Реверс и торможение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Асинхронный двигатель — машина реверсивная. Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление вращения магнитного поля (переключением подводящих проводов на зажимах двух фаз двигателя) — Схемы пуска и торможения двигателя

Механические характеристики для двух направлений вращения представлены на рис. 1.

Рис. 1. Семейство механических характеристик асинхронного двигателя для реверсивной работы в тормозном режиме с отдачей энергии в сеть (I), режиме противовключения (II) и двигательном (III) 1, 2 — естественные; 3 — искусственная.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором может использоваться не только в качестве двигателя, но и в качестве тормоза. В тормозном режиме любой электродвигатель всегда работает как генератор. У асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при этом могут быть три тормозных режима.

В тормозном режиме с отдачей энергии в сеть машина работает с отрицательным скольжением. При этом скорость ротора превышает скорость вращения магнитного поля. Для перехода в этот режим, естественно, должен подводиться со стороны вала внешний активный момент.

Режим с отдачей энергии в сеть широко используется в подъемных установках. При спуске система привода за счет потенциальной энергии груза может приобрести скорость, превышающую скорость вращения магнитного поля, и спуск будет происходить в установившемся режиме, соответствующем некоторой точке g на механической характеристике, когда статический момент, создаваемый спускающимся грузом, уравновешивается тормозным моментом двигателя.

В обычных приводах с реактивным статическим моментом рассматриваемый режим реализуется только посредством специальных схем управления, позволяющих снизить скорость вращения магнитного поля. Механические характеристики асинхронной машины для режима с отдачей энергии в сеть представлены на том же рис. 1.

Как было показано, максимальный момент в генераторном режиме несколько выше, чем в двигательном, а критическое скольжение по абсолютному значению такое же.

Асинхронные генераторы как таковые имеют очень узкую область применения, а именно ветроэлектрические станции. Так как сила ветра непостоянна и соответственно скорость вращения агрегата существенно изменяется, то в этих условиях асинхронный генератор является предпочтительным.

Наибольшее применение имеет тормозной режим — противовключение. Переход в этот режим асинхронных двигателей, так же как двигателей постоянного тока, возможен в двух случаях (рис. 1): при существенном увеличении статического момента (участок характериcтики аb) или при переключении обмотки статора для другого направления вращения (участок cd).

В обоих случаях двигатель работает при скольжении, большем 1, а токи при этом превышают пусковые. Поэтому для короткозамкнутого двигателя этот режим можно использовать только с целью быстрой остановки привода.

При достижении нулевой скорости двигатель должен быть отключен от сети, так как в противном случае он будет стремиться разогнаться в противоположном направлении.

При торможении противовключением двигателей с фазным ротором в цепь ротора следует вводить сопротивление реостата для ограничения тока и повышения тормозного момента.

Возможен также режим динамического торможения. Однако при этом возникают некоторые сложности. При отключении двигателя от сети одновременно исчезает и магнитное поле машины. Возможно возбуждение асинхронной машины от источника постоянного тока, который подключается к статору, отключенному от сети переменного тока. Источник должен обеспечить ток в обмотке статора, близкий к номинальному. Так как этот ток ограничивается только электрическим сопротивлением обмотки, то напряжение источника постоянного тока должно быть невелико (обычно 10 — 12 В).

Рис. 2. Подключение статора асинхронного двигателя к источнику постоянного тока в режиме динамического торможения при соединении треугольником (а) и звездой (б)

Для динамического торможения используется также режим самовозбуждения. К статору, отключенному от сети, подключаются конденсаторы.

Рис. 3. Схема динамического торможения асинхронного двигателя с самовозбуждением

При вращении ротора создается ЭДС в цепи статора за счет остаточного намагничивания и по обмоткам статора, а также через конденсаторы протекает ток. При достижении некоторой скорости в цепи статора возникают условия резонанса: сумма индуктивных сопротивлений будет равна емкостному сопротивлению. Начнется интенсивный процесс самовозбуждения машины, который приведет к росту ЭДС. Режим самовозбуждения за­вершится при равенстве ЭДС машины Е и падения напряжения в конденсаторах.

Максимум тормозного момента при увеличении емкости смещается в сторону более низких скоростей. Недостатки рассматриваемого тормозного режима — возникновение тормозного действия только внутри некоторой зоны скоростей и необходимость использования конденсаторов большой емкости для торможения при малых скоростях.

Положительная сторона — не требуется дополнительный источник электрической энергии. Этот режим всегда имеет место в таких установках, где для улучшения коэффициента мощности питающей сети к двигателю подключается батарея конденсаторов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Схема реверсирования трехфазных электрических двигателей

При работе электрических двигателей возникает множество вопросов, нуждающихся в срочном решении. Один из таких – вращения в обратном направлении или просто – реверс. Все особенности проведения такой манипуляции мы рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Трехфазные силовые агрегаты являются одними из самых распространенных в отечественной хозяйственной деятельности. Они отличаются более высокими эксплуатационными возможностями, подходят для применения во всех типах производственных условий. Они на порядок продуктивнее, чем однофазные устройства с мощностью в 220в.

Современные агрегаты имеют множество всяческих новшеств и функций, среди которых – реверс. Возможность по-настоящему необходимая, поэтому реализуется практически во всех моделях современных моторов. При работе с трехфазным двигателем стоит учитывать особенности этих агрегатов при обеспечении обратного вращения, но обо всем по порядку.

Что такое реверс и для чего он нужен?

Электродвигатели, в том числе и асинхронные, в процессе работы используют вращения в разные стороны: прямо (основное направление) и собственно реверс (вращения ротора в обратном направлении).

Эта функция имеет место во всех моделях силовых агрегатов, независимо от их назначения. Хотя в одних устройствах он обязателен (лебедки, подъемные краны), а в других – лишь вспомогательная функция (конвейеры, пневматические и гидравлические насосы). Реализуется функция различными способами, среди которых – противо включение, когда осуществляется кратковременное включение «обратки» и возникает замедление.

Основные схемы присоединения мотора

Перед тем, как начать характеризовать реверс электрического двигателя, необходимо вкратце рассмотреть параметры и схемы его подключения – базу. Итак, всего реализовано несколько методов подключения 3-х фазных моторов асинхронного типа, среди которых самыми популярными являются:

Ключевое отличие данных схем – способы подключения обмоток к сетям питания. Для того, чтобы непосредственно на двигателе определить уже имеющуюся схему, нужно ознакомиться с данными на технической табличке, которую устанавливает производитель на корпусе мотора. Очень редко необходимо самостоятельно проводить какие-либо измерения.

При использовании метода «звезда», оператор имеет возможность обеспечения плавного старта мотора, хотя при этом уровень мощности будет на порядок ниже номинальных значений (приблизительно на 30%). Эти недостатки исправлены в схеме «треугольник», которая является предпочтительнее.

В конструкции каждого силового агрегата лежит такой прибор, как пускатель, который в свою очередь бывает двух видов.

Реверсивный и прямой пускатель

Ключевое отличие между этими устройствами – схема присоединения. Также может отличаться комплектация каждого из устройств, что определяет в дальнейшем особенности применения. Контактор прямого действия имеет одиночную конструкцию, а реверсивный наоборот – блочную, которая включает два прямых переключателя, расположенных в цельном корпусе. Ниже приведены примеры таких моделей: ПМЛ 1100 и 1500. Как можно видеть, даже визуально по корпусу легко определяется тип конструкции контактора.

При реализации реверсивного подключения стоит учитывать одно условие, согласно которому должно полностью исключаться одновременное срабатывание пускателей. Это важно для избегания КЗ при работе электродвигателя.

Всего реализовано две ключевые схемы соединения реверсивного стартера магнитного типа на моторы: от сети электропитания на 220 и 380 вольт.

Схема реверса на 220В

Данная монтажная схема включает такие ключевые составные части:

1. блок-контакты;
2. катушки магнитных стартеров, которые соответственно, рассчитаны на работу от напряжения 220в;
3. релейные детали: защитные контакты (токовые или магнитные, зависимо от модели);
4. силовые контакты для пускателей.

Вот визуальное исполнение данной схемы, где конструктивные элементы обозначены соответствующими цифрами.

Как можно видеть, на рисунке представлены еще и такие компоненты:

• МП-1, -2 – непосредственно магнитные пускатели. Границы их действия размечены пунктирными линиями;
• стоп и пуск. Элементы управления, располагаемые в блоке. Кнопки, отвечающие за включение реверса и основного хода, обозначаются в виде двух контактных пар, которые работают от пускателей МП;
• М – электрический двигатель.

Как же работает эта схема? Все достаточно просто – для начала необходимо провести подсоединение фаз с разными наименованиями от питания на 380 вольт к силовым контактам стартера. Как правило, такие фазы обозначаются А, В, С, или же L1, L2, L3.

В процессе проводится блочная связка, посредством непосредственной перемычки релейных средних фаз. Имеют место также и диагональные перемычки, реализованные для боковых фаз. Например, первая фаза МП-1 может быть подключена к третьей фазе МП-2.

После, провода ведутся на мотор (М). На этом участке осуществляется подключение теплового контроллера в цепной разрыв. Прибор проводит мониторинг двух фаз из трех имеющихся, что позволяет ему проводить быстрое выключение подачи питания к мотору, в ситуациях перегрузок.

Блок регулирования всеми стартовыми токами присоединяется к одной из основных фаз в разрыв температурного контактора и заземления, напрямую от обмоток ПМЛ. Реализация перекрестного подключения контактов клавиш старта и реверса с контактами блокировки, позволяет обеспечивать высокий уровень безопасности от одновременного запуска.

Процесс включения с регулирующего блока прямого движения, обусловливает замыкание контактов на одном пускателе, что и запускает работу двигателя. Параллельно с этим контакты второго стартера отсоединяются, а катушка при этом получает требуемый уровень напряжения.

Процесс реверса можно сделать после полного торможения двигателя, с помощью клавиши «Стоп». Далее следует запустить кнопку обратного хода. Это действие способствует изменению местами боковых фаз, что в свою очередь приводит к оборотам двигателя в обратном направлении. Стоит отметить, что блокировка первого стартера осуществляется аналогично.

Схема на 380В

Конструкция таких моторов имеет те же конструктивные элементы, что и ПМЛ, рассчитанные на работу с сетями 220 вольт. Но, все-таки существует несколько отличий, среди которых первое – номинальная мощность катушек больше, чем у вышеуказанных модификаций. Также здесь реализуется подключение управленческого блока сразу через две фазы (а не через одну, как у предыдущей версии), при этом, не применяя общий ноль.

Нередко также используют подключения от автомата. Защитный автомат может выключать напряжение электрического питания, если будет иметь место превышенная нагрузка по току или КЗ. Сам выключатель представляет собой обыкновенный переключатель с тремя полюсами, поддерживающий тепловую характеристику нагрузки.

Часто, метод с использованием магнитного пускателя называют реверсом мотора с выдержкой времени, что обусловливается особенностями срабатывания.

Кнопочный пост регулировки

Представим еще одно виденье осуществления реверса – для кнопочного поста. Данный элемент отвечает за обеспечение реверса в трехфазных электрических двигателях и обладает всеми особенностями, характерными для управляемого компонента. Каждая такая система имеет кнопочные контакты специфической компоновки, которые, собственно и соединяются в единый кнопочный пост.

Принцип работы этой своеобразной системы имеет много общих характеристик с процессом работы других элементов схемы управления (в том числе и обратного). Запуск контактора магнитного стартера реализуется при помощи импульса управления, который поступает сразу после нажатия на клавишу «Старт». Эта кнопка отвечает за быструю подачу напряжения на медную катушку регулирования.

Контактор во включенном состоянии способен работать на протяжении длительного промежутка времени. Эта особенность стала возможной, благодаря применению принципа самоподхвата. Его суть состоит в параллельном соединении дополнительного контакта к кнопке запуска, для того, чтобы осуществлять надежную подачу напряжения на обмотку. Эта функция позволяет просто нажать клавишу «Старт» и не удерживать ее после.

В результате магнитный пускатель отключается только после разрывания катушечной цепи управления. Данная особенность вызывает другую необходимость – наличие кнопки с размыкающим контактом. Исходя из этого, все клавиши управления, входящие в состав кнопочного поста комплектуются двумя парами контактов:

• NO – нормально открытыми;
• NS — нормально закрытыми.

Кнопки изготавливаются в универсальных вариантах, с целью обеспечения моментального реверса мотора, в любой момент, когда возникнет в этом необходимость.

Клавиша, работающая на отключение, маркируется «Стоп» и окрашивается в красный цвет. Чтобы включить реверс, необходимо нажать на пульте «Назад» (если нужно просто запуск – просто «Пуск» или «Вперед»).

Также, стоит отметить, что кнопочный пост активно применяется при реализации нереверсивной схемы функционирования двигателя, то есть, когда вал оборачивается лишь в одну сторону.

Основные способы реверсирования двигателя

Как мы уже писали ранее, существует несколько вариантов осуществления реверса. Выше мы как раз подробно описали самый распространенный – с помощью реверсивного пускателя. Давайте же опишем и другие немаловажные методики, применяемые электриками. Они имеют как общие, так и отличительные черты, благодаря чему они разные, хотя и выполняют одну и ту же задачу.

Противовключение

Данный способ используется при наличии стремительных изменений очередности переключения ключей транзистора. Когда чередование фаз на работающем моторе меняется, вращения поля соответственно, меняются. Из-за этого имеет место скольжение, генерируемое быстро возрастающим током частотного преобразователя. Показатель доходит до своего максимального значения, ограниченного внутренним уровнем частотника. Когда скольжение сильное – задание скорости уменьшается при помощи внутреннего регулятора ПЧ и малый тормозной момент.

Когда же электродвигатель достигает нулевой скорости, тогда и происходит реверс, который полностью соответствует линиям разгона. Та энергия, которая не тратится на нагрузку и трение, поступает в ротор, где рассеивается.

Изменение направления

Здесь осуществляется изменение направленности вращений эл. поля при управлении периодом скорости замедления. Крутящий момент механизма, как известно, прямо противоположный моменту мотора и прерывает его по модулю. Если говорить простым языком, то естественное торможение происходит в несколько раз быстрее, чем указывает на то кривая замедления, установленная регулятором. Уровень скорости плавно снижается, в результате чего направленность оборотов меняется.

В ситуациях, когда крутящий момент демонстрирует естественную остановку меньше уровня, определенного регулятором, мотор работает в режиме «рекуперативного» торможения, когда энергия следует обратно на преобразователь.

Диодные мосты блокируют попадание энергии в сеть, а фильтровые конденсаторы заряжаются. Уровень напряжения постепенно растет, в результате чего запускается защитный прибор, который предотвращает выделение энергии.

Режим торможения

Также, моторы с тремя фазами легко достигают реверса, если мотор длительное время работает на торможение. В большинстве ситуаций этот метод применяется на испытательных стендах.

Итак, при работе двигателя выделяется энергия, которая имеет высокие уровни, из-за чего резисторы просто не могут с справиться с ее рассеиванием. Чтобы предотвратить повышение температуры, существуют специальные системы, работающие на возврат энергии в сеть. Благодаря многоуровневому управлению четко и слаженно выполняются все функции, нацеленные на генерирование тока, максимально приближенного к частоте синуса.

Модели пускателей

Сейчас давайте же рассмотрим некоторые модели контакторов, которые применяются для быстрой регулировки работу двигателей, в том числе и для реверса.

ПМЛ 2100

Контактор общепромышленного назначения, осуществляет коммутацию электрических токов. Разработан для эффективного управления трехфазными электрическими двигателями с ротором короткозамкнутого типа. функционал включает:

Магнитный пускатель ПМЛ 2100 на 380 вольт обладает такими параметрами:

• ток – In – 25A;
• максимальная мощность потребления – 11 кВт;
• IP20 – уровень защиты;
• долговечность – 1 млн. рабочих циклов;
• винтовое крепление или на DIN-рейку.

ПМЛ 1100

Рабочее напряжение устройства – 220В АС, реализовано 2 вариации: реверсивного и нереверсивного действия. Одна из простейших модификаций разработана на 10 ампер, мощность также варьируется в зависимости от варианта исполнения. Можно установить катушки на 380В, дополнительные контакты размыкающие.

ПМЛ 1500

Контактор реверсивный, имеет 3 полюса. Уровень номинального тока (на категорию АС3) – 10 ампер. Катушка управления электромагнитная, степень защиты IP00. Рабочий ресурс – 1,5 млн. циклов.

Выводы

Реверс ротора двигателя применяется во многих компонентах оборудования. Функция важная и реализуется с помощью разных методов. Каждый из имеет свои особенности реализации, которые стоит учитывать при осуществлении. Грамотное управление обеспечит машине долговечность и продуктивность.

Источник