Використання трифазного асинхронного двигуна в мережах однофазного струму

Тема: Використання трифазного асинхронного двигуна в мережах однофазного струму

ЗМІСТ

Розділ I. Будова і принцип дії асинхронного двигуна

Розділ IІ. Апаратура управління і захисту електроприводу

Розділ IІІ. Схеми включення трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу за допомогою конденсаторів

Розділ IV. Схеми включення трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу за допомогою активних опорів

Розділ V . Експлуатація електродвигунів

Розділ VІ. Догляд за електродвигуном

Список використаної літератури

Розділ I. Будова і принцип дії асинхронного двигуна

Основними частинами асинхронного двигуна (рис.1.1.) є нерухомий статор і обертовий ротор, які розділені повітряним зазором. Статор складається із станини (або корпуса) з лапами; стального осердя із штампованих, ізольованих один від одного, листів електротехнічної сталі з пазами для укладання обмотки статора; обмотки статора, виготовленої з ізольованого мідного дроту, й укладеного в пази осердя. Обмотка призначена для утворення обертового магнітного поля.

Рис. 1.1 Асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором:

1, 9, 17 — болти, 2 я 23 — шпонки, 3 — вал ротора, 4 и 22 — роликовий і кульковий підшипники, 5,6 — зовнішня и внутрішня кришки підшипника, 7 — стопорне кільце, 8, 21 — підшипникові щити 10 — станина, 11 — статорна обмотка, 12 — осердя статора, 13 — гвинти кріплення осердя до станини, 14 — осердя ротора, 15 — замикаюче кільце, 16 — лопать вентилятора, 18 и 20 вентилятори, 19 — кожух вентилятора

Найпростішим елементом обмотки є виток (рис. 1.2, а). Декілька з'єднаних між собою витків, які містяться у двох пазах і мають спільну ізоляцію паза утворюють секцію (рис. 1.2, б).

Рис. 1.2. Елементи обмоток статора:

а - виток, б — секція.

 

Сукупність секцій, які належать до однієї фази, називається фазною обмоткою. Виводи фаз обмотки прийнято позначати: С1, С2, С3 — початки і С4, С5, С6 — кінці відповідно першої, другої і третьої фаз. Окремі фази обмотки статора можуть з'єднуватися зіркою або трикутником. На рис. 1.3 наведено схеми з'єднання фаз обмотки статора і відповідні цим з'єднанням перемикання на щитку машини.

Рис. 1.3. Схеми з'єднання фаз обмотки статора

а — зіркою; б — трикутником.

Ротор асинхронного двигуна (рис. 1.4.) складається з таких частин: стального циліндра, складеного із штампованих, ізольованих один від одного, листів електротехнічної сталі; вала ротора, на якому закріплено стальний циліндр ротора, підшипників, вентилятора. Залежно від типу обмотки ротори поділяються на короткозамкнені та фазні. У пази короткозамкнених роторів укладено стержні із струмопровідного матеріалу, які з торців замикаються кільцями, утворюючи так зване біляче колесо. У пази фазного ротора укладено провідники секцій трифазної обмотки, які з'єднують зіркою.

Трифазний струм, що проходить через обмотку статора асинхронного двигуна, створює обертове магнітне поле, яке перетинає провідники обмотки ротора, індукує в них є. р. с. У провідниках замкненої обмотки протікають струми і₂. При взаємодії цих струмів та обертового магнітного поля виникають електромагнітні сили, які за правилом лівої руки спрямовані в бік обертання поля статора. Ротор починає рухатися в бік руху магнітного поля. Швидкість обертання ротора менша за швидкість обертання магнітного поля. Це можна пояснити так: якщо б ротор обертався із швидкістю поля, то через відсутність відносного руху провідників об
мотки ротора та обертового магнітного поля останнє не перетинало б провідників обмотки ротора, у них не індукувалися б е. р. с і небуло б струмів, а це означає, що електромагнітний момент дорівнював би нулю. Отже, обертове магнітне поле і ротор асинхронного двигуна принципово обертаються з різними швидкостями — асинхронно, що і визначило назву машини.

 

Рис. 1.4. Ротор асинхронного двигуна:

а — обмотка короткозамкненого ротора;

б — схематичне зображення обмоток фазного ротора.

Розділ IІ. Апаратура управління і захисту електроприводу

Для захисту електричних ланцюгів від коротких замикань і струмових перевантажень застосовують натискні вібростійкі пускачі, плавкі запобіжники теплові реле і автоматичні вимикачі.

Рис. 2.1. Натискний пускач серії ПНВ:

1 - нерухомі контакти; 2 - рухомі мостикові контакти; 3 - защелка; 4 - корпус; 5 - кнопка «Пуск»; 6 - кнопка «Стоп»

Малогабаритні натискні вібростійкі пускачі серії ПНВ першої величини призначені для ручного управління однофазними і трифазними електродвигунами невеликої потужності (до 4,5 квт при 220 В), а також нагрівальними та іншими струмоприймачами.

Основними елементами натискних пускачів являються прямоходна контактна система і кнопковий привід з клямкою, що фіксує положення «Включено» і «Відключено» (Рис. 2.1.).

Натискний пускач зібраний на пластмасовій основі, до якого кріпляться нерухомі контакти з вивідними затисками для приєднання проводів. Рухомі контакти мостикового типу кріпляться до пластмасової рейки, хід якої у відключеному положенні обмежується упором у верхню частину корпусу, а у включеному положенні - в основу.

При натисненні на кнопку «пуск» рейка з трьома мостиковими контактами переміщається уздовж тих, що направляють, укріплених в основі пускача, до замикання з нерухомими контактами. При цьому клямка під дією пружини повертається і замикає рейку у включеному положенні. При натисненні на кнопку «стоп» клямка відводиться, звільняючи рейку, яка під дією пружин миттєво повертається в початкове положення (Рис.2.2, а).

Рис. 2. 2. Схеми включення асинхронних двигунів з допомогою натискних пускачів

а - трифазного; б – однофазного

У пускачах серії ПНВС, призначених для управління однофазними двигунами, середній мостиковий контакт замикається лише при натиснутій кнопці і не фіксується в замкнутому положенні. При повертанні кнопки «пуск» в початкове положення (після натиснення) він розмикається і відключає пускову обмотку однофазного електродвигуна (Рис. 2. 2 б).

Натискні пускачі виготовляються трьох виконань: відкритого, захищеного в пластмасовому кожусі і пилозахищеному в металевій оболонці, що складається з корпусу і кришки, що кріпиться до нього двома гвинтами. У корпусі є два отвори діаметром 14 мм для введення в пускач проводів. Усередині корпусу є пластмасовий притиск для їх закріплення. Із зовнішнього боку корпусу є затиск для заземлення.

У задній стінці корпусу є два отвори для кріплення пускача до опорної підстави гвинтами або шурупами. Для кріплення корпусу кришка пускача знімається. Пускач кріпиться у вертикальному положенні, ввідними отворами вниз. Відхилення від вертикального положення (у разі потреби) допускается до 10°.

Запобіжники

Для захисту силових електропроводок і електричних двигунів середньої потужності від струмів короткого замикання застосовують розбірні (НПР) і нерозбірні (НПН) насипні, а також трубчасті генеруючі запобіжники типу ПР2.

Насипні запобіжники з фарфоровим корпусом з тонким мідним дротом усередині, заповнений сухим кварцовим піском, який при перегорянні плавкої вставки сприяє гасінню дуги. Вони виготовляються шести розмірів на 16; 63; 100; 250; 400 і 630 А.

Для захисту ланцюгів управління і електродвигунів малих потужностей при коротких замиканнях можуть застосовуватись різьбові запобіжники.

Запобіжник - це апарат, призначений для захисту електричних ланцюгів при непередбачених збільшеннях струмового навантаження за рахунок розплавлення плавкої вставки, що калібрується, забезпечуючи розриви ланцюгів.

Найбільш частими пошкодженнями запобіжника є: оплавлення болтів і затисків унаслідок їх перегріву, руйнування, тріщини або поява нагару ізоляційної плити і перегоряння плавких вставок.

Контактні ножі і губки іноді мають сліди розплавленого металу, нагару, підгоряння, нещільне прилягання. Усунення цих дефектів досягається тими ж способами, що і у рубильників.

Потрібно стежити, щоб плавка вставка підбиралася у відповідності з навантаженням і номінальним струмом запобіжника (по довідниках). При струмі, що перевищує номінальний струм плавкої вставки на 25-30 %, остання розплавляється і відключає пошкоджену ділянку ланцюга. У трубчастих запобіжників ПН-2 (Рис. 2. 3, а) фарфоровий патрон, що має сколи або тріщини, замінюють новим. При перегоранні плавкої каліброваної вставки, її замінюють таким чином: відкручують два гвинти, що кріплять контактну шайбу струмопровідного елементу однієї з кришок 2 патрони 4, відкручують чотири гвинта, що кріплять кришку до корпусу, і знімають кришку разом з азбестовою прокладкою; висипають з патрона кварцевий пісок 8, відкручують два гвинти, що кріплять другу контактну шайбу, і видаляють її з патрона. Внутрішню поверхню фарфорового патрона очищають і встановлюють нову плавку вставку. Пісок повинен бути свіжим. Використаний пісок можна залишити, якщо він не спікся і не відволожився. Контактну частину ремонтують аналогічно попереднім типам запобіжників.

При появі тріщин на фібровому патронові трубчастих запобіжників ПР-1 і ПР-2 (Рис. 2. 3, б, в) запобіжник замінюють новим.

Рис. 2. 3. Трубчасті запобіжники:

а - ПН з кварцовимнаповнювачем,б,в - ПР з патронами на струми 100 і 60 А;

1 - сталеві пружинячі кільця контактів, 2 - металеві кришки, 3 - гвинт,

4 - фарфоровий патрон, 5 - контактні ножі, 6 - плавкі вставки,

7 - контактні-болти, 8 - кварцевий пісок, 9 - олов'яна кулька (розчинник), 10- контактні стійки, 11 - ізоляційна плита, 12 - Т-образні виступи, 13 - фіброва трубка, 14 - латунні ковпачки, 15 – гвинт

Рис. 2.4. Вимикачі серії АП50

1 - основа; 2 - - нерухомий контакт; 3 - рухомий контакт; 4 - гнучке з'єднання; 5 - тепловий розчеплювач; 5 - електромагнітний розчеплювач; 7 - відключаюча рейка; 8 - дугогасильна камера; 9 - кришка

Вимикачі серії АП50 випускаються двух- і трьохполюсними на номінальний струм 50 А з електромагнітним (виконання М), тепловим (виконання Т) і електромагнітним і тепловим (виконання МТ) розчеплювачамі (рис. 2.4). Теплові розчеплювачі виготовляються на номінальні струми 1,6; 2,5; 4; 6,4; 10; 16; 25; 40 і 50 А.

Електромагнитні розчеплювачі вмонтовуються на передній стороні корпусу, а теплові - на задній і закриваются пластмасовою пластинкою. Вимикач, окрім основних, може мати 1 або 2 замикаючих і розмикаючих допоміжних контактів.

Вимикачі виготовляються в пластмасовому корпусі, але можуть поставлятися і в додатковому пилонепроникному кожусі, що складається з корпусу і кришки, відлитих з алюмінієвого сплаву. З умов монтажу кожухи виготовляють двох виконань. Кожух А має внизу штуцери для введення і виведення приєднуємих проводів. Виконання Б - універсальне; введення і виведення приєднуваних проводів можна через сальники знизу або зверху.

Однополюсні вимикачі типу А63 призначені для роботи в ланцюгах постійного струму напругою 110 В і ланцюгах змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц при температурі навколишнього середовища від - 40 до +40°С, відносній вологості середовища 90%. Вони виготовляються з електромагнітним розчеплювачем (виконання М) і електромагнітним розчеплювачем і гідравлічним сповільнювачем (виконання МІЛІГРАМА). Номинальний струм розчеплювачів 0,63; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 А.

Вимикач встановлюється вертикально виводам нерухомих контактів вгору (нахил не більш 10°) і кріпиться двома гвинтами на панелі або за панеллю так, щоб рукоятка виходила на її лицьову сторону. Дроти в другому випадку приєднуються до вивідних затисків також за панеллю.

Рис.2.5. Кінематична схема теплового реле типу ТРН

1 - нагревач; 2 - біметалічна пластинка; 3 - температурний компенсатор; 4 - ексцентриковий регулятор; 5 - важіль; 6 - клямка механізму; 7 - кнопка ручного повернення; 8 - рухомий мостиковий контакт; 9 - нерухомий контакт

Теплові реле призначені головним чином для захисту трифазних асинхронних двигунів з короткозамкнутим ротором від невеликих, але тривалих перевантажень. Основними елементами реле є біметалічна пластинка, нагрівальний елемент і розмикаючий контакт мостика, розрахований на комутацію струму до 6 А. Нагрівальні елементи включаютсья в ланцюг головного струму послідовно обмоткам статора, а контакти - в ланцюг управління, послідовно з котушкою магнітного пускача.

Якщо струм в головному ланцюзі (струм статора) превищує номінальний, біметалічна пластинка, нагріваючись, згинається і натискає на важіль, який виводить клямку із зачеплення. Шток під дією пружини переміщується і розмикає контакт (рис. 2.5.).

У початкове положення реле повертається шляхом натиснення на кнопку повернення, яка є на його корпусі. Замикання контактів можливе тільки при біметалічної пластинці, що остигнула, тобто через 1...2 мін після спрацювання.

Теплові реле випускаються в двох виконань: однополюсному і двополюсному. Двополюсні реле типу ТРН мають симетричну компоновку. Нагрівальні елементи розташовані в крайніх осередках пластмасового корпусу. У середньому осередку розміщені температурний компенсатор, ексцентриковий регулятор струму уставки, защелочний механізм спрацьовування, мостіковий контакт і кнопка ручного повернення.

У реле ТРН-10А встановлюється незмінний нагрівач, закріплений на біметалічній пластинці. Решта типів реле забезпечується змінними нагрівачами, розташованими під біметалічними пластинками. До силових затисків реле нагрівач кріпиться двома гвинтами по кінцях. Нагревателі закриваються пластмасовою кришкою, яка утримується пружиною.

 

Розділ IІІ. Схеми включення трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу за допомогою конденсаторів

 

Рис. 3.1. Схеми включення трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу за допомогою конденсаторів:

а і б - при виведених на корпус трьох кінцях обмоток; в - при виведених на корпус шести кінцях обмоток

Трифазний асинхронний двигун без зміни його конструкції і обмотувальних даних може бути використаний для роботи в однофазному режимі. Така необхідність виникає часто там, де немає трифазної мережі.

При включенні трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу можуть використовуватися різні схеми з'єднання їх обмоток. Як фазозрушуючих елементів зазвичай застосовують конденсатори, а при їх відсутності - резистори.

При послідовному з'єднанні двох обмоток і забезпеченні пуску електродвигун працюватиме як однофазний, розвиваючи потужність до 50...55% від номінальної в трифазному режимі. Якщо до обмоток підключити робочий конденсатор, то електродвигун буде працювати як однофазний асинхронний конденсаторний, а потужність, що розвивається ним, при вдалому підборі ємності може досягати 70...80% від номинальної в трифазному режимі. Третя обмотка з послідовно сполученим конденсатором або резистором використовується для запуску.

На рис. 3.1. показані деякі схеми, що часто зустрічаються. Кожна з них може знайти своє застосування залежно від параметрів електродвигуна, напруги мережі, наявності необхідних фазозсувних елементів.

Робоча ємність конденсаторів підбирається індивідуально для кожного електродвигуна залежно від його потужності, напруги, частоти обертання, схеми з'єднання обмоток. У практиці її визначають через номінальні (паспортні) значення струму і напруги електродвигуна:

для схеми на рис. 3.1. а

для схеми на рис. 3.1. б

для схеми на рис. 3.1. в

де Ср - робоча ємність для номінального навантаження, мкф;

Ін - номінальний струм, А;

Uн - номінальна напруга, В;

Uк.p - напруга на конденсаторі при номинальному навантаженні, В.

При недовантаженні двигуна розрахункову напругу конденсатора потрібно збільшувати на 15%. Як рабоча ємність можуть використовуватися конденсатори типів КБГ-МН (конденсатор паперовий, герметичний в металічному корпусі нормальний), БГТ (паперовий, герметичний, термостійкий), МБГЧ (металопаперовий, герметичний, частотний).

Ємність пускового конденсатора підбирають також індивідуально. При пуску вхолосту можна обмежитися робочою, єністю. Якщо пусковий момент близький до номінального, буде потрібно пусковий конденсатор ємністю в 2,5...3 рази більшою, ніж робоча. Як пускові можуть бути використані дешевші електролітичні конденсатори типу ЕП, оскільки вони працюють лише декілька секунд при пуску.

Рис. 3.2. Схеми включення полярних електролітичних конденсаторів в якості пускових

1 - до мережі; 2 - до пускової обмотки.

 

Вибір конденсаторів. Нижче приведені мінімальні значення ємностей, які слід застосовувати при пуску трифазних Електродвигунів різних потужностей в однофазному режимі і які, можуть бути залишені включеними в процесі роботи.

Потужність трифазного

електродвигуна, квт………………………..…. 0,4 0,6 0,8 1,1 1,5 2,2

Мінімальна ємність (мкф) при

включенні двигунів в однофазну

мережу напругою