Схема трехфазного электродвигателя: подключение и управление асинхронными двигателями

Как правильно подключить трехфазный асинхронный электродвигатель. Какие схемы используются для управления трехфазными двигателями. Как работает реверсирование трехфазного двигателя. Какие компоненты требуются для создания схемы управления асинхронным двигателем.

Содержание

Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя

Трехфазный асинхронный электродвигатель — один из самых распространенных типов электродвигателей, широко применяемый в промышленности. Его основные преимущества:

Простота конструкции и высокая надежность
Низкая стоимость
Возможность работы напрямую от трехфазной сети
Высокий КПД (до 90-95%)

Как устроен трехфазный асинхронный двигатель? Его основные элементы:

Статор с трехфазной обмоткой
Ротор с короткозамкнутой обмоткой
Подшипниковые щиты
Вал
Корпус

Принцип работы основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными в обмотке ротора. За счет этого создается вращающий момент, приводящий ротор в движение.

Основные схемы подключения трехфазного асинхронного двигателя

Существует два основных способа подключения обмоток трехфазного асинхронного двигателя:

Схема «звезда»

При соединении звездой:

Концы фазных обмоток соединяются в общую точку
Начала обмоток подключаются к трем фазам сети
Напряжение на обмотках в √3 раз меньше линейного напряжения сети

Схема «треугольник»

При соединении треугольником:

Конец каждой обмотки соединяется с началом следующей
К точкам соединения подключаются три фазы сети
На обмотках действует полное линейное напряжение сети

Выбор схемы подключения зависит от номинального напряжения двигателя и напряжения сети. Многие двигатели допускают оба варианта подключения.

Компоненты схемы управления трехфазным асинхронным электродвигателем

Типовая схема управления трехфазным асинхронным электродвигателем включает следующие основные элементы:

Автоматический выключатель — для защиты от коротких замыканий
Магнитный пускатель — для коммутации силовых цепей
Тепловое реле — для защиты от перегрузок
Кнопки управления — для пуска и остановки двигателя
Сигнальные лампы — для индикации состояния

Дополнительно могут использоваться:

Реле контроля фаз — для защиты от обрыва фазы
Устройство плавного пуска — для снижения пусковых токов
Частотный преобразователь — для регулирования скорости

Схема реверсирования трехфазного асинхронного электродвигателя

Реверсирование асинхронного двигателя осуществляется путем изменения порядка чередования фаз на обмотках статора. Для этого в схему управления добавляются:

Два магнитных пускателя — для прямого и обратного направления вращения

Дополнительные кнопки управления — для выбора направления вращения
Механическая и электрическая блокировка пускателей — для исключения их одновременного включения

При нажатии кнопки «Вперед» включается первый пускатель, подключая двигатель к сети в прямом порядке фаз. При нажатии «Назад» срабатывает второй пускатель, меняя местами две фазы.

Логика работы схемы управления трехфазным двигателем

Рассмотрим логику работы схемы реверсирования асинхронного двигателя:

При нажатии кнопки «Пуск вперед» срабатывает катушка пускателя KM1
Силовые контакты KM1 подают питание на двигатель в прямом порядке фаз
Блок-контакт KM1 шунтирует кнопку пуска, обеспечивая самоблокировку
При нажатии «Стоп» цепь управления KM1 размыкается, двигатель останавливается
Кнопка «Пуск назад» включает пускатель KM2, меняя порядок фаз
Блокировка исключает одновременное включение KM1 и KM2

Эта базовая логика может быть реализована как на релейно-контакторных элементах, так и с помощью программируемых контроллеров.

Защита трехфазного асинхронного электродвигателя

Для обеспечения надежной и безопасной работы трехфазного асинхронного двигателя применяются следующие виды защиты:

Защита от коротких замыканий — с помощью автоматических выключателей или предохранителей
Защита от перегрузки — с использованием тепловых реле или электронных перегрузочных реле
Защита от обрыва фазы — на основе реле контроля фаз
Защита от повышенного и пониженного напряжения — с применением реле напряжения
Температурная защита обмоток — с использованием встроенных термодатчиков

Комплексная защита позволяет предотвратить выход двигателя из строя при нештатных ситуациях и авариях в питающей сети.

Частотное регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя

Для плавного регулирования скорости вращения асинхронного двигателя применяются преобразователи частоты. Их основные преимущества:

Широкий диапазон регулирования скорости (до 1:100)
Плавный пуск и торможение двигателя
Энергосбережение при работе на пониженной скорости
Улучшение динамических характеристик электропривода

Частотный преобразователь формирует трехфазное напряжение переменной частоты и амплитуды, что позволяет управлять скоростью вращения магнитного поля статора и, соответственно, ротора двигателя.

Выбор мощности и типа трехфазного асинхронного двигателя

При выборе трехфазного асинхронного двигателя необходимо учитывать следующие основные параметры:

Требуемую механическую мощность на валу
Номинальное напряжение и частоту питающей сети
Режим работы (продолжительный, повторно-кратковременный и т.д.)
Условия эксплуатации (температура, влажность, запыленность)
Способ монтажа и тип охлаждения

Правильный выбор двигателя обеспечит его надежную и эффективную работу в составе привода.

Описание функционирования и синтез схемы реверсирования трехфазного асинхронного электродвигателя

Автор: Францевич Александр Викторович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №39 (381) сентябрь 2021 г.

Дата публикации: 22.09.2021 2021-09-22

Статья просмотрена: 199 раз

Скачать электронную версию

Скачать Часть 1 (pdf)

Библиографическое описание:

Францевич, А. В. Описание функционирования и синтез схемы реверсирования трехфазного асинхронного электродвигателя / А. В. Францевич. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 39 (381). — С. 25-29. — URL: https://moluch.ru/archive/381/84164/ (дата обращения: 16.03.2023).

В статье автор с помощью алгебры логики производит описание работы и синтез схемы реверсирования трехфазного асинхронного электродвигателя.

Ключевые слова: логическое выражение, трехфазный асинхронный электродвигатель, реверс двигателя.

Электрическая принципиальная схема реверсирования трехфазного асинхронного электродвигателя представлена на рис. 1.

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема реверсирования трехфазного асинхронного электродвигателя

Для защиты электродвигателя М1 от токов короткого замыкания используется автоматический выключатель QF1. Для защиты цепи управления от токов короткого замыкания используется автоматический выключатель QF2. Для защиты электродвигателя от токов перегрузки используются тепловые реле КК1, КК2.

Пуск электродвигателя осуществляется посредством нажатия кнопки SB2 «Прямой ход», при нажатии которой, через катушку магнитного пускателя KM1 начинает проходить ток, происходит замыкание главных контактов в силовой цепи и блок-контакта в цепи управления. Останов электродвигателя осуществляется посредством нажатия кнопки SB1 «Стоп». Для реверса двигателя необходимо нажать кнопку SB3 «Обратный ход», при нажатии которой, через катушку магнитного пускателя KM2 начинает проходить ток, происходит замыкание главных контактов в силовой цепи и блок-контакта в цепи управления.

Для составления логических выражений, определяющих условия работы схемы, представим управляющую цепь данной схемы (рис. 1) в виде рис. 2.

Рис. 2. Управляющая цепь

Логические выражения, определяющие условия работы схемы (рис. 2):

(1)

(2)

Схемная реализация логических выражений (1, 2) на бесконтактных элементах представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схемная реализация логических выражений (1, 2) на бесконтактных элементах

Для логических выражений (1, 2), применим основные законы алгебры логики.

По закону двойного отрицания:

(3)

(4)

По закону инверсии (де Моргана):

(5)

(6)

По закону инверсии (де Моргана):

(7)

(8)

Схемная реализация логических выражений (7, 8) на бесконтактных элементах представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схемная реализация логических выражений (7, 8) на бесконтактных элементах

С учебников электроники схема асинхронного RS-триггера, на элементах «2 ИЛИ-НЕ», имеет вид, представленный на рис. 5.

Рис. 5. Схема асинхронного RS-триггера на элементах «2 ИЛИ-НЕ»

В конечном итоге, схемная реализация логических выражений (7, 8) на бесконтактных элементах будет иметь вид, представленный на рисунке 6.

Рис. 6. Схемная реализация логических выражений (7, 8) на бесконтактных элементах

Таким образом, получена схема с наименьшим количеством функциональных элементов и может быть применена на практике, к примеру, для написания управляющей программы ПЛК.

Литература:

Францевич, А. В. Анализ схемы управления трехфазным асинхронным электродвигателем в ручном режиме и схемы асинхронного RS-триггера / А. В. Францевич. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 14 (356). — С. 33–35. — URL: https://moluch.ru/archive/356/79618/ (дата обращения: 20.09.2021).

Алгебра логики. — Текст: электронный // Wikipedia: [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Алгебра_логики (дата обращения: 20.09.2021).
Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Высшая школа, 2005. — 790 c.

Основные термины (генерируются автоматически): схемная реализация, трехфазный асинхронный электродвигатель, выражение, элемент, автоматический выключатель, асинхронный RS-триггера, короткое замыкание, магнитный пускатель, силовая цепь, электрическая принципиальная схема.

Ключевые слова

трехфазный асинхронный электродвигатель, логическое выражение, реверс двигателя

логическое выражение, трехфазный асинхронный электродвигатель, реверс двигателя

Выводы моего трехфазного двигателя имеют неправильную маркировку. Как определить правильные метки?

Первоначальная проверка работоспособности

В качестве проверки работоспособности я проверил подключение всех 9 отведений (так как они помечены на самих проводах, T1 — T9 ):

$$\begin{array}{c |cccccccccc|} & T1 & T2 & T3 & T4 & T5 & T6 & T7 & T8 & T9 \\ \hline Т1&-\\ Т2&0&-\ Т3&0&0&-\ Т4 & 1 & 0 & 0 & — \\ T5 & 0 & 1 & 0 & 0 & — \\ T6 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & — \\ T7 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & — \\ T8 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & — \\ Т9& 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & -\\ \end{array}$$

Ожидается для двигателя Y-конфигурации: 3 пары с эксклюзивным подключением и одна группа из 3 с эксклюзивным подключением. Это означает, что T7 , T8 и T9 могут сохранить свои существующие метки (т. е. независимо от того, какая комбинация используется, эти 3 метки принадлежат этим трем отведениям, поэтому мы можем оставить их в покое).

Подготовка к пробам и ошибкам

Следующее, что мне нужно было выяснить, это полярность остальных 3 обмоток. Не имея аналогового вольтметра, чтобы попробовать метод, описанный здесь (перечисленный в разделе «Я потерял след проводов трехфазного двигателя с девятью выводами. Как я могу повторно идентифицировать эти выводы?»), Я решил решить это путем проб и ошибок. ошибка.

Примечание: все указания, найденные в Интернете, указывают на то, что это плохая идея , и вы можете сжечь свой двигатель. Я полагался на функцию ограничения тока частотно-регулируемого привода для защиты своего оборудования, и это может не подойти для вашего приложения.

Первым шагом методом проб и ошибок является получение базового понимания того, как двигатель будет звучать, если только 3 обмотки будут работать должным образом, потому что это будет означать успех.

Поводки T7 , T8 и T9 идеально подходят для этого. Я просто снизил максимальный ток на ЧРП до 1,6А (половина номинального тока для низковольтного режима, предположительно номинальный ток для каждой отдельной обмотки) и подключил ЧРП 1 9клеммы 0006, 2 и 3 к клеммам T7 , T8 и T9 (все остальные провода были отключены и изолированы). С ЧРП на частоте 5 Гц двигатель работал с небольшой тряской, но не срабатывала защита от перегрузки по току и не допускалось реверсирование его вращения.

`Метод проб и ошибок, часть 1`

Следующим шагом было определение полярности трех отдельных обмоток. Этот метод может группировать полярности T1 - T6 разделяет провода на 2 группы по 3, хотя он не скажет вам, какая группа была положительной или отрицательной.

По сути, я воссоздаю конфигурацию, которую использовал в своем базовом тесте, но с тремя другими обмотками. Я взял по одному проводу от каждой из пар T1 / T4 , T2/T5 и T3/T6 и замкнул их вместе (например, T1 , T5 , T6 , T3). 3 ведет к клеммам частотно-регулируемого привода. Я включил двигатель на частоте 5 Гц на частотно-регулируемом приводе; если он работал более грубо, чем исходный (или имел один из очевидных симптомов, отмеченных ранее), я отключал его и подключал следующую комбинацию положительных и отрицательных отведений.

Примечание: если двигатель работает в обратном направлении, но во всем остальном кажется, что все в порядке, вы готовы перейти к следующему разделу.

В конце этого эксперимента у меня осталась конфигурация, в которой двигатель работал так же, как и в базовом тесте. Это дало мне 2 группы по 3 провода (закороченные и подключенные к частотно-регулируемому приводу).

`Пробы и ошибки, часть 2`

Осталось проверить только 12 возможностей. 3 обмотки должны быть правильно согласованы с их T7 , T8 и T9 аналоги (6 комбинаций), но группы, обнаруженные в предыдущем разделе, могут быть обратными.

Я оставил только группу из 3 закороченных проводов, подключил T7 , T8 и T9 к клеммам частотно-регулируемого привода и отсоединил все провода T1 - T6 . Затем я выбрал один из отключенных проводов и подключил его к T7 . Если мотор боролся сам с собой, я подключал провод к 9.0005 T8 и так далее. Таким образом я соединил оставшиеся свободные провода.

Если решение не найдено, то пришло время отключить все провода T1 - T6 от ЧРП, заменить всю эту группу на группу из 3 закороченных проводов T1 - T6 , и начать этот раздел заново.

Но для себя я нашел решение и мотор заработал ровно.

`Завершение`

Исправьте свои метки и верните ограничение тока на VFD до того, каким оно должно быть.

`2113 - Регулятор скорости для трехфазных асинхронных двигателей`

 2113 - Регулятор скорости для трехфазных асинхронных двигателей - dr.Godfried-Willem Raes  Доктор Годфрид-Виллем RAES 
  Курс экспериментальной музыки : Boekdeel
 2: Живая электроника
 Hogeschool Gent: Департамент музыки и драмы
 <Теруг
 Наар инхудстафель курс>  ДВИГАТЕЛИ  Дит Хоофдстукье
 это niet beschikbaar в Нидерландах.
 2113:
 см. также: 2117
 Заявка
  <Управление скоростью
 трехфазных асинхронных двигателей> 
 Скорость обычного трехфазного асинхронного двигателя зависит от частоты
 напряжения питания. Изменение скорости такого двигателя, следовательно, требует создания
 3-х фазный преобразователь частоты. Драйвер может быть реализован с помощью мощности
 МОП-транзисторы (или IGTB), способные работать с высокими напряжениями и высокими скоростями переключения.
 Генерируемая частота может быть запрограммирована в небольшом PIC-контроллере и даже
 в быстрой базовой печати.
 Обратите внимание, что при более низких частотах, чем обычно, напряжение должно быть уменьшено.
 пропорционально. Если вы забудете об этом, двигатель может перегреться и даже
 Выгореть. (См. примечание внизу этого абзаца). Схемы, показанные здесь
 служат чисто образовательным целям (хотя и работают!) и не всегда
 самое подходящее и самое безопасное решение.
 Для биполярной схемы привода, показанной ниже, двигатель должен быть соединен треугольником.
 Используемые оптопары могут быть либо TIL111, либо CNY17-2. Не пытайтесь сэкономить на
 трансформаторы: это очень маленькие и дешевые типы (достаточно 2 ВА) и
 Плавающий способ их подключения здесь (без заземленных отрицательных полюсов!)
 к этому дизайну. Будьте осторожны, играя с такой схемой,
 так как везде высокое напряжение. Цифровой вход и микроконтроллер
 полностью и оптически изолированы от силовой цепи.
 Битовая комбинация, которая должна быть запрограммирована в программном обеспечении контроллера, может выглядеть так:
 Обратите внимание на фазовый сдвиг на 120 градусов. Шаблон был разработан, чтобы генерировать много
 искажения третьей гармоники на результирующей волне, что увеличивает среднеквадратичное значение
 напряжение на обмотках двигателя.
  
 Если вы хотите, чтобы двигатель был подключен Y-образно, проблема будет заключаться в том, что вам нужно
 гораздо более высокое напряжение для работы. Используя трехфазный выпрямительный мост, вы можете
 конечно использовать выпрямленный 3-х фазный сетевой ток, но это предполагает его наличие.
 В качестве альтернативы можно использовать изолирующий трансформатор 230В/400В. Однако,
 в конце концов, это будет иметь тенденцию быть более дорогим, чем схема, приведенная выше. Однако приведенная ниже схема станет намного проще, так как нам не требуется
 6 мосфетов и без плавающих источников питания:
  
 приложений:
 изменение/регулировка давления ветра в продуваемых органах.
 Контроллеры двигателей для токарных станков, больших пил и т. д.
 Генератор трехфазного тока
 Бесщеточные приводы постоянного тока
  ПРИМЕЧАНИЕ: 
 Если вам нужен контроллер для трехфазного двигателя, вы всегда должны учитывать
 используя один из многих модулей, которые сегодня предлагает индустрия. Заводы такие
 как Lust gmbh, Siemens (Micromaster 410), Toshiba, Hitachi... у всех есть контроль
 модули в своих каталогах. Управление скоростью двигателя с помощью такого
 Стандартное решение можно выполнить, отправив аналоговое напряжение (0-10 В в большинстве случаев).
 время) на соответствующий вход или, в некоторых моделях, путем отправки команд RS232
 в их порт. Преимущество этих модулей, среди прочего, в том, что
 одновременно они служат защитой двигателя. Кроме того, это может быть в конце
 будет дешевле, чем строить схемы, показанные выше, самостоятельно.
 Цены варьируются от 300 до 600 евро, в зависимости от требуемой мощности и функций.
 Для очень специфических типов двигателей может быть полезно разработать
 контроллер двигателя. Это то, что мы сделали для нашего робота , где
 двигатель 400 Гц / 200 В использовался для привода штормового механизма с небольшим
 радиальный компрессор. Это общие спецификации для двигателей, предназначенных для работы
 на самолетах. Контроллер использует 16-битный микропроцессор PIC (тип 24EP128MO202),
 поскольку этот тип имеет 3 независимых выхода ШИМ (даже 6 выходов, в комплементарных
 режим). Вот проверенная схема:
 Если вы хотите взглянуть на исходный код прошивки в этой схеме,
 посетите страницу <Тандервуд> на нашем сайте. В нем есть все технические подробности, дневник, а также ссылки на
 код.
 Последнее обновление: 27 мая 2017 г.

Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя