Схемы управления электрическими двигателями

План урока № 29

Тема урока: Электромонтажные работы с установкой автоматических выключателей и тепловых реле.

Практическая работа: Монтаж цепи управления асинхронного двигателя

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции. Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни. Существует три схемы подключения двигателя постоянного тока: с параллельным возбуждением; последовательным; смешанным. Параллельное возбуждение – это когда параллельно обмотке якоря включается еще одна независимая, обычно регулируемая (реостат). Такой способ подключения позволяет очень плавно регулировать скорость вращения и достигать ее максимальной стабильности. Его используют для питания электродвигателей станков и кранового оборудования. Последовательная – в цепь питания якоря дополнительная обмотка включена последовательно. Двигатели постоянного тока имеют возможность плавной регулировки частоты вращения, поэтому их применяют в качестве тяговых на электротранспорте.

Классификация электрических двигателей.

По способу питания:

• двигатели постоянного тока – запитываются от источников постоянного тока.
• двигатели переменного тока - запитываются от источников переменного тока.

По количеству фаз:

• Однофазные – запускаются вручную, либо же имеют пусковую обмотка или фазосдвигающую цепь.
• Двухфазные
• Трехфазные

По синхронизации: Синхронный и асинхронный

Схема управления асинхронным трехфазным двигателем

На схеме а) для включения используется рубильник. На схеме б) используется контактор КМ и выключатель SA. Двигатель запустится, но при внезапном перерыве в подаче электроэнергии двигатель остановится. Однако после устранения аварии напряжение в сети восстановится и двигатель самопроизвольно придет в движение. Это может вызвать несчастный случай. На схеме в) двигатель включается при нажатии кнопки SB2 (пуск), но двигатель будит работать, пока кнопка нажата. На контакторе имеются основные контакты и вспомогательный замыкающий контакт, который включается параллельно кнопке. После нажатия на кнопку пуск замкнутся основные контакты и вспомогательный. Под действием пружины кнопка SB2 разомкнет цепь, но катушка будит получать питание через вспомогательный контакт КМ. Теперь если напряжение в сети исчезнет, катушка контактора обесточится и основные контакты и вспомогательный разомкнутся. Двигатель выключится и для повторного включения нужно опять нажать кнопку SB2. Но если потребуется остановить двигатель, надо будит нажать на кнопку SB1 (стоп). Кнопка СТОП делается более заметной и закрашивается в красный цвет. А кнопка ПУСК закрашивается в черный цвет. Такую схему называют с магнитным пускателем.

Для защиты двигателя от перегрузок и от потери фазы применяют тепловые реле (KK1, KK2), которые включаются непосредственно в силовую цепь двигателя. Если температура обмотки двигателя превысит допустимые значения, то сработает тепловое реле и разомкнет свои контакты в цепи управления (KK1, KK2), тем самым обесточит катушку контактора (KM) и двигатель остановиться. Для отключения необходимо нажать кнопку «стоп» (SB2). Для защиты двигателя от токов короткого замыкания служат плавкие предохранители (FU).

Такая схема запуска приведена на рис. 2. Пуск двигателя начинается с включения рубильника (QF). При нажатии кнопки «вперед» (SB1) образуется цепь тока, катушки контактора (KM1). Замыкаются силовые контакты (KM 1) и шунтирующий блок-контакт, а контакт (KM1) в цепи контактора (KM2) размыкается. При нажатии кнопки «назад» (SB2) контактор (KM1) разомкнется и двигатель остановится. Контакт (KM1) в цепи катушки (KM2) замыкается, следовательно, образуется цепь включения контактора (KM2), который замыкает свои силовые контакты. Двигатель начинает вращаться в обратную сторону, то есть происходит реверс двигателя. Для зажиты двигателя от токов короткого замыкания установлен автоматический выключатель (QF), для защиты от перегрузок – тепловое реле (KK1, KK2).

Рисунок2

Реверс произойдет, если изменить направление вращения магнитного поля, для чего достаточно поменять местами два любых провода подключающих асинхронный двигатель к сети. При этом изменится порядок чередования фаз и двигатель станет вращаться в другую сторону.

Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая — последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля. Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске конденсаторного асинхронного двигателя оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают.

Рис 3. Схема (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного асинхронного двигателя: U, U_Б, U_C — напряжения; I_A, I_Б — токи; А и Б — обмотки статора; В — центробежный выключатель для отключения С₁ после разгона двигателя; C₁ и C₂ — конденсаторы.

Включение трехфазного асинхронного электродвигателя в однофазную сеть

Трехфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть. Рабочая емкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле С_р = 2800  (мкф), если обмотки соединены по схеме «звезда», или С_р = 4800  (мкф), если обмотки соединены по схеме «треугольник». Емкость пускового конденсатора С_п=(2,5 — 3) С_р. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети; конденсаторы устанавливаются обязательно бумажные конденсаторы.

Рис 4. Схема включения в однофазную сеть трехфазного асинхронного двигателя с обмотками статора, соединенными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б):

B₁ Переключатель направления вращения (реверс), В₂ — Выключатель пусковой емкости; С_р — рабочий конденсатор; C_п — пусковой конденсатор; АД — асинхронный электродвигатель.

Вопросы самоконтроля

1. Как осуществить реверсирование электродвигателя постоянного тока?

2. Каким образом регулируют частоту вращения двигателем постоянного тока?

3. Как изменить направление вращения ротора асинхронного двигателя?

4. Как осуществить пуск в ход трехфазного асинхронного двигателя?

5. Для чего при пуске асинхронного двигателя в однофазную сеть применяют конденсаторы?