Управління трифазним двигуном з короткозамкненим ротором з переключенням фаз з зірки на трикутник

17

Тема: Управління трифазним двигуном з короткозамкненим ротором з переключенням фаз з зірки на трикутник

Зміст

• Розділ І. Будова трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором
• Розділ ІІ. З'єднання обмоток електродвигунів і позначення їх виводів
• Розділ ІІІ. Способи пуску в хід асинхронних двигунів
• Розділ ІV. Апарати керування
• Список використаних джерел

Розділ І. Будова трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

Більшість стаціонарно встановлених машин і механізмів приводяться в дію за допомогою трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим (рідше з фазним) ротором. Їх потужність зазвичай не перевищує 30...40 квт. На окремих механізмах невеликої потужністі встановлюються однофазні двигуни.

Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором є найдешевшим, простим за конструкцією, надійним в роботі і в експлуатації. Конструкція його складається з двох основних частин: ротора і статора. Статор складається із станини, що є одночасно корпусом машини, укріпленого в ній осердя, набраного з окремих штампованих листів електротехнічної сталі, і обмотки, укладеної в пазах. (Рис.1)

Рис.1. Асинхронний електродвигун трифазного змінного струму:

а - розібраний двигун, б - "біляча клітка" короткозамкненого ротора,

в - короткозамкнений ротор в зібраному вигляді; 1 - осердя ротора,

2 - вал, 3 і 8 - підшипникові щити, 4 - станина, 5 - обмотка статора

6 - жалюзі вентиляційних отворів, 7 - коробка виводів, 9 - вентилятор,

10 - стрижні "білячої клітки", 11 - замикаюче кільце

Станина відливається з чавуну або алюмінієвого сплаву і може мати зовнішні приливи, звані, лапами, для кріплення двигуна до опорної основи. Для кращого охолоджування корпусам двигунів із зовнішнім обдуванням надають ребристу форму.

Бажану частоту обертання асинхронних двигунів отримують, виготовляючи обмотки статора на відповідне число пар полюсів. Більш застосовні електродвигуни з 1, 2, 3 і 4 парами полюсів. Оскільки ротор обертається несинхронно з полем статора, то частота обертання короткозамкненого електродвигуна на З...6% нижче синхронной.

Ротор обертається на валу в підшипниках, закрепленных в підшипникових щитах. Його осердя набирається з окремих штампованих листів електротехнічної сталі і є магнітопроводом. Обмотка кріпиться в пазах осердя, і залежно від її конструкції (фазна або короткозамкнута) двигуни мають различные властивості.

Обмотка короткозамкненого ротора виконується шляхом заливки в пази осердя розплавленого алюмінію. При цьому з боків торців ротора відлилися замикаючі кільця і вентиляційні лопатки.

Такі двигуни відрізняються простотою пуску (прямим включенням статора на повну напругу мережі без яких-небудь регулюючих пристроїв). Але їх пусковий струм перевищує номінальний в 4...7 разів. Для двигуна це не небезпечно, але в мережі виникають чутливі коливання напруги. При недостатній потужності трансформатора двигун може не розвернутися.

Конструкційно електричні двигуни розділяють за способом кріплення і монтажу і по ступеню захисту від впливу навколишнього середовища.

Вали і підшипники кочення електродвигунів рассчитаны на застосування кліноременних і зубчатих передач. По розташуванню і конструкції підшипників, а також за способом кріплення і монтажу двигуни можуть мати різні форми виконання. Найбільш применимы двигуни з горизонтальним валом, з двома щитовыми підшипниками і станиною на лапах для кріплення на горизонтальній або вертикальній (наприклад, на стіні) опорній підставі.

Розділ ІІ. З'єднання обмоток електродвигунів і позначення їх виводів

Якщо кінці фаз з'єднати між собою в спільну точку (цю точку називають нейтраллю), - це з'єднання зіркою (рис.2, а); якщо ж кінець першої фази з'єднати з початком другої фази, кінець другої - з початком третьої, а кінець третьої фази - з початком першої, то буде з'єднання трикутником (рис.3, а). Проводи, приєднані до початків фаз (при з'єднуванні зіркою) або спільних точок початків і кінців фаз (при з'єднуванні трикутником), називають лінійними проводами. Провід, приєднаний до нейтральної точки, називають нейтральним проводом. Напругу між початком і кінцем фази, тобто між лінійним і нейтральним проводами, називають фазною напругою і позначають Ј/ф. Напруга між початками фаз, тобто між лінійними

Рис.2. Принципова схема з'єднання зіркою:

а - фаз генератора; 6 - електроприймача

Рис.3. Принципова схема з'еднання трикутником:

а - фаз генератора; б - електроприймачів

Статор одношвидкісних трифазних асинхронних двигунів має три обмотки, які можуть з'єднуватись в зірку або в трикутник. Обмотки можуть бути з'єднані усередині статора, тоді на поверхню корпусу виводяться тільки їх початки для підключення до джерела живлення заданої напруги (Рис.4. а). Частіше на поверхню корпусу для з'єднання і підключення до джерела живлення виводяться початки і кінці обмоток і кріпляться до затисків (якщо є дошка затисків). Для зручності з'єднання обмоток в зірку або в трикутник їх кінці на дошці затисків розташовують так, як показано на рис.4, б.

Рис.4. Схеми з'єднання обмоток статора трифазних електродвигунів з трьома (а) і шістьма (б) виводами

Часто застосовують пуск двигунів способом перемикання статорної обмотки з зірки на трикутник (рис.5). В момент пуску статорну обмотку з'єднують зіркою, а після того як двигун розів'є частоту, наближену до нормальної, її перемикають трикутником. За такого способу пуску двигуна сила пускового струму в мережі знижується в три рази порівняно з силою пускового струму, який споживався б двигуном, коли б статорна обмотка під час пуску була з'єднана трикутником. Цей спосіб пуску можна застосовувати для двигуна, статорна обмотка якого, живлячись від мережі з певною напругою, має бути з'єднана трикутником.

Рис.5. Схема пуску короткозамкненого асинхронного двигуна перемиканням обмотки статора з зірки на трикутник

Розділ ІІІ. Способи пуску в хід асинхронних двигунів

Схеми пуску двигунів в хід повинні передбачати створення великого пускового моменту при невеликому пусковому струмі і, отже, при невеликому падінні напруги при пуску. При цьому може бути потрібним плавний пуск, підвищений пусковий момент і т.д.

На практиці застосовуються наступні способи пуску:

безпосереднє приєднання до мережі - прямий пуск;

пониження напруги при пуску;

включення опору в ланцюг ротора в двигунах з фазним ротором.

Прямий пуск

Прямий пуск застосовується для двигунів з короткозамкненим ротором. Для цього вони проектуються так, щоб пускові струми, що протікають в обмотці статора, не створювали великих механічних зусиль в обмотках і не приводили до їх перегріву. Але при прямому пуску двигунів великої потужності в мережі можуть виникати неприпустимі, більше 15%, падіння напруги, що приводить до нестійкої роботи пускової апаратури (деренчання), підгоряння контактів і практично до неможливості пуску. Такі явища можуть бути в малопотужній мережі або при великому видаленні від підстанції двигуна, що пускається.

Прямий пуск двигуна від малопотужної мережі

У малопотужній мережі умови пуску двигуна погіршуються для самого двигуна, погіршується робота вже включених двигунів і ламп розжарювання, тому повинні бути обмеження по потужності двигуна залежно від виду навантаження мережі і кількості пусків двигуна.

Пуск при зниженій напрузі

Цей спосіб пуску застосовується для двигунів середньої і великої потужності при обмеженій потужності мережі. Розглянемо деякі способи пониження напруги при пуску.

Перемикання обмотки статора двигуна з пускової схеми зірка на робочу схему трикутник.

Для кращого розуміння способу пуску розберемо схеми з'єднання обмоток двигунів і вплив цих схем на величину фазної напруги двигуна при заданій лінійній напрузі.

Обмотки двигунів можуть з'єднуватися зіркою аботрикутником. Тип з'єднання визначає співвідношення між напругою на затисках двигуна і напругою на фазах його обмотки, тобто номінальною напругою двигуна. Напруга на затисках двигуна вимірюється між його зажимами і називається лінійною, і на фазі обмотки - між її початком і кінцем і називається фазною. Як відомо, при з'єднанні трикутником напруги лінійна і фазна рівні, а при сполученні зіркою лінійна напруга більше фазної в разів.

Двигун може мати в коробці затисків три або шість кінців. За наявності шести кінців можливе сполучення двигуна зіркою або трикутником залежно від напруги мережі, до якої приєднуватиметься двигун, і його номінальної напруги.

Якщо номінальна напруга двигуна 220 В, то при лінійній напрузі мережі 380 В його потрібно сполучати зіркою, а при лінійній напрузі мережі 220 в - трикутником.

При номінальній напрузі двигуна 380 В і лінійній напрузі мережі 380 В двигун потрібно сполучати трикутником, а при лінійній напрузі мережі 660 В - зіркою.

Як сполучати вивідні кінці двигуна при різних схемах з'єднання його обмоток, видно з схем з'єднання обмоток, показаних на рис.4. де вказані стандартні позначення кінців і початків фазних обмоток двигуна.

Якщо в коробці затисків двигуна є три виведення обмоток із затисками, то він має певну схему з'єднань обмоток залежно від напруги, на яку розрахований.

Схема пуску двигуна включенням на пускову схему зірка і з перемиканням на робочу схему трикутник показана на Рис.6.

Перед пуском двигуна включаються вимикачі QS1, QF2 і SF2. При натисненні на кнопку SB2 включається пускач КМ2.1, що сполучає кінці фазних обмоток двигуна в зірку. Одночасно включається реле часу КТ1, замикаючи контакт КТ1.3, що шунтує контакти кнопки SB2. З витримкою часу, необхідного для розгону двигуна, вимикається контакт КТ1.1 реле часу, відключаючи пускач КМ2.1, і включається контакт КТ1.2, включаючий пускач КМ2.2, переключаючий кінці фазних обмоток двигуна на трикутник, і двигун продовжує працювати.

Оскільки при пуску двигуна при підключенні по схемі зірка фазна напруга обмотки зменшується в разів в порівнянні з схемою трикутник, то фазні струми також зменшуються в разів, які рівні лінійним струмам при цій схемі. Але при схемі трикутник, що є робочою в даному випадку, фазні струми менше лінійних в разів, а при пусковій схемі зірка виходить ще зменшення фазних струмів в разів, і в результаті лінійні струми, рівні фазним при пусковій схемі зірка, зменшуються в 3 рази.

Після розгону двигуна обмотка його статора перемикається на нормальну схему трикутник, тому схема пуску двигуна стисло називається схемою пуску перемиканням із зірки на трикутник.

Рис.6. Схема пуску трифазного асинхронного електродвигуна включенням на пускову схему "зірка" і з перемиканням на робочу схему "трикутник": SВ - кнопка КМЕ4201 (червона); SB2 - кнопка КМЕ4201 (чорна); КМ2.1, КМ2.2 - пускач ПМА-3100У4, 220 В; КТ1 - проміжне реле РПЛ2204, 220 В пневмоприставка ПВЛ1104; М2 - електродвигун А02-72-2.30 квт, 2910 об/мин; QF2 - вимикач автоматичний АЕ2046, 63 A; SF2 - вимикач автоматичний А63, 4 A; QS1 - выключатель пакетний ПВЗ-100.

Розділ ІV. Апарати керування

Електричними апаратами називають електротехнічні пристрої, призначені вмикання та вимикання, керування, регулювання та захисту електрообладнання та ділянок електричних мереж.

Електротехнічні пристрої з'єднують або роз'єднують електричні кола за допомогою електричних контактних з'єднань. Місце приєднання елементів електричних з'єднань називають електричним контактом. Деталі за допомогою яких утворюється електричний контакт, називають контактами.

Пакетні вимикачі

Для одночасного вмикання та вимикання декількох електричних мереж застосовують пакетні вимикачі та перемикачі, які складаються з двох основних частин: контактної системи та перемикаючого механізму рис.7 а, б. Контактна система набирається з окремих пакетів кожен з яких складається з ізолятора 2 та розміщених в його пазах нерухомих контактів 5. Нерухомі контакти 5 мають виводи, до яких за допомогою гвинтів під'єднуються підвідні проводи. В середній частині ізолятора розташовані пружинні рухомі контакти 7 з фібровими іскрогасильними шайбами 6. Пакети вимикачів збирають на шпильках в скобі 1, після встановлення кришки 3 їх стягують гайками. Механізм переключення складається з рукоятки 4 з валом, що з'єднаний з пристроєм фіксованих положень вимикача в кришці 3 та механізмом миттєвої зміни положень контактів 7. Швидкість перемикань рухомих контактів не залежить від швидкості обертання рукоятки 4.

Рис.7. Пакетний вимикач: а - загальний вигляд, б - секція (пакет)

Змінюючи кількість пакетів і взаємне розташування контактів, можна збирати складні схеми ввімкнення і перемикання.

Пакетні вимикачі випускаються на струми до 250 А і напругу до 380 В. Їх комутаційна стійкість проти спрацювання становить 10000 циклів. У схемах неавтоматичні вимикачі зображуються так само, як і відокремлювачі.

Універсальні перемикачі широко використовують для перемикання в електричних колах, постів керування, полюсів багатошвидкісних електродвигунів малої потужності. Вони складаються з секцій (Рис.8), а кожна контактисекція - з нерухомого контакту 4, лівого 3 і правого 5 рухомих контактів, ізоляційних кулачкових шайб 6, які встановлюються на центральний валик 7. Рухомі контакти закріплені на скобах 1. Під час повороту рукоятки повертаються ізоляційні кулачкові шайби. При попаданні шплінта 2, розмішеного на скобі, у западину кулачкової шайби рухомий контакт замикається з нерухомим.

Рис.8. Секція універсального перемикача: 1 - скоба; 2 - шплінт; 3 - лівий рухомий контакт; 4 - нерухомий контакт; 5 - правий рухомий контакт; 6 - кулачкові шайби; 7 - центральний вали

Рис.9. Кнопковий елемент.

Автомати

Для дистанційного керування роботою верстата застосовують кнопки керування, які можуть, мати одну або декілька пар контактів рис.9. При натисканні на головку 1 переміщується стержень 5, на якому розташовано рухомий контакт 3, при цьому розмикається верхня пара контактів 2 і замикається нижня пара контактів 4Для автоматичного розмикання електричних мереж при порушенні нормального режиму їх роботи (коротке замикання, перевантаження, падіння або вимкнення напруги) застосовують автомати.

Конструкція автомата приведеного на рис.10. а-в, дозволяє практично миттєво розмикати електричне коло при підвищених струмах, на які розрахований автомат.

Автомат має пластмасовий корпус який складається з основи 1, на якому змонтовано механізм автомата з дугогасильними елементами 2 і 3 та кришку 4, яка кріпиться до основи гвинтами.

Рис.10. Автомат: а - Вимкнений, б - вимкнений вручну, в - ввімкнений.

Контактна система автомата складається з нерухомих 19 та рухомих 18 контактів, розміщених на контактному важелі 17, важіль повертається на осі 16 і з'єднаний із ламаючимися контактами 7 з рукояттю 6.

Для вмикання автомата після автоматичного його вимикання рукоять 6 необхідно перевести в нижнє положення, при якому входять в зачеплення важелі 8 і 9 механізму вільного розчеплення, після чого перевести її вгору. При цьому пружини 5 переміщують шарнір, що з'єднує важелі що ламаються 7, з положення показаному на рис.2.6 в, при якому відбувається поворот контактного важеля 17 навколо нерухомої вісі 16; при цьому контакти 18 і 19 замикаються. Рухомі контакти всіх полісів автомата розташовані на одному ізольованому валу 15 в зв'язку з чим вмикання контактів різних фаз відбувається одночасно.

Для ручного вимикання автомата рукоятку 6 необхідно перевести в нижнє положення. При цьому під дією пружин 5 шарнір важелів що ламаються 7 пройде через мертве положення, а контакти 18 та 19 розімкнуться зі швидкістю не залежною від швидкості переводу рукоятки оператором.

Автомати з потужними контактами і дугогасінням здатні вимикати струми короткого замикання, внаслідок чого вони мають малу стійкість проти спрацювання.

Менш потужні контактори мають значну стійкість проти спрацювання. Контактор - це суто оперативний апарат для споживачів, що перемикаються часто, але він має вмикатися після автомата (або запобіжників) для захисту від струмів короткого замикання.

Магнітні пускачі

Магнітний пускач являється комбінованим апаратом дистанційного керування, що складається із контактора, додаткового теплового реле.

Він застосовується для пуску, зупинки та зміни напрямку обертання електродвигуна. В якості апарата захисту він вимикає двигун при недопустимих навантаженнях, а також при відсутності напруги. Найбільш поширені контактори П6 і ПА (Рис.11)

Рис.11. Контактор:

1 - стальна скоба, 2 - пластмасова колодка, 3 - осердя, 4 - пружина, 5 - котушка, 6 - головка, 7 - рухомий контакт, 8 - циліндрична контактна пружина, 9 - амортизаційна пружина, 10 - траверса, 11 - плоска пружина, 12 - мостик, 13 - пластина з нерухомим контактом, 14 - гвинт для приєднання проводів (шин) зовнішньої мережі

Контактор (Рис.12) магнітного пускача являє собою моноблочну конструкцію зі струмоведучими деталями, ізольованими від корпуса апарата, і складається з магнітної системи, в яку входять котушка 3, якір 4 та осердя 20, контактної системи, в яку входять блок-контакти 6, нерухомі контакти 16 та мостик контактів 15 з рухомими контактами, та механізму, в який входять пружина 12, важіль 10 і траверса 11.

Рис.12. Контактор: 1 - основа, 2 - упор якоря, 3 - котушка,, 4 - якір, 5 - дугогасильна камера, 6 - блок-контакти, 7 - вал важеля, 8 - втулка, 9 - стійка, 10 - важіль, 11 - траверса, 12 - пружина, 13 - вкладиш, 14 - контактна пружина, 15 - мостик контактів, 16 - нерухомий контакт, 17 - скоба, 18 - амортизаційна пружина осердя,19 - чека осердя,20 - осердя

Пускач ПМ-711 (Рис.13) дозволяє здійснювати місцеве та дистанційне керування (пуск та зупинку) електродвигуном, нульовий захист, що запобігає повторному самозапуску електродвигуна при відновленні раніше напруги що зникла, а також тепловий захист електродвигунів від перевантажень за допомогою теплових реле на струми до 250А, що вмикаються у дві фази електричної мережі.

Рис.13. Маслонаповнений магнітний пускач ПМ-711 підвищеної надійності проти вибуху: 1 - рукоятка кнопки "Стоп" і "Хід", 2 - кнопка "Стоп" і "Хід", 3 - бак,4 - муфта, 5 - втягуюча котушка, 6 - панель, 7 - затиски мережі керування, 8 - коробка, 9 - заземлюючий болт, 10 - мала кришка, 11 - затиски силової мережі, 12 - кришка пускача, 13 - максимальний тепловий розчеплювач, 14 - вікно маслопоказчика, 15 - показчик рівня масла, 16 - блокувальні контакти, 17 - головні контакти

Електричні реле

Електричне реле - це апарат для стрибкоподібної зміни параметрів вихідної величини при зміні вхідної величини.

Широкого використання набули вимірювальні електричні реле. Вони призначені для спрацьовування із заданою точністю при заданому значенні або значенні характеристичної величини.

Вимірювальні електричні реле можуть бути:

електричні максимальні або мінімальні, які спрацьовують при значеннях характеристичної величини, відповідно більшої або меншої від заданого значення;

електричні реле напруги, струму, частоти, характеристичною величиною яких є відповідно напруга, струм, частота;

електричні реле потужності, характеристичною величиною яких є добуток струму, напруги та синусоїдальної функції кута між ними;

електричне реле зсуву фаз, характеристичною величиною якого є кут між векторами двох вхідних діючих величин;

електричне реле опору, характеристичною величиною якого є функція, що визначається відношенням вхідних діючих напруг до вхідних діючих струмів.

Реле, робота якого грунтується на використанні відносного переміщення елементів під дією електричного струму, називається електромеханічним.

За принципом дії електромеханічні реле поділяються на електромагнітні, магнітоелектричні, електродинамічні та індукційні.

У системах електроавтоматики застосовують реле часу. Його використовують для підрахування часу після подачі на нього командного імпульсу. Сигнал на виході реле часу зсунутий у часі по відношенню до сигналу, що подається на вхід реле.

При замиканні контакту КУ магнітне поле в котушці зникає і створює в її витках є. р. с, під дією якої у замкнутому контурі, утвореному котушкою і контактом КУ, потече струм. Цей струм сповільнить зменшення магнітного потоку, і якір реле деякий час буде притягнутий до осердя. Поступово сила струму в цьому контурі буде зменшуватися, і через деякий час якір під дією пружини 2 відпаде, що призведе до розмикання його контактів. На рис. (Рис.14) зображено теплове реле ТРП, що вбудоване в магнітний пускач разом з контактором ПА-400:

Рис.14. Теплове реле ТРП, вбудоване в магнітний пускач разом з контактором ПА-400:

а - принцип пристрою (стрілками показаний шлях проходження струму),

б - зовнішній вигляд реле;

1 - будова рухомого контакту,

2 - термобіметалічний елемент,

3 - кнопка ручного повертання рухомого контакту, 4 - регулятор уставок струму,

5 - нагрівач термобіметалевого елемента, 6 - нерухомий розмикаючий контакт,

7 - рухомий розмикаючий контакт, Іп - повний струм, що проходить через реле,

Ін - струм, що проходить через нагрівач, Іте - струм, що проходить через термобіметалічний елемент реле

Список використаних джерел

1. ???????? ?.?. ?????? ??????????????????? ???????????? ???????????: ??????? ??? ????, ????. - ????. ??????. - 4-? ???., ???????. ? ???. - ?.: ????. ?????, 1979. - 256 ?, ??. - (??????????????????. ??????????).

2. ?????? ?.?., ???????? ?.?., ???????? ?. X. ?? ??. ????????? ?????????????? ??? ?????????? ????????: ??????. ??? ????? ????.-????. ???????? ? ??????????. ??????? ????. - ??? ?? ?????, ??????. - ?.: ???????, 1997. - 191 ?.

3. ?????? ?.?. ? ????????? ?.?. ??? ??????????, ??????, ???????????? ? ?????? ???????????? ????????????????. ???. 3-?, ???????. ??????? ??? ??????. - ??????. ??????? ????????? ? ????. ??????? ?? ??????.?., "?????? ?????", 1972 (I ??) 352 ?. ? ???.

4. ??????? ?.?. Э????????????? ?? ??????? ????????????? ?????: ????. ??? ????. -

5. ????????? ?.?. ?????????? ?????????