,5 киловатта, наибольший ток 3 ампера, то автомат нужен минимум на 4 ампера. Преимуществом этой схемы соединения мотора является низкая стоимость, простое исполнение и техобслуживание.

Если электродвигатель в одном числе, и работает полную смену, то есть следующие недостатки:

• Нельзя отрегулировать тепловой ток сработки автоматического выключателя. Чтобы защитить электромотор, ток защитного отключения автомата устанавливают на 20% больше рабочего тока по номиналу мотора. Ток электродвигателя нужно через определенное время замерять клещами, настраивать ток тепловой защиты. Но у простого автоматического выключателя нет возможности настроить ток.
• Нельзя дистанционно выключить и включить электродвигатель.

Похожие темы:

A Праймер для двухскоростных двигателей

Устранение загадок.

Кажется, что в двухскоростных двигателях есть много загадок, но на самом деле они довольно просты. Сначала их можно разделить на два разных типа обмоток.

Две скорости, две обмотки

Двухобмоточный двигатель выполнен таким образом, что на самом деле это два двигателя, намотанные в один статор. Одна обмотка при включении дает одну из скоростей. Когда вторая обмотка находится под напряжением, двигатель принимает скорость, определяемую второй обмоткой.Двухскоростной двухобмоточный двигатель можно использовать для получения практически любой комбинации нормальных скоростей двигателя, и две разные скорости не обязательно связаны друг с другом коэффициентом скорости 2: 1. Таким образом, двухскоростной двигатель, требующий 1750 об / мин и 1140 об / мин, по необходимости должен быть двухобмоточным.

Две скорости, одна обмотка

Второй тип двигателя — двухскоростной однообмоточный. В этом типе двигателя должно существовать соотношение 2: 1 между низкой и высокой скоростью.Двухскоростные однообмоточные двигатели имеют конструкцию, которая называется последовательным полюсом. Эти двигатели намотаны на одну скорость, но при повторном подключении обмотки количество магнитных полюсов в статоре удваивается, а скорость двигателя снижается до половины исходной скорости.

Двухскоростной однообмоточный двигатель по своей природе более экономичен в производстве, чем двухскоростной двухобмоточный двигатель. Это связано с тем, что для обеих скоростей используется одна и та же обмотка, и пазы, в которые помещаются проводники внутри двигателя, не должны быть почти такими большими, как они должны были бы быть для размещения двух отдельных обмоток, которые работают независимо.Таким образом, размер корпуса двухскоростного однообмоточного двигателя обычно может быть меньше, чем у эквивалентного двухобмоточного двигателя.

Классификация нагрузки

Второй вопрос, который вызывает большую путаницу при выборе двухскоростных двигателей, — это классификация нагрузки, с которой эти двигатели должны использоваться. В этом случае необходимо определить тип нагрузки, которая будет приводиться в действие, и выбрать двигатель в соответствии с требованиями к нагрузке. Доступны три типа: постоянный крутящий момент, переменный крутящий момент и постоянная мощность.

Постоянный крутящий момент

Нагрузки с постоянным крутящим моментом — это такие типы нагрузок, при которых требуемый крутящий момент не зависит от скорости. Этот тип лестницы обычно представляет собой нагрузку на конвейеры, поршневые насосы, экструдеры, гидравлические насосы, упаковочное оборудование и другие подобные типы грузов.

Переменный крутящий момент

Второй тип нагрузки, который сильно отличается от постоянного крутящего момента, — это нагрузка, передаваемая на двигатель центробежными насосами и воздуходувками.В этом случае требование крутящего момента нагрузки изменяется с низкого значения на низкой скорости на очень высокое значение на высокой скорости.

При типичной нагрузке с переменным крутящим моментом удвоение скорости увеличивает требуемый крутящий момент в 4 раза, а потребность в лошадиных силах — в 8 раз. Таким образом, на нагрузку этого типа грубая сила должна подаваться на высокой скорости, а на низкой скорости требуются значительно меньшие уровни мощности и крутящего момента. Типичный двухскоростной двигатель с регулируемым крутящим моментом может иметь мощность 1 л.с. при 1725 и.25 л.с. при 850 об / мин

Характеристики многих насосов, вентиляторов и нагнетателей таковы, что снижение скорости вдвое приводит к выходу на низкой скорости, что может быть неприемлемо. Таким образом, многие двухскоростные двигатели с регулируемым крутящим моментом изготавливаются с комбинацией скоростей 1725/1140 об / мин. Эта комбинация дает примерно половину выходной мощности вентилятора или насоса при использовании низкой скорости.

Постоянная мощность

Последний тип используемого двухскоростного двигателя — двухскоростной двигатель постоянной мощности.В этом случае двигатель спроектирован таким образом, что мощность в лошадиных силах остается постоянной, когда скорость снижается до низкого значения. Для этого необходимо, чтобы крутящий момент двигателя удвоился, когда он работает в режиме низкой скорости. Обычно двигатель этого типа применяется в процессах обработки металла, таких как сверлильные станки, токарные станки, фрезерные станки и другие подобные станки для удаления металла.

Требование постоянной мощности, возможно, лучше всего можно представить себе, если учесть требования к простой машине, такой как сверлильный станок.В этом случае при сверлении большого отверстия большим сверлом скорость низкая, но требования к крутящему моменту очень высоки.

Сравните это с противоположной крайностью сверления небольшого отверстия, когда скорость сверления должна быть высокой, но требуемый крутящий момент низкий. Таким образом, требуется, чтобы крутящий момент был высоким, когда скорость низкая, и крутящим моментом, который был низким, когда скорость была его. это ситуация с постоянной мощностью.

Двигатель постоянной мощности — самый дорогой двухскоростной двигатель. Легко доступны трехфазные двухскоростные двигатели с постоянным и переменным крутящим моментом.Двухскоростные двигатели с постоянной мощностью обычно доступны только по специальному заказу.

Двухскоростные однофазные двигатели

Двухскоростные однофазные двигатели для обеспечения постоянного крутящего момента труднее поставить, поскольку существует проблема обеспечения пускового выключателя, который будет работать в нужное время для обеих скоростей. Таким образом, однофазный двигатель с нормальной скоростью предлагается как двигатель с регулируемым крутящим моментом в конфигурации с постоянным разделенным конденсатором. Двигатель с постоянным разделенным конденсатором имеет очень низкий пусковой момент, но подходит для использования в небольших центробежных насосах и вентиляторах.

Сводка

Использование двухскоростных двигателей в будущем будет расти довольно быстро, поскольку пользователи промышленных двигателей начинают осознавать желательность использования этого типа двигателя на вытяжных вентиляторах и циркуляционных насосах, чтобы поток воздуха и воды можно было оптимизировать в соответствии с условиями. которые существуют на заводе или в процессе. Очень значительная экономия энергии может быть достигнута за счет использования двухскоростного подхода. TMD

(PDF) Увеличенная высокоскоростная работа с помощью электронного метода смены обмоток для двигателей переменного тока

752 ОПЕРАЦИИ IEEE ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРИМЕНЕНИЙ, ТОМ.42, НЕТ. 3, МАЙ / ИЮНЬ 2006

от высокой скорости к низкой или наоборот обычно составляет несколько

микросекунд. Приведены результаты испытаний, показывающие производительность, когда метод

реализован в асинхронном двигателе, а также в машине

PMAC.

Метод конструкции обмотки для PMAC, который показан здесь, улучшает использование обмотки и способствует более компактной конструкции

. Предлагаемая технология конструкции

позволяет машине PMAC создавать номинальный крутящий момент с

одним комплектом обмоток и удвоенным номинальным крутящим моментом, когда к исходному комплекту добавляется еще один дублирующий комплект обмоток

без увеличения номинального значения

. тока и без обмотки

доработка

.

R

ЭФЕРЕНЦИИ

[1] Т. Куме, Т. Ивакане, Т. Сава, Т. Йошида и И. Нагаи, «Широкий

привод двигателя переменного тока с постоянным диапазоном мощности с векторным управлением и обмоткой

техника переключения », IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 27, нет. 5, pp. 934–939,

Sep./Oct. 1991.

[2] Т. Куме, Т. Сава, М. Савамура и М. Зенке, «Метод управления инвертором

для асинхронных двигателей», Патент США 4 916 376, 10 апреля 1990 г.

[ 3] A. Nakamura et al., «Метод переключения обмоток для асинхронных двигателей»,

Патент Японии 3 037 471, 5 июля 1991 г.

[4] Т. Куме и Т. Сава, «Метод статического переключения обмоток», Патент Японии

Hei 7-99959, 25 октября 1995 г.

[5] Y. Fujioka et al., «Оборудование для переключения обмоток для асинхронных двигателей»,

Патент Японии 2 742 800, 18 апреля 1990 г.

[6 ] M. Osama и T. Lipo, «Новая схема управления инвертором для приводов с асинхронным двигателем

, требующих широкого диапазона скоростей», IEEE Trans.Ind. Appl., Vol. 32, нет. 4,

с. 938–944, июл. / Авг. 1996.

[7] Дж. Миллер, В. Стефанович, В. Остович и Дж. Келли, «Конструктивные соображения

для автомобильного интегрированного стартер-генератора с фазовой модуляцией

», в Конф. Рек. IEEE-IAS Annu. Встреча, Чикаго, Иллинойс, 2001 г.,

стр. 2366–2373.

[8] Т.М. Янс, Силовая электроника и частотно-регулируемые приводы —

Технологии и приложения, Б. Бозе, Под ред. Пискатауэй, Нью-Джерси: IEEE Press,

1997, гл.6.

[9] Т. Куме, М. Свами, М. Савамура, К. Ямада и И. Мурокита,

«Схема быстрого переключения электронной обмотки для расширенных диапазонов скоростей

» в Proc. Power Electron. Спец. Conf., Ахен, Германия,

2004, стр. 3384–3389.

Махеш М. Свами (S’86 – M’91) получил

B.Eng. степень Мадан Мохан Малавия

(MMM) Инженерный колледж, Горакхпур, Индия,

1983, MSEng. степень от Индийского института

науки, Бангалор, Индия, в 1986 году, а также докторская степень.D.

, степень

, полученная в Университете Виктории, Виктория,

до н.э., Канада, в 1991 году.

В 1992 году он присоединился к Energy Management Cor-

poration, Солт-Лейк-Сити, Юта, в качестве старшего научного сотрудника

Инженер, где работал над промышленными двигателями переменного тока

, приводы

. В 1996 году он присоединился к MTE Corporation в качестве технического директора

. С 1997 года он работал в группе исследований и разработок в Yaskawa

Electric America Inc., Вокеган, Иллинойс. Его интересы связаны с инверторными приводами и силовой электроникой

.

Д-р Свами является активным членом сообществ IEEE Industry Applications и IEEE

Power Electronics.

Цунео Кумэ (S’69 – M’70 – LM’03 – LS’04 – LF’05)

получил степень бакалавра наук. степень в области электротехники

от Университета Васэда, Токио, Япония, в 1960 году, и

магистра. и к.т.н. степени в области электротехники

Университета Миссури, Колумбия, в 1968 году

и 1970, соответственно.

В 1960 году он присоединился к Yaskawa Electric Corporation-

tion, Китакюсю, Япония.В 1966 году он был в отпуске

, чтобы учиться в университете штата Миссури

. Вернувшись в Яскаву, он разработал

— первый серийный транзисторный инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)

общего назначения. Он также сыграл ключевую роль

в разработке транзисторного инвертора с векторным управлением в 1979 году, который

успешно применялся для приводных систем в различных областях, таких как станки

, а также в черной металлургии.Он переехал в США в 1996 году, чтобы присоединиться к

Yaskawa Electric America Inc., Вокеган, Иллинойс, в качестве директора по исследованиям и разработкам, где

он продолжает свою деятельность в области силовой электроники и моторных приводов.

Доктор Куме является активным членом Института инженеров-электриков

Японии.

Акихико Маэмура получил степень бакалавра наук. получил степень в области электротехники

в Университете Ямагути, Убе,

Япония, в 1988 году.

В 1988 году он присоединился к Yaskawa Electric Corporation,

Китакюсю, Япония, где в настоящее время является менеджером по танту Assis-

. Срок действия двигателя и привода по телефону

Корпоративный научно-исследовательский центр.Его научные интересы

включают разработку высокоэффективных двигателей и линейных двигателей с большим ходом

.

Г-н Маэмура является членом Института

инженеров-электриков Японии.

Шинья Моримото получил степень бакалавра наук. степень в области управления

троллейбус Технологического института Кюсю

оги, город Китакюсю, Япония, в 1990 году.

В 1990 году он присоединился к Yaskawa Electric Corporation,

Китакюсю, Япония, где он в настоящее время является человеком.

Старший сотрудник группы Motor Drives в корпоративном центре исследований и разработок

.Его интересы включают проектирование и разработку

устройств управления моторным приводом и преобразователя энергии.

Г-н Моримото является членом Общества

инженеров по КИП и систем управления Японии.

Электрические машины — Кривая скорости крутящего момента асинхронного двигателя

Уравнение крутящего момента Тевенина было использовано выше для построения кривой крутящего момента асинхронной машины. 2R_2} {s \ omega_s} \]

— это фактически потеря меди в роторе, деленная на скорость скольжения.Если проскальзывание увеличивается, потери должны увеличиваться для поддержания крутящего момента.

На приведенной ниже диаграмме показаны кривые крутящего момента и скорости для 6-полюсного двигателя 230 В, 60 Гц, Y-соединения с различными значениями \ (R_2 \). Следующие параметры схемы являются постоянными: \ (R_1 = 0.50 \ Omega \), \ (X_1 = 0.75 \ Omega \), \ (X_2 = 0.50 \ Omega \), \ (X_m = 100 \ Omega \), \ (f = 60 Гц \), \ (p = 6 \), \ (V_ {LL} = 230 В \)

Рис. 5. Изменение кривых крутящего момента и скорости в зависимости от сопротивления ротора

единиц энергии | Бесплатный полнотекстовый | Динамическое моделирование высокоскоростного асинхронного двигателя

1.Введение

Правильное моделирование явлений в динамических состояниях важно при вождении с частыми изменениями скорости вращения, особенно в более высокочастотных приводах. Для этого во многих работах используется классическая или модифицированная форма эквивалентной схемы машины [1,2,3]. В большинстве случаев уравнения, описывающие динамику асинхронного двигателя на основе преобразования Парка, решаются в среде Matlab / Simulink [4,5,6,7]. Такие модели эффективны в нескольких ситуациях. Однако в работе [8] были указаны источники неточностей, которые заключаются в неучете нелинейных явлений, таких как насыщение или скин-эффект, а также в возникновении высших гармоник, генерируемых в двигателе в результате сердечника. распределение пазов и обмоток в цепях статора и ротора, а также потери в сердечнике двигателя.Поэтому многие исследования предлагают различные подходы для уточнения модели этих явлений в асинхронном двигателе в динамических состояниях. В работах [9,10,11,12,13] были предложены различные методы учета явления насыщения и потерь в двигателе в динамическом состоянии. Однако следует подчеркнуть, что не все вышеупомянутые явления оказывают существенное влияние на динамические формы волны двигателя. Поэтому в этих расчетах можно практически не учитывать как потери в сердечнике, так и высшие гармоники.В то же время отсутствие влияния насыщения магнитной цепи, особенно на индуктивность рассеяния обмоток машины, может привести к серьезным ошибкам, особенно при расчете хода электромагнитного крутящего момента. Отдельной проблемой является явление смещения тока, которое оказывает сильное влияние, особенно на запуск двигателя. Многоконтурное представление стержней ротора часто используется для объяснения этого явления, но, как правило, только стержни простейших форм, т.е.е. прямоугольной или трапециевидной формы. Также имеется немного исследований по применению метода полевых цепей с использованием метода конечных элементов для моделирования динамических явлений [14,15,16]. Центрифуга — это устройство, которое вращает объекты вокруг фиксированной оси, создавая значительную силу, перпендикулярную оси. ось вращения (центробежная сила). Работа центрифуги крови основана на принципе осаждения, при котором ускорение по радиусу заставляет более плотные фракции двигаться наружу.В то же время менее плотные элементы движутся к оси вращения. В крови, помещенной в пробирки, радиальная сила вызывает осаждение более плотных частиц на дне пробирки [17,18,19]. Кровь взрослого человека (от 4,5 до 6 л) обычно составляет 7–8% массы тела человека. Кровь — это узкоспециализированная ткань, состоящая из более чем 4000 различных типов компонентов. Четыре из наиболее важных — это эритроциты, лейкоциты, тромбоциты и плазма. Обычно целью центрифугирования является получение плазмы, которая содержит биомаркеры и вещества, указывающие на физиологическое состояние организма, и может использоваться для диагностики различных заболеваний или состояний организма.Для повышения точности диагностического теста требуется плазма крови высокой чистоты. Чистота плазмы зависит от скорости вращения. Всемирная организация здравоохранения рекомендует протокол с применением 2000–3000 г в течение как минимум 15 минут для приготовления бесклеточной плазмы. Утверждается, что сила центрифугирования и время вращения можно регулировать взаимно. Метод быстрого центрифугирования (при 13000 × g в течение 3 мин) для рутинного тестирования коагуляции можно безопасно использовать. Это может принести пользу пациентам в отделениях интенсивной терапии и тем, кто получает амбулаторную терапию пероральными антикоагулянтами.В связи с желанием сократить время центрифугирования и влияния процессов запуска и торможения на качество результатов рекомендуется изучить динамику приводного двигателя.

Целью данной статьи является моделирование динамических осциллограмм во время частотного пуска асинхронного двигателя для привода плазменной центрифуги с использованием схемной модели и анализ влияния параметров управления преобразователем частоты на динамику пуска. Для этой цели использовалась математическая модель, выраженная в прямоугольной системе координат, расположенной на комплексной плоскости, с учетом нелинейных явлений, происходящих в двигателе, таких как явление насыщения контура магнитного потока и смещение тока в стержне ротора.Представленный метод позволяет учесть скин-эффект путем отображения стержня с тремя эквивалентными схемами. Продемонстрировано очень высокое соответствие результатов расчета результатам измерений как для прямого пуска двигателя, так и для частотного пуска.

Представленные соображения также могут быть использованы для изучения динамических состояний асинхронных машин в других приложениях, например, в электромобилях.

2. Метод расчета динамических характеристик асинхронных двигателей

Основой для расчета электромеханического поведения асинхронного двигателя в переходных рабочих состояниях является математическая модель асинхронного двигателя в виде:

{U} = [R] {I} + ddt {Ψ} Mel − Mm = JdΩdt = 2πJdndt = Jpdωdt

(1)

где {U}, {I}, {Ψ} — n-мерные векторы напряжения, тока и магнитной индукционной связи,

—

[R] — квадратная диагональная матрица сопротивления обмотки размером [n × n],

—

Ω — угловая механическая скорость ротора,

—

ω — электрическая угловая скорость ротора;

—

ω = p Ω J — момент инерции ротора,

—

p — количество пар полюсов.

Магнитная связь определяется соотношением: где [L] — квадратная матрица индуктивностей обмоток L _ik , размер [n × n], для i = k собственная индуктивность обмоток и для i ≠ k — взаимная индуктивность обмоток. Для устранения зависимости коэффициентов взаимной индуктивности статора и ротора от положения ротора относительно статора трехфазная система координат была преобразована в прямоугольную систему координат (x, y, 0), вращающуюся в пространстве со скоростью вращающегося поля ω _s , в котором статор и ротор неподвижны относительно друг друга.Напротив, движение ротора относительно статора учитывается путем введения дополнительной электродвижущей силы вращения. В этом случае уравнение для электрических координат принимает вид:

{U} = [R] {I} + ddt {Ψ} + [Arot] {Ψ}

(3)

куда

[Arot] = [0ωs00ωs000000 (ωs − ω) 00 (ωs − ω) 0]

(4)

Эта модель была помещена на комплексную плоскость, что означает, что ось x совпадает с действительной осью, а ось y — с мнимой осью, а затем принимает вид [20]:

ddt {I _} = [L] −1 ({U _} — (jωs [1] −jω [K]) [L] {I _} — [R] {I _}) dωdt = p2JRe {j 32LmI_rI_s *} — pJMm

(5)

где векторы напряжений и токов имеют вид:

{U _} = (U_s, 0, …… 0) T {I _} = (I_s, I_r1, …… I_rN) T

Отдельные компоненты векторов тока и напряжения представляют собой комплексные числа; ω _k — скорость системы координат, которая в системе (x, y, 0) равна синхронной скорости ω _s , [1] = diag (1, 1,…, 1) — единичная матрица , [K] = diag (0, 1,…, 1), N — количество схем замещения стержня ротора.

Не принимая во внимание нелинейные явления в двигателе, такие как явление смещения тока в стержнях ротора и насыщение магнитной цепи, мы получаем систему уравнений для электрических координат с размерностью n = 4. Явление смещения тока в стержни обоймы ротора можно учесть, введя сопротивление и реактивное сопротивление стержня в зависимости от значения частоты тока в стержне ротора, т. е. скольжения, которое рассчитывается для стержня любой формы с использованием элементарных проводников. метод и решение линейной системы уравнений, параметры которой на последующих этапах расчета имеют разные значения.

Такое отображение импеданса стержня в динамических расчетах позволяет получить точные формы переходных сигналов токов в обмотках машины, но это приводит к получению значительно завышенных значений переходного электромагнитного момента [10].

Это связано с тем, что при вычислении момента в переходном состоянии не учитывается фактическая связь магнитного потока статора с потоками отдельных слоев стержня ротора, что из-за фазового сдвига токов в отдельных слои стержня более слабые, чем определяемые без этого смещения.

Чтобы учесть это явление, необходимо было бы представить стержень ротора с очень большим количеством элементарных проводников (N> 100), что привело бы к необходимости решения системы дифференциальных уравнений с очень большой размерностью. n и значительно увеличит время, необходимое для решения полученной таким образом системы.

Чтобы свести эту модель к нескольким эквивалентным схемам ротора, был использован метод, основанный на решении уравнения Риккати [21], который определяет операторное сопротивление стержня ротора как функцию пространственной переменной x вместе с высотой стержня.В этом методе в стержне ротора любой формы с единичной длиной мы отделяем слой dx на высоте x как можно ближе к силовым линиям магнитного поля (рис. 1). Поскольку граничные линии этого слоя близки друг к другу, можно считать, что плотность тока в dx-слое постоянна. Отделенный слой dx имеет площади поперечного сечения dSx, электропроводность dγx и коэффициент магнитной проводимости dλx, где

dRx = 1γxdSx; dλx = dSxcx2

(6)

где cx — длина средней линии поля в слое dx.Основываясь на этой эквивалентной диаграмме, мы можем определить единичный импеданс части стержня высотой x + dx и, как результат, вывести обобщенное уравнение Риккати как:

dZ_ (x) dx = k2Φ2 (x) −Φ1 (x) [Z_ (x)] 2

(7)

где Z_ (x) — эквивалентное сопротивление стержня ротора высотой x, функции Φ ₁ (x) и Φ ₂ (x) являются функциями, зависящими от сопротивления и индуктивности слоя стержня высотой dx. , k ² = j ω μ γ = ν, ω — текущая угловая частота в стержне ротора, μ — магнитная проницаемость материала стержня.Предполагая, что для однородного материала γ _x = γ, функции Φ ₁ (x) и Φ ₂ (x) определяются зависимостями:

Φ1 (x) = γdSxdx Φ2 (x) = 1γdλxdx.

(8)

Общее решение уравнения Риккати может быть получено путем разложения в степенной ряд, сходящийся вокруг точки ν = 0, в результате чего мы получаем эквивалентный импеданс стержня в виде:

Z_ (x) = 1η0 (x) + νη1 (x) + ν2η2 (x) + ν3η3 (x) + …….

(9)

Это выражение можно разложить на непрерывную дробь, и в результате система дифференциальных уравнений может быть получена в виде:

dη0dx = Φ1 (x) dη1dx = −Φ2 (x) η02 (x) dη2dx = −2Φ2 (x) η0 (x) η1 (x) dη3dx = −Φ2 (x) [η12 (x) + η0 (x) η2 (x)]

(10)

в которой:

R = 1η0; jX = −η1νη02; k1 = η12η0η2 − η12; k2 = (η0η2 − η12) 2 (η1η3 − η22) η02

(11)

где R и X — сопротивление стержня ротора и реактивное сопротивление, предполагая равномерное распределение плотности тока.Представленная модель является общей и может применяться для стержней любой формы, для которых определены коэффициенты k1, k2 для расчетных функций η0, η1, η2, η3. При этом достаточная точность расчетов получена для трех эквивалентных цепей стержней ротора, сопротивление и реактивное сопротивление которых определяются коэффициентами k ₁ и k ₂ соответственно. В конечном итоге эквивалентная схема асинхронного двигателя имеет вид, показанный на рисунке 2.

Этот подход позволяет рассмотреть явление скин-эффекта в стержнях ротора любой формы, который может быть построен путем комбинирования основных форм, для которых функции Φ ₁ (x) и Φ ₂ (x) могут быть легко определены, например, в виде трапециевидного прямоугольника или нижнего и верхнего полукруга, с сохранением непрерывности функций на границе форм компонентов.

Представленная модель была реализована в собственной программе DYNF, позволяющей определять динамические формы волны асинхронного двигателя как при питании от сети, так и от инвертора. Он также рассматривает влияние явления насыщения на реактивное сопротивление утечки обмотки двигателя путем введения коэффициента насыщения, зависящего от результирующего тока, протекающего через обмотки двигателя для каждого шага расчета.

Предполагается, что насыщены только части сердечника вблизи воздушного зазора.Таким образом, части реактивного сопротивления X _s и X _a , соответствующие реактивному сопротивлению открытия пазов статора и ротора, дифференциальному реактивному сопротивлению от высших гармоник поля и реактивному сопротивлению от перекоса пазов ротора в результате этого явления, уменьшаются. [12].

Представленная модель может использоваться для расчета различных динамических состояний, таких как запуск, перебег, повторное включение или реверс двигателя.

3. Динамические временные формы волны асинхронного двигателя для привода плазменной центрифуги

Двигатель для привода плазменной центрифуги должен отвечать довольно жестким требованиям, то есть обеспечивать плавное регулирование скорости вращения в широком диапазоне и возможность работа с переменной нагрузкой в ​​зависимости от рабочего цикла, скорости вращения и веса подвешенного на валу двигателя барабана.Следовательно, этот двигатель должен обладать необходимыми динамическими характеристиками, касающимися ускорения двигателя до максимально возможной скорости вращения и торможения в кратчайшие сроки. В статье представлены результаты измерений и расчетов динамических осциллограмм в пусковых условиях энергосберегающего биполярного асинхронного двигателя для привода центрифуги крови с высотой оси вала h = 63 мм, номинальной мощностью 200 Вт, мощностью 230 Вт. В, частота 300 Гц, с числом последовательных витков обмотки статора N _s = 150 и сердечником из листа М270-35А толщиной 0.35 мм. Остальные конструктивные параметры двигателя приведены в таблице 1.

3.1. Метод измерения динамических параметров двигателя для привода центрифуги

Измерения пусковых параметров проводились с различными параметрами преобразователя частоты, питающего двигатель. Чтобы лучше наблюдать за ускорением и временем пуска, двигатель был нагружен дополнительным моментом инерции в виде диска, установленного на валу, задача которого состояла в моделировании нагрузки двигателя через крепежные элементы и набор контейнеров, содержащих материал для центрифугирования.Для определения мгновенной скорости как функции абсолютного времени конец вала двигателя был соединен с датчиком углового положения с общим числом делений 8192 на оборот. Угловые показания снимались через равные промежутки времени с частотой дискретизации 1600 Гц. Измерительная система показана на рисунке 3. В этой измерительной системе токи и напряжения измерялись с помощью точных преобразователей тока и многоканального аналого-цифрового преобразователя мгновенных токов и напряжений.Измерение контролировалось измерительной системой, работающей под управлением программы LabView.

Приложение в среде LabView использовалось для записи всего цикла запуска с фиксированным временным шагом. Всего было собрано 524 288 выборок на каждом канале в течение 32 с, поэтому временной шаг составлял примерно 61 микросекунду. Три напряжения, 3 тока и сигнал от датчика положения вала, дающий один импульс на оборот, регистрировались с помощью карты с одновременным отбором проб.После регистрации данные были сохранены в файл на диске.

Расчетная погрешность измерения типа B составила для измерения тока не хуже 1,2% и крутящего момента 2%.

Частотный пуск производился при поддержании постоянного отношения напряжение-частота, при этом система питания допускала небольшое увеличение начального напряжения, что привело к увеличению величины магнитного потока на низких частотах и ​​увеличению крутящий момент в начальной фазе пуска, естественно, с увеличением тока ротора и статора.

Для исследования влияния параметров управления преобразователем частоты на динамику пуска была проведена серия пусков, в которых были изменены два наиболее важных параметра настройки преобразователя частоты питающей сети на базовой частоте 300 Гц и напряжение на этой частоте. частота равна 230 В: начальное напряжение и время нарастания частоты.

Сравнение зависимости времени разгона ротора от времени нарастания частоты при начальном напряжении, равном нулю, и от начального значения напряжения инвертора для выбранного времени нарастания частоты 5 с показано на рисунке 4.На основе диаграмм на рисунке 4 можно установить параметры преобразователя частоты, питающего двигатель, обеспечивающие кратчайшее время разгона ротора при ограничении скачков тока в обмотках статора.

3.2. Сравнение рассчитанных и измеренных динамических характеристик двигателя для привода центрифуги

На рисунках 5 и 6 показаны временные кривые мгновенного значения тока в фазной обмотке статора, электромагнитного момента и скорости вращения при прямом пуске двигателя. -вверх, с сетевым напряжением 50 Гц, для двигателя без дополнительной инерционной массы, которая была измерена и рассчитана с помощью программы DYNF (расчетный момент инерции двигателя Js = 0.00009 кг м ² ). Параметры эквивалентной схемы исследуемого асинхронного двигателя, определенные в ходе расчетов конструкции, показаны в таблице 2. В отличие от этого, на рисунках 7 и 8 показаны аналогичные формы сигналов для двигателя, нагруженного дополнительным моментом инерции ( момент инерции прикрепленного маховика составляет J _м = 0,00445 кг м ² , поэтому общий момент инерции составляет J _с + J _м = 0,00454 кг м ² ). 5, Рисунок 6, Рисунок 7 и Рисунок 8, применяемая математическая модель дает отличное соответствие результатов расчетов результатам измерений.При прямом пуске двигателя при питании от напряжения с частотой сети (50 Гц) расхождение между измеренной и рассчитанной амплитудой первого тока составляет (3,37 — 3,21) / 3,37 × 100 = 4,75%, а расхождение между измеренным и расчетная амплитуда первого крутящего момента составляет (0,555 — 0,547) / 0,547 × 100 = 1,45%. Измеренное и рассчитанное время нарастания скорости вращения практически одинаково. На рисунках 9 и 10 показаны измеренные и рассчитанные формы сигналов пуска двигателя с частотным пуском до частоты 300 Гц, с нулевым начальным напряжением и повышением частоты. время 2 с для двигателя с дополнительной инерционной массой (J = 0.00454 кг м ² ). На рисунке 11 показаны измеренные формы сигналов запуска двигателя с частотой пуска до частоты 300 Гц, с начальным напряжением, равным нулю, и временем нарастания частоты 5 с и 7 с для двигателя. с дополнительной инерционной массой (J = 0,00454 кг · м ² ). Сравнение измеренного динамического электромагнитного момента и скорости вращения при начальном напряжении, равном нулю, и различных временах нарастания частоты показано на рисунке 12 для двигателя с дополнительным инерционная масса (J = 0.00454 кг м ² ). Как показано на рисунках 9, 10, 11 и 12, увеличение времени нарастания скорости с тем же начальным значением напряжения снижает ток и скачки пускового момента, а также увеличивает время пуска двигателя. Увеличение времени нарастания частоты с 2 до 5 с увеличивает время пуска двигателя примерно на 30%, но в то же время снижает максимальное значение пускового тока примерно на 35% и максимальное значение электромагнитного момента примерно на 15% по сравнению с значения, полученные за время, равное 2 с.Еще большее увеличение этого времени (до 7 с) увеличивает время запуска двигателя примерно на 60%. Он снижает максимальное значение пускового тока примерно на 50% и максимальное значение электромагнитного момента примерно на 35%. На Рисунке 13 показаны измеренные формы волны запуска двигателя при начальной частоте с временем нарастания частоты до 300 Гц, что равно 5 с и с разными значениями начального напряжения для двигателя с дополнительной инерционной массой (J = 0,00454 кг · м ² ) .Сравнение измеренного динамического электромагнитного момента и скорости вращения при времени нарастания частоты 5 с, а другое значение начального напряжения показано на рисунке 14 для двигателя с дополнительной инерционной массой (J = 0.00454 кг м ² ) .Повышение начального значения напряжения с тем же временем нарастания скорости увеличивает скачки тока и пускового момента в начальный период пуска и практически не влияет на время пуска двигателя (Рисунок 13 и Рисунок 14).

Анализируя представленные формы сигналов, можно сделать вывод, что наименьшее время разгона двигателя достигается при наименьшем возможном времени нарастания частоты (порядка 2 с) и при начальном напряжении в диапазоне от 0% до 5%. номинального напряжения.

Это основное требование производителей центрифуг для крови. Увеличение начального значения напряжения питания должно применяться только при более высокой нагрузке на барабан центрифуги.

4. Выводы

Сравнение результатов моделирования с измерениями показывает, что предложенная модель обеспечивает высокую точность моделирования для динамических состояний как для прямого пуска на частоте сети, так и для пуска по частоте. Полученные результаты позволяют выбрать оптимальный метод управления с точки зрения управляемого устройства, особенно в анализируемом случае выбора времени нарастания частоты при пуске частоты и начального напряжения для получения оптимального времени пуска.

Разработанная модель также может быть успешно использована для моделирования других динамических состояний, таких как свободный выбег, повторное включение, переключение числа пар полюсов, колебания напряжения и короткое замыкание на клеммах двигателя, реверсирование, торможение встречным подключением или динамическое , как в двигателях малой, так и большой мощности.

Позволяет улучшить конструкцию двигателя для статических рабочих состояний и динамических состояний. В большинстве случаев двигатели предназначены для достижения максимальной эффективности на выбранной частоте.Работа двигателя в широком диапазоне частот, а тем более работа в динамических состояниях, ставит перед проектировщиком новые задачи, в которых представленный инструмент может оказать существенную помощь.

Следует отметить, что модели динамических явлений, используемые в системах управления, часто очень упрощены, так как они не учитывают аспект насыщения и изменения параметров обоймы ротора, вызванные скин-эффектом в обойме ротора. Как нетрудно заметить, параметры двигателя при пуске существенно меняются, поэтому модели с постоянными параметрами обременены значительной погрешностью.Конечно, если статическое управление рассматривается для оптимизации эффективности, используемые модели должны быть расширены, чтобы включить потери в сердечнике.

Управление трехфазным асинхронным двигателем с использованием частотно-регулируемого привода и ПЛК

Различные процессы автоматизации в промышленности требуют управления асинхронными двигателями переменного тока с помощью приводов переменного тока. Здесь представлена ​​надежная система включения / выключения, изменения скорости и направления вращения промышленного трехфазного асинхронного двигателя с использованием частотно-регулируемого привода и ПЛК. Мы используем здесь моторный привод Delta AC для его работы.

Простая панель управления подключается с помощью ПЛК Allen Bradley для демонстрации. Также может быть разработана расширенная SCADA-система Wonderware для Intouch.

Электродвигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. В случае трехфазного переменного тока наиболее широко используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель, так как этот тип двигателя не требует никакого пускового устройства, поскольку является самозапускающимся двигателем.

Рис. 1: Общий вид системы Рис. 2: Блок-схема привода

Какие есть приводы

Часто в промышленности возникает потребность в управлении скоростью 3-фазного асинхронного двигателя.Электроприводы переменного тока Delta могут эффективно управлять скоростью двигателя, улучшать автоматизацию машин и экономить энергию. Каждый привод в своей серии частотно-регулируемых приводов (VFD) разработан для удовлетворения конкретных потребностей применения.

Приводы переменного тока

точно регулируют крутящий момент, плавно справляются с повышенными нагрузками и обеспечивают множество настраиваемых режимов управления и конфигурации. ЧРП может использоваться для изменения скорости, направления и других параметров трехфазного двигателя. Мы используем 2-проводной метод управления скоростью и направлением двигателя.

Работа частотно-регулируемого привода

Первой ступенью ЧРП является преобразователь, состоящий из шести диодов, которые похожи на обратные клапаны, используемые в водопроводных системах. Они позволяют току течь только в одном направлении; направление показано стрелкой в ​​символе диода. Например, всякий раз, когда напряжение фазы A (напряжение аналогично давлению в водопроводных системах) более положительно, чем напряжения фазы B или C, этот диод открывается и пропускает ток.

Когда фаза B становится более положительной, чем фаза A, диод фазы B открывается, а диод фазы A закрывается.То же самое и с тремя диодами на отрицательной стороне шины. Таким образом, мы получаем шесть импульсов тока при открытии и закрытии каждого диода. Это называется 6-пульсным частотно-регулируемым приводом, который является стандартной конфигурацией для современных частотно-регулируемых приводов.

Мы можем избавиться от пульсаций переменного тока на шине постоянного тока, добавив конденсатор. Конденсатор работает аналогично резервуару или аккумулятору в водопроводной системе. Он поглощает пульсации переменного тока и обеспечивает плавное постоянное напряжение.

Диодный мостовой преобразователь, преобразующий переменный ток в постоянный, иногда называют просто преобразователем.Преобразователь, который преобразует постоянный ток обратно в переменный, также является преобразователем, но, чтобы отличить его от диодного преобразователя, его обычно называют инвертором. В промышленности стало обычным называть любой преобразователь постоянного тока в переменный инвертором.

Когда мы замыкаем один из верхних переключателей инвертора, эта фаза двигателя подключается к положительной шине постоянного тока, и напряжение на этой фазе становится положительным. Когда мы замыкаем один из нижних переключателей преобразователя, эта фаза подключается к отрицательной шине постоянного тока и становится отрицательной.Таким образом, мы можем сделать любую фазу на двигателе положительной или отрицательной по желанию и, таким образом, можем генерировать любую частоту, которую мы хотим. Таким образом, мы можем сделать любую фазу положительной, отрицательной или нулевой.

Рис. 3: Принципиальная схема ЧРП Рис. 4: Формы сигналов при различных рабочих частотах и ​​средних напряжениях

Обратите внимание, что выходной сигнал частотно-регулируемого привода имеет прямоугольную форму. ЧРП не выдают синусоидального сигнала. Эта прямоугольная форма волны не будет хорошим выбором для распределительной системы общего назначения, но вполне подходит для двигателя.

Если мы хотим снизить частоту двигателя, мы просто переключаем выходные транзисторы инвертора медленнее. Но если мы уменьшаем частоту, мы также должны уменьшать напряжение, чтобы поддерживать соотношение В / Гц. Это делает широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Представьте себе, мы могли бы контролировать давление в водопроводе, открывая и закрывая клапан на высокой скорости. Хотя это было бы непрактично для водопроводных систем, это очень хорошо работает для частотно-регулируемых приводов.

Обратите внимание, что в течение первого полупериода напряжение присутствует половину времени и выключено в остальное время.Таким образом, среднее напряжение составляет половину 480В, то есть 240В. Импульсируя выход, мы можем получить любое среднее напряжение на выходе частотно-регулируемого привода.

Выбор Delta VFD-M в качестве привода переменного тока

Рис. 5: Delta VFD-M

Delta VFD-M — это векторный микропривод переменного тока без датчика. Его компактная конструкция идеально подходит для работы с двигателями малой и средней мощности. Привод M разработан для обеспечения сверхмалошумной работы и включает несколько инновационных технологий, снижающих помехи.

Этот привод может найти множество применений, таких как упаковочная машина, машина для приготовления пельменей, беговая дорожка, вентилятор с контролем температуры / влажности для сельского хозяйства и аквакультуры, миксер для пищевой промышленности, шлифовальный станок, сверлильный станок, малогабаритный токарный станок с гидравлическим приводом, элеватор, оборудование для нанесения покрытий, малогабаритный фрезерный станок, роботизированный манипулятор литьевого станка (зажим), деревообрабатывающий станок (двусторонний строгальный станок), кромкогибочный станок, эластификатор и т. д.

Рис. 6: Схема подключения выводов VFD-M Рис. 7: Управление цифровой клавиатурой на Delta VFD-M

Шаги для полного управления двигателем

1. Проверить соединения L1, L2, L3; T1, T2, T3 (используются для подачи 3-фазного входа на частотно-регулируемый привод и подключения к нему двигателя) и провода, выходящие из M0, M1 и GND.
2. Включите трехфазное питание.
3. Для программирования VFD-M:
   (i) Нажмите Mode
   (ii) На F60.0 нажмите Enter
   (iii) Нажмите Mode
   (iv) Выберите соответствующий параметр с помощью клавиш вверх / вниз на клавиатуре.
   (v) Например, для Pr0 выберите P 00.
   (vi) В соответствии с руководством установите параметры для требуемого режима работы
   (vii) Нажмите EnterEnd

Примечание: В любой момент нажмите Mode, чтобы перейти к предыдущему шагу.

Для двигателя, работающего от внешнего управления, у нас есть три режима работы; два — 2-проводный метод, а один — 3-проводный. Помимо этого, существует метод по умолчанию, которым можно управлять с цифровой клавиатуры.

Сначала выполните пробный запуск, чтобы проверить все соединения.

Пробный пуск для VFD

Заводская установка источника управления — с цифровой клавиатуры (Pr.01 = 00). Вы можете выполнить пробный запуск с помощью цифровой клавиатуры, выполнив следующие действия:

1. После подачи питания убедитесь, что на дисплее отображается F60.0Hz. Когда привод двигателя переменного тока находится в режиме ожидания, загораются светодиоды STOP и FWD.
2. Нажмите кнопку «вниз», чтобы установить частоту 5 Гц.
3. Нажмите кнопку запуска. Загораются светодиоды RUN и FWD, что указывает на поступление рабочей команды.А если вы хотите перейти на обратный ход, вам следует нажать кнопку «вниз». И если вы хотите замедлить, чтобы остановиться, нажмите кнопку остановки / сброса.

Программирование VFD-M

Есть два контакта, M0 и M1. Когда M0 закрыт, VFD переходит в рабочий режим. Если он открыт, двигатель не вращается. M1 определяет направление вращения. Если M1 открыт, он вращается в прямом направлении; если закрыт, то в обратном направлении.
Параметры для вышеуказанного режима установлены как:

Пр.00 установлен на 01 (для управления главной частотой с помощью потенциометра)
Pr.01 установлен на 01 (внешнее управление, через M0, M1)
Pr.38 установлено на 01 (M0, M1 настроены как работа / останов и вперед / назад)

Задайте для Pr.00 значение 00 для управления основной частотой с цифровой клавиатуры и 01 для управления с помощью потенциометра, прикрепленного, как показано на схеме подключения первого контакта.

Пар.38 должен быть установлен на 01, как показано на схемах выше.

После того, как все эти параметры установлены, следуйте рабочим шагам в 2-проводном режиме для запуска двигателя.

Рис. 8: Двухпроводный режим: только Пар.38 может быть установлен на «1»

Рис.9: лестничная диаграмма для управления

Использование ПЛК Рис. 10: Плата управления двигателем. Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

очень эффективно поддерживают цифровой ввод / вывод. Таким образом, ПЛК также можно использовать для управления работой частотно-регулируемого привода, а значит, и для управления подключенным трехфазным асинхронным двигателем.

Рис. 11: Подключение ПЛК Allen Bradley

ПЛК Allen Bradley MicroLogix 1000 подключается к Delta VFD-M и программируется с помощью лестничного программирования с использованием RS Logix.

Мы подключили M0 и M1 к O2 и O3 (выходам) ПЛК и управляли O2 и O3 с помощью лестничной логики. На рис. 4 показана логика, определенная для режима 01, то есть Pr.38 = 01. O: 0,0 / 2 подключен к M0.

Рис. 12: Изменение скорости асинхронного двигателя с помощью потенциометра

Когда I: 0,0 / 2 установлено на, он переводит двигатель в рабочий режим. Теперь, даже если I: 0.0 / 2 выключен, O: 0.0 / 2 остается включенным из-за определенной логики. Его можно остановить только повторным нажатием I: 0.0 / 2.

I: 0,0 / 3 контролирует O: 0.0/5, который, в свою очередь, подключен к M1, который определяет направление вращения двигателя.

Рис. 13: Трехфазный асинхронный двигатель

0: 0,0 / 3 — это светодиод, который загорается, когда двигатель находится в рабочем режиме.

0: 0,0 / 5 — это светодиод, который загорается, когда двигатель вращается в прямом направлении, и выключается при обратном вращении.

Любите читать эту статью? Вам также может понравиться Создание системы управления ПК с использованием Wonderware InTouch SCADA и Allen Bradley PLC

---

Джоби Энтони — магистр компьютерных технологий из США, в настоящее время работает инженером-инженером в ядерном межуниверситетском ускорительном центре (IUAC), Нью-Дели.Он также был приглашенным ученым в ЦЕРН, Женева,

.

Акшай Кумар — студент технологического факультета Делийского технологического университета, Нью-Дели, в настоящее время стажер в IUAC

Эта статья была впервые опубликована 22 июля 2016 г. и недавно обновлена ​​27 декабря 2018 г.

Выбор подходящего электродвигателя

Производители все чаще задумываются об энергоэффективности . Более зеленая и экологически чистая экономика — одна из целей Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года, которую взяли на себя многие государства.Но прежде всего в целях ограничения потребления и экономии в последние годы промышленность приобретает более энергоэффективное оборудование. Согласно исследованию Европейской комиссии, на двигатели приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе. Поэтому принятие мер в отношении двигателей является важным шагом на пути к сокращению выбросов CO2. Комиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20–30%. В результате будет на 63 миллиона тонн меньше CO2 в атмосфере и на 135 миллиардов киловатт-часов.

Если вы также хотите интегрировать энергоэффективные двигатели и получить экономию, внося свой вклад в развитие планеты, вам сначала нужно взглянуть на стандарты энергоэффективности для двигателей в вашей стране или географической области . Но будьте осторожны, эти стандарты распространяются не на все двигатели, а только на асинхронные электродвигатели переменного тока .

Международные стандарты

• Международная электротехническая комиссия (МЭК) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, размещенных на рынке, известные как код IE, которые кратко изложены в международном стандарте МЭК
.
• IEC определила четыре уровня энергоэффективности, которые определяют энергетические характеристики двигателя:
  • IE1 относится к СТАНДАРТНОЙ эффективности
  • IE2 относится к ВЫСОКОМУ КПД
  • IE3 относится к эффективности PREMIUM
  • IE4 , все еще изучается, обещает СУПЕР ПРЕМИУМ эффективность
• МЭК также внедрила стандарт IEC 60034-2-1: 2014 для испытательных электродвигателей .Многие страны используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

ЕС уже принял несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей размещать на рынке энергоэффективные двигатели:

• Следовательно, класс IE2 является обязательным для всех двигателей с 2011 года
• Класс IE3 является обязательным с января 2015 года для двигателей мощностью 7.От 5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты)
• Класс IE3 является обязательным с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).

В США

В США действуют стандарты, определенные американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на IE2.
Та же классификация применяется к Австралия и Новой Зеландии .

Азия

В China корейские стандарты MEPS (минимальный стандарт энергоэффективности) применяются к трехфазным асинхронным двигателям малого и среднего размера с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были гармонизированы со стандартами IEC, перейдя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.

Япония гармонизировала свои национальные правила с классами эффективности IEC и включила электродвигатели IE2 и IE3 в свою программу Top Runner в 2014 году.Представленная в 1999 году программа Top Runner вынуждает японских производителей постоянно предлагать на рынке новые модели, которые более энергоэффективны, чем предыдущие поколения, тем самым стимулируя эмуляцию и инновации в области энергетики.

Индия имеет знак сравнительной эффективности с 2009 года и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.

Асинхронный двигатель

: как он работает? (Основы и типы)

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель (также известный как асинхронный двигатель ) — широко используемый электродвигатель переменного тока.В асинхронном двигателе электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора. Ротор асинхронного двигателя может быть ротором с короткозамкнутым ротором или ротором с намоткой.

Асинхронные двигатели называются «асинхронными двигателями», потому что они работают со скоростью, меньшей, чем их синхронная скорость. Итак, первое, что нужно понять — что такое синхронная скорость? Типичный асинхронный двигатель

Синхронная скорость

Синхронная скорость — это скорость вращения магнитного поля во вращающейся машине, и она зависит от частоты и числа полюсов двигателя. машина.Асинхронный двигатель всегда работает со скоростью меньше, чем его синхронная скорость.

Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, создает магнитный поток в роторе, следовательно, заставляя ротор вращаться. Из-за запаздывания между магнитным потоком в роторе и магнитным потоком в статоре ротор никогда не достигнет своей скорости вращения магнитного поля (т. Е. Синхронной скорости).

Существует два основных типа асинхронных двигателей . Типы асинхронных двигателей зависят от входного источника питания.Есть однофазные асинхронные двигатели и трехфазные асинхронные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели не являются самозапускающимися двигателями, а трехфазные асинхронные двигатели — самозапускающимися двигателями.

Принцип работы асинхронного двигателя

Нам нужно дать двойное возбуждение, чтобы двигатель постоянного тока вращался. В двигателе постоянного тока мы подаем одно питание на статор, а другое — на ротор через щеточное устройство. Но в асинхронном двигателе мы даем только один источник питания, поэтому интересно узнать, как работает асинхронный двигатель.

Это просто, из самого названия мы можем понять, что здесь задействован процесс индукции. Когда мы подаем питание на обмотку статора, в статоре создается магнитный поток из-за протекания тока в катушке. Обмотка ротора устроена так, что каждая катушка замыкается накоротко.

Поток от статора отсекает короткозамкнутую катушку в роторе. Поскольку катушки ротора закорочены, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ток начнет течь через катушку ротора.Когда ток через катушки ротора течет, в роторе генерируется другой поток.

Теперь есть два потока, один поток статора, а другой поток ротора. Поток ротора будет отставать от потока статора. Из-за этого ротор будет ощущать крутящий момент, который заставит ротор вращаться в направлении вращающегося магнитного поля. Это принцип работы как однофазных, так и трехфазных асинхронных двигателей.

Типы асинхронных двигателей

Типы асинхронных двигателей можно классифицировать в зависимости от того, являются ли они однофазными или трехфазными асинхронными двигателями.

Однофазный асинхронный двигатель

Типы однофазных асинхронных двигателей включают:

1. Двухфазный асинхронный двигатель
2. Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском
3. Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском и конденсаторным запуском
4. Трехфазный асинхронный двигатель с экранированными полюсами

906 Асинхронный двигатель

Типы трехфазных асинхронных двигателей включают:

1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
2. Асинхронный двигатель с контактным кольцом

Мы уже упоминали выше, что однофазный асинхронный двигатель не является самозапускаемым двигателем, и что трехфазный асинхронный двигатель самозапускается.Итак, , что такое самозапускающийся двигатель?

Когда двигатель запускается автоматически без приложения какой-либо внешней силы к машине, тогда двигатель называется «самозапуском». Например, мы видим, что когда мы включаем выключатель, вентилятор начинает вращаться автоматически, так что это самозапускающийся механизм.

Следует отметить, что вентилятор, используемый в бытовой технике, представляет собой однофазный асинхронный двигатель, который по своей природе не запускается автоматически. Как? Возникает вопрос, как это работает? Обсудим это сейчас.

Почему трехфазный асинхронный двигатель самозапускается?

В трехфазной системе есть три однофазные линии с разностью фаз 120 °. Таким образом, вращающееся магнитное поле имеет ту же разность фаз, которая заставляет ротор двигаться.

Если мы рассмотрим три фазы a, b и c, когда фаза a намагничивается, ротор будет двигаться к фазе a обмотки a, в следующий момент фаза b намагнитится и притянет к себе ротор, а затем фаза c . Таким образом, ротор продолжит вращаться.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя — видео

Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается автоматически?

У него только одна фаза, но она заставляет ротор вращаться, так что это довольно интересно. Перед этим нам нужно знать, почему однофазный асинхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем и как решить эту проблему. Мы знаем, что источник переменного тока представляет собой синусоидальную волну и создает пульсирующее магнитное поле в равномерно распределенной обмотке статора.

Поскольку мы можем предположить, что пульсирующее магнитное поле представляет собой два противоположно вращающихся магнитных поля, результирующий крутящий момент не будет создаваться при запуске, и, следовательно, двигатель не работает. Если после подачи питания ротор вращается в любом направлении под действием внешней силы, то двигатель начнет работать. Эту проблему можно решить, разделив обмотку статора на две обмотки — одна основная обмотка, а другая вспомогательная.

Один конденсатор подключаем последовательно со вспомогательной обмоткой.Конденсатор будет создавать разность фаз, когда ток течет через обе катушки. Когда есть разность фаз, ротор генерирует пусковой крутящий момент, и он начинает вращаться.

Практически мы видим, что вентилятор не вращается, когда конденсатор отсоединяется от двигателя, но если мы вращаем рукой, он начинает вращаться. Вот почему мы используем конденсатор в однофазном асинхронном двигателе.

Из-за различных преимуществ асинхронного двигателя существует широкий спектр применения асинхронного двигателя.Одно из их самых больших преимуществ — их высокий КПД, который может доходить до 97%. Основным недостатком асинхронного двигателя является то, что скорость двигателя зависит от приложенной нагрузки.