Схемы управления электродвигателями

короткозамкнутой  и  фазной  обмотками.  Первый  вид   двигателей   называют

асинхронными  двигателями   с  короткозамкнутым   ротором,   а   второй   –

асинхронными  двигателями с фазным ротором  или  асинхронными  двигателями  с

контактными  кольцами.  Наибольшее   распространение   имеют   двигатели   с

короткозамкнутым  ротором.

  Сердечник  ротора  также  набирают  из  стальных  пластин  толщиной  0,5мм,

изолированных лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи.

  Пластины  штампуют с впадинами и собирают  в пакеты, которые крепят на  валу

машины. Из пакетов  образуются  цилиндры  с  продольными  пазами,  в  которых

укладывают  проводники  обмотки  ротора.  В  зависимости  от  типа   обмотки

асинхронные  машины  могут  быть  с  фазным  и   короткозамкнутым   ротором.

Короткозамкнутая  обмотка ротора выполняется  по  типу  беличьего  колеса.  В

пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцевых  сторонах

медными кольцами.  Часто  короткозамкнутую  обмотку  ротора  изготовляют  из

алюминия.  Алюминий  в  горячем  состоянии  заливают  в  пазы   ротора   под

давлением.   Такая   обмотка   всегда   замкнута   накоротко   и   включение

сопротивления в нее невозможно.  Фазная  обмотка  ротора  выполнена  подобно

статорной,  то  есть  проводники  соответствующим  образом  соединены  между

собой, образуя  трехфазную  систему.  Обмотки  трех  фаз  соединены  звездой.

Начала  этих  обмоток  подключены  к   трем   контактным   медным   кольцам,

укрепленным на валу ротора. Кольца изолированы друг от друга  и  от  вала  и

вращаются вместе с ротором. При вращении колец  поверхности  их  скользят  по

угольным или медным щеткам, неподвижно  укрепленным  над  кольцами.  Обмотка

ротора может  быть замкнута на какое-либо  сопротивление  или  накоротко  при

помощи указанных  выше щеток.

  Двигатели  с короткозамкнутым ротором   проще  и  надежнее  в   эксплуатации,

значительно дешевле, чем двигатели с  фазным  ротором.  Однако  двигатели  с

фазным ротором  обладают лучшими пусковыми и  регулировочными свойствами.

   В настоящее   время  асинхронные  двигатели   выполняют  преимущественно   с

короткозамкнутым  ротором и лишь при больших мощностях и специальных случаях

используют фазную обмотку ротора.

  Асинхронные  двигатели производят мощностью  от нескольких десятков ватт  до

15000кВт при  напряжениях обмотки статора  до 6кВ.

  Между статором  и  ротором  имеется  воздушный   зазор,  величина  которого

оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя.

  Наряду  с   важными  положительными  качествами  –  простой  конструкции   и

обслуживания, малой  стоимостью – асинхронный  двигатель  имеет  и  некоторые

недостатки, из которых наиболее существенным  является  относительно  низкий

коэффициент мощности. У асинхронного двигателя  соs(   при  полной  нагрузке

может  достигать  значения  0,85-0,9;  при  недогрузках  двигателя  его  соs

резко уменьшается  и при холостом ходе составляет 0,2-0,3.

  Низкий коэффициент  мощности  асинхронного  двигателя   объясняется  большим

потреблением  реактивной  мощности,  которая  необходима   для   возбуждения

магнитного поля. Магнитный поток в асинхронном  двигателе встречает на  своем

пути воздушный зазор между статором и ротором,  который  в  большей  степени

увеличивает  магнитное  сопротивление,  а  следовательно,   и   потребляемую

двигателем мощность.

  В целях  повышения коэффициента мощности  асинхронных  двигателей  воздушный

зазор стремятся делать наиболее минимальным, доводя его у  малых  двигателей

(порядка 2-5кВт)  до 0,3мм. В двигателях  большой   мощности  воздушный  зазор

приходится увеличивать  по конструктивным  соображениям,  но  все  же  он  не

превышает 2-2,5мм. (справочные данные в таблице см. Таблица1)

Вал ротора вращается  в  подшипниках,  которые  укреплены  в  боковых  щитах,

называемых подшипниковыми щитами. Главным образом это подшипники  качения  и

только  в  машинах   большой   мощности   иногда   используются   подшипники

скольжения.

   Подшипниковые  щиты  прикрепляют  болтами   к  корпусу  статора.  В   корпус

запрессовывают  сердечник статора. 

 Таблица1: Допустимые  величины зазора между ротором  и  статором асинхронных

                                 двигателей 

|Частота   |Зазор, мм., при мощности электрического двигателя, кВт          |

|вращения, |                                                                |

|об/мин    |                                                                | 
 

     Из  питающей сети (1) переменное напряжение промышленной  частоты  (~ U,

= f) поступает  на вход выпрямителя (2).

     Для   сглаживания   пульсаций   выпрямленного   напряжения   на   выходе

 выпрямителя  устанавливается фильтр (3).

     И   уже  постоянное  (= U)  (сглаженное)  напряжение  подаётся  на  вход

 управляемого  импульсного инвертора тока (4).

     Электронные   ключи  инвертора  по  сигналам  системы   управления   (8)

 открываются  и запираются таким образом,  что формируемые при этом  различные

 по  длительности  импульсы  тока  складываются  в   результирующую   кривую

 синусоидальной  формы с необходимой частотой.

     Для  сглаживания пульсаций, на выходе  инвертора  может  устанавливаться

 дополнительный  высокочастотный фильтр (5).

     Затем  напряжение подаётся  на  обмотки  электродвигателя  (М),  который

 является  приводом механизма технологической  системы (6).

     Подлежащий  регулированию параметр  технологической   системы  измеряется

 датчиком (7), управляющий сигнал от которого  подаётся в систему  управления

 ЧРП (8). Либо внешняя система управления (9) собирает информацию  о многих

 параметрах, характеризующих работу технологической  системы, обрабатывает её

 и подаёт  результирующий сигнал в систему  управления приводом.

     В  зависимости от величины, иногда  скорости изменения этого  сигнала,  и

 программных  установок, микропроцессорная система  управления ЧРП формирует и

 подаёт управляющие  импульсы на электронные ключи  выпрямителя  и  инвертора.

                           Для  самоконтроля  и  защиты  система  управления

 собирает  и обрабатывает сигналы о наличии   или  величине  ряда  параметров,

 характеризующих   работу  собственных  подсистем.  Контролируются   токи   и

 напряжения  на входе, выходе из преобразователя  и в  магистрали  постоянного

 тока. Измеряется  температура элементов  и  регулируется  производительность

 системы   охлаждения  преобразователя.  Контролируется  состояние  отдельных

 элементов  вплоть до отдельного ключа.  При наличии  специального  датчика  в

 корпусе   электродвигателя   измеряется,  а   при    отсутствии    датчика

 рассчитывается  по  электрическим  характеристикам   потребляемой  двигателем

 энергии температура  двигателя.

     Таковы  общие  принципы   частотного   регулирования   электроприводов.

 Конкретные  схемные решения в зависимости от условий различны, различаются и

 принципы  управления частотно-регулируемым  электроприводом.

     Как   и  большинство  технических   решений   такого   рода,   частотное

 регулирование  электроприводов имеет свои недостатки  и ограничения. 

         . Автоматическое управление двигателями переменного тока 
 
 

      Асинхронные двигатели  с   короткозамкнутым  ротором  запускают   прямым

включением в  сеть.  Схемы  управления  двигателями  переменного  тока  имеют

коммутационную  аппаратуру,  устройства  защиты  и   различные   блокировки.

Простейшей  схемой  управления  асинхронным  двигателем  с  короткозамкнутым

ротором  является  схема  с  автоматом  и  контактором  или  с   реверсивным

магнитным пускателем. 
 

      Схема пуска асинхронного двигателя  с помощью контактора  показана  на

рис.21 
 
 

Рис.21 
 

Защитные функции  выполняет автомат QF, отключающий  двигатель  при  коротких

замыканиях  и   чрезмерных   бросках   тока.   Контактор   КМ   обеспечивает

дистанционное управление двигателем с помощью  кнопок управления SB1, SB2.

       Схема  управления  асинхронного  двигателя  с  помощью   реверсивного

магнитного пускателя  показана на рис.22 
 

                                                                      Рис.22 

Защита двигателя  от  коротких замыканий осуществляется  плавкими  вставками,

а от перегрузок – встроенными в магнитный  пускатель M тепловыми реле  FP1  и

FP2. Магнитный  пускатель производит дистанционный  пуск, реверс  и  остановку

асинхронных двигателей мощностью  до  75кВт,  работающих  в  продолжительном

режиме. Иногда его можно  использовать  при  кратковременном  или  повторно-

кратковременном режиме с небольшим количеством  включений  в  час.  Командным

аппаратом является кнопочная станция с кнопками SB1 («Стоп»), SB2  («Назад»)

и SB3 («Вперед»). Торможение в рассмотренных схемах осуществляется  за  счет

трения в подвижных  частях механизма.

      Схема торможения  асинхронного  электродвигателя  в   функции   времени

(Рис.23, а). При  вращении двигателя реле времени  КТ  включено  и  замыкающим

контактом подготавливает  цепь  контактора  торможения  КМТ  к  работе.  При

нажатии кнопки SB1(«Стоп») контактор КМ теряет питание  и  своим  размыкающим

контактом подключает контактор КМТ к сети. Начинается процесс  динамического

 торможения  двигателя,  длительность которого определяется  установкой  реле

КТ.