Подключение асинхронного электродвигателя

Применение асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели являются самым распространенным видом электрических машин, применяющихся в различных отраслях промышленности, транспорта, ЖКХ, предприятиях торговли, складских помещениях и т.д.

В диапазоне мощностей от десятков ватт и до сотен киловатт их парк составляет более 90% от всех других типов двигателей.

Их основными достоинствами являются простота конструкции, надежность, высокая перегрузочная способность, экономичность, низкий уровень шума, невысокая стоимость.

Принцип действия, технические параметры

Работа трехфазного асинхронного электродвигателя (АД) основана на том, что вращающийся в воздушном зазоре магнитный поток наводит в стержнях ротора взаимодействующий с ним вторичный ток.

В результате этого взаимодействия возникает электромагнитный момент, увлекающий за собой ротор. Величина момента пропорциональна векторному произведению значений тока и потока.

Определения технических характеристик АД приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Наименование	Обознач.	Примечание
Номинальное напряжение питания	Uн, В	Линейное напряжение. В соответствии с ГОСТ 31606-2012 значения Uн соответствуют ряду 220, 230, 380, 400, 660 и 660 В;
Обороты холостого хода	n0, об/мин	Обороты холостого хода, или синхронная частота вращения. В зависимости от количества полюсов обмотки статора она может быть равна 500, 600, 750, 1000, 1500 и 3000об/мин. n0 вычисляется по формуле: n0 = 3000/P, где P – число пар полюсов.
Номинальные обороты	nн, об/мин	Номинальные обороты - частота вращения ротора при номинальной нагрузке
Номинальный ток	Iн, А	Линейный ток двигателя, потребляемый из сети при номинальной нагрузке
Пусковой ток	Iп, А	Ток в начале пуска двигателя при заторможенном роторе
Номинальный момент	Мн, нм	Номинальный момент двигателя
Пусковой момент	Мп, нм	Момент двигателя в начале пуска при заторможенном роторе
Критический момент	Мк, нм	Максимально возможный момент, развиваемый двигателем

Вследствие нелинейности механической характеристики асинхронных двигателей всегда выполняется условие: Мк > Мн > Мп.

Маркировка обмоток

Концы статорных обмоток выводятся на резьбовые зажимы коробки выводов.

Начала и концы обмоток фаз А, В, С обозначаются буквами U1 – U2, V1 – V2, W1 – W2 соответственно.

До принятия современных обозначений буквами латинского алфавита применялась маркировка С1 - С4, С2 – С5, С3 – С6, Рис. 1а), которая часто встречается и поныне.

Для соединения обмоток в треугольник нужно соединить их выводы в соответствии с Рис.1в), а для соединения обмоток электродвигателя звездой с Рис.1б).

Рисунок 1

АД могут иметь следующие номинальные значения напряжений: 127/220- D/Y, 220, 220/380- D/Y, 230/400-D/Y, 380, 380/660- D/Y, 690 В. Маркировка D означает треугольник, Y - звезду.

Все номинальные данные наносятся на шильдик и указываются в паспорте.

Рисунок 2

Присоединение электродвигателей к сети питания

Возможные сочетания схем обмоток и напряжений питания приведены в Таблице 2.

Таблица 2

Таблица 2

Линейное напряжение сети, Uc, В	127	220, 230			380, 400			660, 690
Напряжение двигателя Uн	127/220	127/220	220	220/380 230/400	220/380 230/400	380	380/660	380/660	660
Соединение обмоток	D	Y	*	D	Y	*	D	Y	*

ПРАВИЛО: Если Uс равно числителю дроби (220/380), обмотки соединяются в D, если знаменателю – в Y.

* ПРИМЕЧАНИЕ: Если на шильдике выбито 220, 380 или 690 В, то это означает, что обмотки уже соединены на заводе-изготовителе по схеме, соответствующей указанному напряжению.

Допускается работа АД на пониженном напряжении: можно вместо 380В подать 220В, но нужно иметь в виду, что электромагнитный момент снизится в три раза.

ВНИМАНИЕ! На повышенное напряжение двигатель подключать категорически нельзя, так как из-за насыщения магнитной цепи уменьшится индуктивное сопротивление статорных обмоток, а это приведет к недопустимому возрастанию потребляемого тока и перегреву двигателя.

На практике часто встречаются двигатели, у которых отсутствует шильдик, или он поврежден так, что надписи на нем неразличимы.

В этом случае можно экспериментально определить номинальные параметры: мощность, ток и частоту вращения.

Работу нужно проводить в такой последовательности:

а) при отсутствии маркировки мультиметром прозвонить выводы обмоток каждой фазы и измерить их омическое сопротивление: сопротивления должны быть одинаковыми;

б) мегомметром измерить сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса: оно не должно быть меньше 0,5 МОм;

в) по габаритным размерам с помощью справочников по электрическим машинам определить предварительно номинальную мощность электромотора;

г) соединить начала и концы статорных обмоток по схеме Y и подключить мотор к сети через автоматический выключатель с электромагнитной защитой;

д) убедиться, что он вращается без гула, механических вибраций и не греется.

Затем токоизмерительными клещами измерить ток холостого хода Iхх, а с помощью тахометра количество оборотов вала в минуту.

Ток холостого хода примерно равен 40% от номинального – отсюда можно вычислить Iн и уточнить мощность: Iн = 2,5Iхх

Двухступенчатый пуск

Этот способ применяется при включении мощных электроприводов с инерционной нагрузкой, обладающей большими маховыми массами, чтобы уменьшить нагрузку на питающую линию.

На первой ступени на статор, соединенный в Y, подается напряжение сети, равное номинальному для D. Например, двигатель с Uн = 380/660- D/Y подключается к сети 380 В.

После разгона до установившейся скорости, обмотка переключается на D, что соответствует номинальному режиму работы.

Силовая схема такого электропривода приведена на Рис.3.

В начале схема управления включает пускатели К1и К3, происходит соединение в звезду. Через время, отведенное на запуск, К3 отключается, включается К2, происходит переключение на треугольник.

Рисунок 3

Работа электродвигателя от одной фазы

Такая необходимость возникает чаще всего в быту, при использовании двигателя в качестве электропривода пилорамы, насоса для полива огорода, электроподъемника и т.д.

Необходимый временной сдвиг фазных токов достигается включением последовательно с одной из обмоток рабочего конденсатора Сраб, Рис.4.

За счет того, что магнитное поле при этом будет не круговым, а эллиптичным, полезная мощность уменьшится примерно на 20 - 30% от номинальной.

Для увеличения пускового момента при работе от однофазной сети на время разгона подключается дополнительный пусковой конденсатор Сп.

Оставлять его постоянно включенным нецелесообразно, так как из-за резонансных явлений возможно увеличение напряжения на емкости до недопустимо больших пределов.

Ориентировочно емкость рабочего конденсатора можно рассчитать из следующего выражения:

1) Для треугольника Сраб = 4500хIн/Uс, мкФ

2) Для звезды Сраб = 2500хIн/Uс, мкФ

Величина пусковой емкости рассчитывается как Сп = Сраб (2 – 3).

Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400 В.

В качестве емкостей рекомендуется применять бумажные конденсаторы типа МБГО, МБГВ и т.д, категорически нельзя использовать полярные (электролитические) – они просто раздуются и разорвутся.

Рисунок 4

Типовая схема включения

В релейно-контакторных схемах управления электроприводами широко используются включение электродвигателя через магнитный пускатель, Рис.5.

Магнитный пускатель представляет собой электромагнитное реле, снабженное мощными силовыми контактами с повышенной коммутационной способностью.

Они выпускаются в шести габаритах, в зависимости от мощности и характера электрической нагрузки.

Наиболее распространены пускатели типов ПМ, ПМА, ПМЛ с контактами, рассчитанными на токи от 6,3 до 250 А.

Для защиты электрических цепей от перегрузки и коротких замыканий служат автоматические выключатели.

Наиболее распространенные из них ВА-47, Ва-21 выпускаются в одно, двух, трех и четырех полюсном исполнении.

При выборе пускателей и выключателей нужно соблюдать следующие основные правила:

• номинальное рабочее напряжение должно быть равно или больше сетевого;
• контакты аппаратов должны выдерживать включение и выключение силовых цепей в рабочих и аварийных режимах.
• должна быть предусмотрена защита двигателя от перегрузки и коротких замыканий.

Также для управления электроприводами применяются различные комплектующие: промежуточные реле и реле времени, реле тепловой и максимальной защиты, кнопки, переключатели, сигнальные лампы, предохранители и т.п.

Рисунок 5

Выключатель АВ1 подает питание в схему и на силовые контакты КМ1. Пуск двигателя Д производится кнопкой Пуск, отключение кнопкой Стоп. При токовой перегрузке срабатывает реле тепловой защиты КК и отключает пускатель КМ.

Реверс электропривода

Для изменения направления вращения в коробке выводов следует перебросить два любых сетевых провода.

На Рис. 6 изображена простейшая схема реверса.

Рисунок 6

Кнопкой SB2 включается пускатель KM1, который своими контактами KM1 подает на электромотор М напряжение прямой последовательности: А, В, С. Чтобы изменить направление вращения нужно кнопкой SB1 отключить KM1, затем кнопкой SB3 включить KM2, при этом последовательность чередования фаз изменится на обратную: С, В, А.

На Рис. 7 показана схема реверса двигателя, работающего от однофазной сети.

Переключателем SA меняется полярность подключения одной из фаз.

Рисунок 7

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Существует несколько способов регулирования:

• изменением напряжения питания;
• применением многоскоростных АД;
• регулированием частоты питающей сети

Снижением напряжения питания можно добиться небольшого уменьшения оборотов – не более, чем на 10 – 15%. Недостаток способа: малый диапазон регулирования и повышенный нагрев обмоток. В настоящее время он практически не применяется. Существуют двух и трехскоростные АД, у которых переключением катушек статора изменяется количество пар полюсов от 1 до 3. Меняя количество полюсов можно ступенчато устанавливать требуемые обороты: например, 3000, 1500, 1000 об/мин. Наилучшим и самым экономичным способом является регулирование оборотов при помощи частотного преобразователя (ПЧ).

Типовые технические характеристики ПЧ:

• питающая сеть – одна или три фазы: 220, 400, 690 В
• выходная мощность от 0,1 до 600 кВт;
• выходное напряжение – 220, 380, 690В;
• выходная частота – от 1 до 200 Гц.

ПЧ широко применяются в электроприводах систем вентиляции, отопления, кондиционирования, станциях перекачивания, скважинных погружных насосов, установках полива растений, транспортных тележек, электроинструментов и т.д. За счет программной установки режимов плавного пуска и торможения исключаются ударные нагрузки на валы исполнительных механизмов. Кроме того, ПЧ позволяют значительно снизить энергопотребление и потери в электрических сетях за счет поддержания оптимальной производительности оборудования.

Заключение

В настоящей статье содержится первичная информация о принципах работы асинхронных электродвигателей. Изложенных сведений достаточно, чтобы самостоятельно производить монтаж и отладку электрооборудования любому человеку, не имеющему специальных знаний в области электротехники.