Методы управления асинхронного двигателя

Тема:Методы управления асинхронного двигателя

Выполнил Киселёв А.в.

Конструкция асинхронного двигателя

Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель , состоит из двух основных частей - статора и ротора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя

1. Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

2. Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

Принцип работы. Вращающееся магнитное поле

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f 1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.

,

• где n 1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
• f 1 – частота переменного тока, Гц,
• p – число пар полюсов

Вращающееся магнитное поле - это основная концепция электрических двигателей и генераторов.N и S это противоположные полюса. которые создают магнитное поле

Концепция вращающегося магнитного поля Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.

Магнитное поле прямого проводника с постоянным током

Магнитное поле создаваемое обмоткой

Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени

Ток протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°)

Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться

Вращающееся магнитное поле

Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током

Подключение асинхронного двигателя

Фазное напряжение - разница потенциалов между началом и концом одной фазы. Другое определение для соединения "звезда": фазное напряжение это разница потенциалов между линейным проводом и нейтралью (обратите внимание, что у схемы "треугольник" отсутствует нейтраль).

Линейное напряжение - разность потенциалов между двумя линейными проводами (между фазами).

Звезда и треугольник Трехфазная обмотка статора электродвигателя соединяется по схеме "звезда" или "треугольник" в зависимости от напряжения питания сети. Концы трехфазной обмотки могут быть: соединены внутри электродвигателя (из двигателя выходит три провода), выведены наружу (выходит шесть проводов), выведены в распределительную коробку (в коробку выходит шесть проводов, из коробки три).

Управление асинхронным двигателем Способы подключения асинхронного электродвигателя к сети питания: прямое подключение к сети питания подключение от устройства плавного пуска подключение от преобразователя частоты

Варианты подключения асинхронного электродвигателя с помощью магнитного пускателя (слева), устройства плавного пуска (посеридине) и частотного преобразователя (справа). Схемы представлены в упрощенном виде.

FU1-FU9 - плавкие предохранители, KK1 - тепловое реле, KM1 - магнитный пускатель, L1-L3 - контакты для подключения к сети трехфазного переменного тока, M1-M3 - асинхронные электродвигатели, QF1-QF3 - автоматические выключатели, UZ1 - устройство плавного пуска, UZ2 - преобразователь частоты

Недостатком прямой коммутации обмоток асинхронного электродвигателя с сетью является наличие больших пусковых токов, во время запуска электродвигателя.

Нереверсивная схема

Прямое подключение к сети питания Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными электродвигателями путем непосредственного подключения двигателя к сети переменного тока. С помощью магнитных пускателей можно реализовать схему: нереверсивного пуска: пуск и остановка; реверсивного пуска: пуск, остановка и реверс. Использование теплового реле позволяет осуществить защиту электродвигателя от величин тока намного превышающих номинальное значение.

Реверсивная схема

Плавный пуск асинхронного электродвигателя В задачах, где не требуется регулировка скорости электродвигателя во время работы для уменьшения пусковых токов используется устройство плавного пуска. Устройство плавного пуска защищает асинхронный электродвигатель от повреждений вызванных резким увеличением потребляемой энергии во время пуска путем ограничения пусковых токов. Устройство плавного пуска позволяет обеспечить плавный разгон и торможение асинхронного электродвигателя. Устройство плавного пуска дешевле и компактнее частотного преобразователе. Применяется там, где регулировка скорости вращения и момента требуется только при запуске.

Частотное управление асинхронным электродвигателем Для регулирования скорости вращения и момента асинхронного двигателя используют частотный преобразователь . Принцип действия частотного преобразователя основан на изменении частоты и напряжения переменного тока. Использование частотного преобразователя позволяет:уменьшить энергопротребление электродвигателя; управлять скоростью вращения электродвигателя (плавный запуск и остановка, регулировка скорости во время работы); избежать перегрузок электродвигателя и тем самым увеличить его срок службы.

• В зависимости от функционала частотные преобразователи реализуют следующие методы регулирования асинхронным электродвигателем: скалярное управление ;
• векторное управление .

Векторное управление используется в задачах, где требуется независимо управлять скоростью и моментом электродвигателя (например, лифт), что, в частности, позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при изменяющемся моменте нагрузки. При этом векторное управление является самым эффективным управлением с точки зрения КПД и увеличения времени работы электродвигателя. Среди векторных методов управления асинхронными электродвигателями наиболее широкое применение получили: полеориентированное управление и прямое управление моментом .

Полеориентированное управления асинхронным электродвигателем по датчику положения ротора

Скалярное управление является простым и дешевым в реализации, но имеет следующие недостатки - медленный отклик на изменение нагрузки и небольшой диапазон регулирования. Поэтому скалярное управление обычно используется в задачах, где нагрузка либо постоянна, либо изменяется по известному закону (например, управление вентиляторами).

Скалярное управление асинхронным двигателем с датчиком скорости

Асинхронный двигатель с фазным ротором - асинхронный двигатель , у которого обмотка ротора присоединена к контактным кольцам.

Для надежной и бесперебойной работы электродвигателей необходимо, чтобы обслуживающий персонал выполнял правила их хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Электродвигатели обычно хранят на поверхности шахт в чистом, сухом, желательно отапливаемом помещении, с хорошей вентиляцией. Двигатели, полученные с заводов, хранят в заводской упаковке; двигатели, бывшие в употреблении, хранят после тщательной очистки их от грязи, ржавчины и консервации быстрокоррознрусмых частей с помощью консистентной смазки. Взрывозащитные поверхности защищаются от случайных повреждений деревянными щитками.

При транспортировании электродвигатели нельзя бросать, кантовать, сбрасывать с машин и т. д.

Перед спуском электродвигателя в шахту проверяют исправность его механической части, отсутствие механических повреждений, наличие и соответствие знаков исполнения будущим условиям работы, соответствие типа и характеристики требуемым, наличие комплектности и смазки в подшипниках.

Если двигатель продолжительное время пе работал, с помощью мегомстра проверяют качество изоляции обмотки по отношению к земле и между фазами,

Для проверки качества изоляции двигателей. В рекомендуется брать мегомметр на напряжение 500—1000 В, а для двигателей с Сном 1000 В — мегомметр на 2500 В.

Качество изоляции считается удовлетворительным, если мегомметр покажет величину сопротивления

Правила техники безопасности при эксплуатации электродвигателей При монтаже электродвигателей необходимо обращать особое внимание на надежность и соответствие фундамента (при отдельной установке двигателя); соосность валов электродвигателя и машины; надежность и прочность крепления электродвигателя; выполнение требований, обеспечивающих нужный уровень взрывозащиты; наличие и качество заземления электродвигателя. В процессе эксплуатации электродвигателей необходимо: осуществлять постоянное наблюдение за режимом работы электродвигателя и его нагрузкой, не допускать длительных перегрузок его; систематически очищать электродвигатель от грязи и пыли; следить за наличием и достаточной затяжкой крепежных деталей, обеспечивающих взрывозащиту электродвигателя; ежесменно контролировать наличие и качество заземляющих устройств; осуществлять ремонтные работы в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта; постоянно контролировать наличие и концентрацию метана в месте установки электродвигателя и пусковой аппаратуры (при содержании метана 2% отключать электродвигатель и докладывать об этом лицам технического надзора).

Большое спасибо

За внимание