Три наиболее популярные схемы управления асинхронным двигателем
Все электрические принципиальные схемы станков, установок и машин содержат определенный набор типовых блоков и узлов, которые комбинируются между собой определенным образом. В релейно-контакторных схемах главными элементами управления двигателями являются электромагнитные пускатели и реле.
Наиболее часто в качестве привода в станках и установках применяются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели просты в устройстве, обслуживании и ремонте. Они удовлетворяют большинству требований к электроприводу станков. Главными недостатками асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются большие пусковые токи (в 5-7 раз больше номинального) и невозможность простыми методами плавно изменять скорость вращения двигателей.
С появлением и активным внедрением в схемы электроустановок преобразователей частоты такие двигатели начали активно вытеснять другие типы двигателей (асинхронные с фазным ротором и двигатели постоянного тока) из электроприводов, где требовалось ограничивать пусковые токи и плавно регулировать скорость вращения в процессе работы.
Одной из преимуществ использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является простота их включения в сеть. Достаточно подать на статор двигателя трехфазное напряжение и двигатель сразу запускается. В самом простом варианте для включения можно использовать трехфазный рубильник или пакетный выключатель. Но эти аппараты при своей простоте и надежности являются аппаратами ручного управления.
В схемах же станков и установок часто должна быть предусмотрена работа того или иного двигателя в автоматическом цикле, обеспечиваться очередность включения нескольких двигателей, автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя (реверс) и т.д.
Обеспечить все эти функции с аппаратами ручного управления невозможно, хотя в ряде старых металлорежущих станков тот же реверс и переключение числа пар полюсов для изменения скорости вращения ротора двигателя очень часто выполняется с помощью пакетных переключателей. Рубильники и пакетные выключатели в схемах часто используются как вводные устройства, подающие напряжение на схему станка. Все же операции управления двигателями выполняются электромагнитными пускателями.
Включение двигателя через электромагнитный пускатель обеспечивает кроме всех удобств при управлении еще и нулевую защиту. Что это такое будет рассказано ниже.
Наиболее часто в станках, установках и машинах применяются три электрические схемы:
схема управления нереверсивным двигателем с использованием одного электромагнитного пускателя и двух кнопок «пуск» и «стоп»,
схема управления реверсивным двигателем с использованием двух пускателей (или одного реверсивного пускателя) и трех кнопок.
схема управления реверсивным двигателем с использованием двух пускателей (или одного реверсивного пускателя) и трех кнопок, в двух из которых используются спаренные контакты.
Разберем принцип работы всех этих схем.
1. Схема управления двигателем с помощью магнитного пускателя
Схема показана на рисунке.
При нажатии на кнопку SB2 «Пуск» на катушка пускателя попадает под напряжение 220 В, т.к. она оказывается включенной между фазой С и нулем ( N) . Подвижная часть пускателя притягивается к неподвижной, замыкая при этом свои контакты. Силовые контакты пускателя подают напряжение на двигатель, а блокировочный замыкается параллельно кнопке «Пуск». Благодаря этому при отпускании кнопки катушка пускателя не теряет питание, т.к. ток в этом случае идет через блокировочный контакт.
Если бы блокировочный контакт не был бы подключен параллельно кнопки (по какой-либо причине отсутствовал), то при отпускании кнопки «Пуск» катушка теряет питание и силовые контакты пускателя размыкаются в цепи двигателя, после чего он отключается. Такой режим работы называют «толчковым». Применяется он в некоторых установках, например в схемах кран-балок.
Остановка работающего двигателя после запуска в схеме с блокировочным контактом выполняется с помощью кнопки SB1 «Стоп». При этом, кнопка создает разрыв в цепи, магнитный пускатель теряет питание и своими силовыми контактами отключает двигатель от питающей сети.
В случае исчезновения напряжения по какой-либо причине магнитный пускатель также отключается, т.к. это равносильно нажатию на кнопку «Стоп» и созданию разрыва цепи. Двигатель останавливается и повторный запуск его при наличии напряжения возможен только при нажатии на кнопку SB2 «Пуск». Таким образом, магнитный пускатель обеспечивает т.н. «нулевую защиту». Если бы он в цепи отсутствовал и двигатель управлялся рубильником или пакетным выключателем, то при возврате напряжения двигатель запускался бы автоматически, что несет серьезную опасность для обслуживающего персонала. Подробнее смотрите здесь — защита минимального напряжения.
Анимация процессов, протекающих в схеме показана ниже.
2. Схема управления реверсивным двигателем с помощью двух магнитных пускателей
Схема работает аналогично предыдущей. Изменение направления вращения (реверс) ротор двигателя меняет при изменении порядка чередования фаз на его статоре. При включении пускателя КМ1 на двигатель приходят фазы — A , B , С, а при включении пускателя KM2 — порядок фаз меняется на С, B , A.
Схема показана на рис. 2.
Включение двигателя на вращение в одну сторону осуществляется кнопкой SB2 и электромагнитным пускателем KM1 . При необходимости смены направления вращения необходимо нажать на кнопку SB1 «Стоп», двигатель остановится и после этого при нажатии на кнопку SB 3 двигатель начинает вращаться в другую сторону. В этой схеме для смены направления вращения ротора необходимо промежуточное нажатие на кнопку «Стоп».
Кроме этого, в схеме обязательно использование в цепях каждого из пускателей нормально-закрытых (размыкающих) контактов для обеспечения защиты от одновременного нажатия двух кнопок «Пуск» SB2 — SB 3, что приведет к короткому замыканию в цепях питания двигателя. Дополнительные контакты в цепях пускателей не дают пускателям включится одновременно, т.к. какой-либо из пускателей при нажатии на обе кнопки «Пуск» включиться на секунду раньше и разомкнет свой контакт в цепи другого пускателя.
Необходимость в создании такой блокировки требует использования пускателей с большим количеством контактов или пускателей с контактными приставками, что удорожает и усложняет электрическую схему.
Анимация процессов, протекающих в схеме с двумя пускателями показана ниже.
3. Схема управления реверсивным двигателем с помощью двух магнитных пускателей и трех кнопок (две из которых имеют контакты с механической связью)
Схема показана на рисунке.
Отличие этой схемы от предыдущей в том, что в цепи каждого пускателя кроме общей кнопки SB1 «Стоп»включены по 2 контакта кнопок SB2 и SB 3, причем в цепи КМ1 кнопка SB2 имеет нормально-открытый контакт (замыкающий), а SB 3 — нормально-закрытый (размыкающий) контакт, в цепи КМ3 — кнопка SB2 имеет нормально-закрытый контакт (размыкающий), а SB 3 — нормально-открытый. При нажатии каждой из кнопок цепь одного из пускателей замыкается, а цепь другого одновременно при этом размыкается.
Такое использование кнопок позволяет отказаться от использования дополнительных контактов для защиты от одновременного включения двух пускателей (такой режим при этой схеме невозможен) и дает возможность выполнять реверс без промежуточного нажатия на кнопку «Стоп», что очень удобно. Кнопка «Стоп» нужна для окончательной остановки двигателя.
Приведенные в статье схемы являются упрощенными. В них отсутствуют аппараты защиты (автоматические выключатели, тепловые реле), элементы сигнализации. Такие схемы также часто дополняются различными контактами реле, выключателей, переключателей и датчиков. Также возможно питание катушки электромагнитного пускателя напряжение 380 В. В этом случае он подключается от двух любых фаз, например, от А и B . Возможно использование понижающего трансформатора для понижения напряжения в схеме управления. В этом случае используются электромагнитные пускатели с катушками на напряжение 110, 48, 36 или 24 В.
Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
Управлять асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором можно посредством контакторов. При использовании маломощных электродвигателей, для которых нет необходимости ограничивать пусковой ток, запуск производится при действующем напряжении.
Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.
Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя
Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.
Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF. Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:
от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).
Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.
Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.
Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.
Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)
Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.
Реверсивный пуск асинхронного двигателя
Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.
Данная схема дает возможность производить запуск электродвигателя и изменять направленность его вращения. Для запуска необходимо включить автомат QF и нажать SB1 «Пуск», в результате чего ток поступает на магнитный пускатель КМ1, который запитывает статор. АД реверсируется последовательным нажатием кнопок «Стоп» SB3 (КМ1 выключается и двигатель останавливается) и «Реверс» SB2 (срабатывает КМ2 и асинхронный двигатель запускается в реверсивном направлении).
В данной схеме нажатием кнопки реверса меняется чередование фаз питающего напряжения на статоре двигателя, что будет вызывать смену направленности его вращения (реверсом). При помощи нормально замкнутых контактов КМ1 и КМ2 выполнена защита от ошибочного включения сразу двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Также действуют защиты, аналогичные описанным ранее. Отключить электродвигатель можно кнопкой SB3 и автоматом QF.
Курсовая работа: Монтаж электрической схемы управления электродвигателем
Название: Монтаж электрической схемы управления электродвигателем Раздел: Рефераты по физике Тип: курсовая работа Добавлен 00:38:07 11 декабря 2010 Похожие работы Просмотров: 1717 Комментариев: 15 Оценило: 3 человек Средний балл: 4 Оценка: неизвестно Скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
СЕВАСТОПОЛЬСКОЕ ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧИЛИЩЕ № 3
«Монтаж электрической схемы управления электродвигателем»
Учащегося группы 7/8:
Левицкого Павла Владимировича
1 Введение. Роль Электротехники в развитии судостроения
2 Основная часть
2.1 Схема управления электродвигателем
2.2 Основные элементы схемы и их назначение.
2.3 Принцип работы электрической схемы вентилятора
2.4 Технология монтажа электрической схемы
3. Материалы, используемые для монтажа схемы
5. Техника безопасности
1.Введение. Роль электротехники в развитии судостроения
Электротехника в судостроении имеет очень большое значение. Эта отрасль науки и техники, связанная с получением, преобразованием и использованием электрической энергии.
В судостроении применяются электрические и магнитные явления. На судах прокладываются многокилометровые артерии электропроводок, монтируются многочисленные электроприводы судовых механизмов, устанавливаются и настраиваются современные автоматические устройства, навигационная и радиотехническая аппаратура.
От надёжности электротехнических устройств зависит надёжность и долговечность спущенного на воду судна.
В 1832 году Фарадей открыл закон электромагнитной индукции и тем самым положил начало электромашиностроению. Годом рождения судового электропривода можно по праву считать 1838 год, когда русский учёный Б.С.Якоби создал первую в мире гребную электрическую установку. Изготовленный им электродвигатель постоянного тока был установлен на небольшом катере и испытан на Неве. Питание двигатель получал от гальванической батареи. Очень слабая энергетическая база в первой половине 19 века тормозила развитие электропривода, и электроэнергия на судах применялась только для освещения.
Первые серьёзные работы по становлению судового электропривода на российских судах были предприняты во второй половине 19 века. Так в 1886 году на крейсерах «Адмирал Нахимов», «Адмирал Корнилов», «Лейтенант Ильин» были использованы электрические вентиляторы, а в 1892 году на броненосном крейсере «Двенадцать апостолов» впервые в мировой практике был установлен электропривод рулевого устройства. Использование электродвигателей для привода грузоподъёмных устройств было начато в 1897 году установкой электрической лебёдки на транспортном судне «Европа». В последующие годы производится электрификация рулевых и якорных устройств на крейсерах «Громобой», «Паллада» и других.
Подлинным переворотом в развитии судовой энергетики явились работы русского изобретателя трёхфазного тока М.О. Доливо-Добровольского. Созданные им синхронные генераторы, трёхфазный трансформатор и асинхронные двигатели преобразили судовую энергетическую установку. С 1908 года на судах стал внедряться переменный ток, что давало большие технические и экономические преимущества. На крейсере «Баян» и минном заградителе «Амур» были установлены водоотливные насосы с приводом от асинхронных двигателей. Построенные по проекту академика А.Н. Крылова линейные корабли типа «Севастополь» имели судовую электростанцию трёхфазного тока. [2]
Россией и Украиной создано огромное количество судов, оснащённых комплексными системами автоматизации с большой степенью электрификации судовых механизмов и систем. Значительно возросла мощность генераторных агрегатов судовых электростанций.
Электротехника очень важна на судах. Для обеспечения нормальных условий работы и обитаемости необходимо электрическое освещение. Нагревательные приборы предназначены для тепловыделения, необходимого для приготовления пищи, повышению температуры окружающего воздуха, жидкости, отдельных элементов, склонных к обмерзанию, а также удовлетворения бытовых нужд пассажиров и экипажа. От многих электроустройств зависит безопасность плавания груза, жизнь людей и сохранность груза, например, рулевое устройство, пожарный и осушительный насосы, радиостанция, навигационные приборы, сеть аварийного освещения и т.д. Электрификация механизмов, обслуживающих якорные, швартовые, грузовые и спасательные устройства позволяет автоматизировать эти трудоёмкие процессы.
2.1Схема управления электродвигателем
Функциональная cхема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором изображена на рисунке 1.
Рис.1.Функциональная схема управления асинхронным двигателем.
Трёхфазный переменный ток подаётся на автоматический выключатель, который применяется для подключения трёхфазного асинхронного двигателя. В автоматическом выключателе помимо системы контактов, имеются комбинированные расцепители (тепловой и электромагнитный), что обеспечивает автоматическое отключение при длительной перегрузке и коротком замыкании. От автоматического выключателя питание подаётся на магнитный пускатель. Магнитный пускатель — аппарат для дистанционного управления двигателем. Он осуществляет пуск, остановку и защиту двигателя от перегрева и сильного снижения напряжения. Основная часть магнитного пускателя — трёхполюсный электромагнитный контактор. От магнитного пускателя управление передаётся трёхфазному асинхронному электродвигателю переменного тока. Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Он состоит из двух основных частей — статора – неподвижной части и ротора — вращающейся части. Статор имеет пазы, в которые укладывается трёхфазная статорная обмотка, подключаемая к сети переменного тока. Эта обмотка предназначена для создания вращающего кругового магнитного поля. Вращение кругового магнитного поля обеспечивается сдвигом по фазе друг относительно друга каждой из трёх систем трёхфазного тока на угол, равный 120 градусам.
Обмотки статора для подключения к напряжению сети 220В соединены треугольником (Рис.8). В зависимости от типа обмотки ротора, машины могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. Несмотря на то, что двигатель с фазным ротором обладает лучшими пусковыми и регулировочными свойствами, двигатель с короткозамкнутым ротором проще и надёжнее в эксплуатации, а также дешевле. Я выбрал двигатель с короткозамкнутым ротором, так как в настоящее время большинство изготовляемых промышленностью двигателей являются двигателями с короткозамкнутым ротором. Обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса, в пазы ротора заливают под давлением горячий алюминий. Проводники обмотки ротора соединены, образуя трёхфазную систему. Двигатель приводит в движение вентилятор. Вентиляторы, применяемые на судах, различают в зависимости от создаваемого ими напора. Смонтированный в схеме вентилятор является вентилятором низкого давления. Обычно вентиляторы не регулируются и не реверсируются, поэтому их привод имеет простейшую схему управления, которая сводится к пуску, остановке и защите.[2]
Принципиальная электрическая схема нереверсивного управления трёхфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором посредством автоматического выключателя и магнитного пускателя с двухполюсным тепловым реле представлена на рисунке 2.[4]
От силового щита питание подаётся на автоматический выключатель с тепловыми и электромагнитными расцепителями максимального тока. Схема магнитного пускателя составлена с соблюдением рекомендуемых условных графических обозначений элементов схем автоматического управления двигателем. Здесь все элементы одного и того же аппарата обозначены одинаковыми буквами.
с трёхполюсным электромагнитным контактором.
Рис.2.Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутой обмоткой ротора.
Так, главные замыкающие контакты линейного трёхполюсного контактора, находящиеся в силовой цепи, его катушка и вспомогательные замыкающие контакты, находящиеся в цепи управления, обозначены буквами КЛ. Нагревательные элементы теплового реле, включённые в силовую цепь, и остающиеся размыкающие контакты с ручным возвратом этого же реле в исходное положение, которые находятся в цепи управления, обозначены буквами РТ. При включенном трёхполюсном выключателе после нажатия пусковой кнопки КнП включается катушка линейного трёхполюсного контактора КЛ и его главные замыкающие контакты КЛ присоединяют обмотку статора трёхфазного асинхронного двигателя АД к питающей сети в результате чего ротор приходит во вращение. Одновременно замыкаются вспомогательные замыкающие контакты КЛ, шунтирующие пусковую кнопку КнП, что позволяет её отпустить. Нажатие остановочной кнопки КнС отключает цепь питания катушки КЛ, вследствие чего якорь контактора выпадает, главные замыкающие контакты КЛ размыкаются и обмотка статора двигателя отключается от питающей сети.
2.2 Основные элементы схемы и их назначение
Автоматический выключатель — аппарат для нечастой ручной коммутации электрических цепей и автоматической защиты их при коротких замыканиях и длительной перегрузке. Назначение автоматического выключателя, применённого в схеме, описано в таблице 1.
Область применения автоматического выключателя
1.Пуск трёхфазных асинхронных двигателей.
2.Защита с помощью тепловых расцепителей при длительной перегрузке в пределах от 25 до 80% свыше Iноминального.-(максимальный расцепитель)
3.Защита с помощью расцепителей максимального тока для мгновенного отключения при возникновении токов короткого замыкания.
В разработанной схеме применён комбинированный расцепитель, совмещающий обе вышеуказанные защиты.
Таблица1. Область применения автоматического выключателя.
Как видно из таблицы 1 автомат не отключается при резком снижении напряжения, так как расцепитель минимального напряжения в применяемом автоматическом выключателе отсутствует. Защиту при значительном снижении или исчезновении напряжения питающей сети осуществляет магнитный пускатель.
Автоматы используют при напряжении до 660В на номинальные токи от 15 до 600А, в помещениях с нормальной окружающей средой, так как они не приспособлены для работы в средах с едкими парами и газами, во взрывоопасных и незащищённых от попадания воды местах. Автоматы необходимо не реже 1 раза в год осматривать, чистить, смазывать шарнирные механизмы приборным маслом.[4] Для своей схемы я выбрал автоматический выключатель серии АП-50.[8] Внешний вид автомата показан на рисунке 3.
Он предназначен для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания при U питающей сети до 500В, 50 гц на переменном токе, для ручного включения и отключения цепей, а главное для пуска и защиты трёхфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Выключатель защищён пластмассовым кожухом. Наличие буквы Б в серии АП-50Б означает универсальное исполнение, при котором ввод и вывод проводов снизу и сверху через сальники типа СКВрт-33. Маркировка АП-50Б-3МТ означает наличие электромагнитных и тепловых расцепителей и число полюсов равное трём.
Магнитный пускатель — коммутационный аппарат дистанционного управления, для частых включений и отключений электрооборудования, которым управляют с помощью отдельно расположенной кнопки. Это устройство для пуска, остановки и защиты электродвигателей. Назначение магнитного пускателя, применённого в схеме, представлено в таблице 2.
Таблица2.Область применения магнитного пускателя.
Область применения магнитного пускателя
1.Дистанционное управление трёхфазным асинхронным двигателем, включение и отключение электрооборудования.
2.Защита с помощью тепловых реле от перегрева при перегрузке и в случае обрыва одной из фаз.
3.Защита при снижении напряжения до 0,4 Uноминального или при исчезновении напряжения.
4.Защита от самопроизвольного включения при внезапном восстановлении отключенного напряжения.
Основная часть магнитного пускателя — трёхполюсный электромагнитный контактор, обеспечивающий включение и отключение электрооборудования. Контакторы переменного тока выполняются трёхполюсными, они состоят из электромагнитной системы контактного и дугогасительного устройства. Магнитопровод электромагнитной системы выполняется набором из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Имеет Е-образный сердечник и поворотный якорь. На средней части неподвижного сердечника расположена втягивающая катушка. В пускателе также установлено тепловое реле – аппарат многократного действия, обеспечивающий защиту электрооборудования от недопустимого перегрева, вызванного длительной перегрузкой. Для защиты цепей управления от токов короткого замыкания в пускателе могут быть установлены плавкие предохранители, однако в разработанной схеме это не применяется, так как защиту от токов короткого замыкания выполняет автоматический выключатель. Использованный в схеме пускатель отличается тем, что для его управления не применяется отдельно расположенная кнопка.
Магнитные пускатели бывают нереверсивные и реверсивные. Нереверсивные магнитные пускатели обеспечивают включение и отключение двигателей при одном направлении вращения, а реверсивные- при обоих направлениях вращения (не применяется в схеме, так как вентиляторы обычно не реверсируются).
В зависимости от величины пускателя контакты рассчитаны на номинальный ток 3А, 10А, 25А.[4]
Для схемы управления трёхфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором я выбрал нереверсивный магнитный пускатель с контактором прямоходового типа серии ПМЛ.[8] Внешний вид магнитного пускателя приведён на рисунке 4.
Рис.4.Внешний вид и устройство магнитного пускателя серии ПМЛ.
Электрическая схема пускателя приведена на рисунке 5.
К- кнопка управления, Л-контактор, РТ-реле тепловое, Д- двигатель.
Рис.5.Пускатель серии ПМЛ нереверсивный.
Этот магнитный пускатель предназначен для дистанционного управления двигателями мощностью до 75 Квт, при напряжении до 500В, в сети с частотой тока 50 Гц и осуществляет защиту двигателя при перегрузке (кроме коротких замыканий) и нулевую защиту. Пускатели надёжно работают (включаются) при напряжении сети в пределах от 85 до 105% номинального. К входным зажимам Л1,Л2,Л3 подводят провода от питающей трёхфазной линии, а от выходных зажимов С1,С2,С3 отводят провода к приёмнику электрической энергии. Автоматическое отключение контактора при значительном снижении или исчезновении напряжения в питающей сети обеспечивает защиту минимального напряжения.
Тепловое реле – аппарат многократного действия, обеспечивающий защиту электрооборудования от недопустимого перегрева, вызванного длительной перегрузкой. Установлено в пускателе. Основной частью теплового реле является металлическая пластина, которая деформируется под действием резистора-нагревателя и с помощью пружины размыкает контакты реле. Для охлаждения пластины и вместе с ней и защищаемого от перегрузки током объекта обычно требуется до 3 минут. Но это время зависит от тока в резисторе — нагревателе, от режима нагрузки и температуры окружающей среды. [4]
Электродвигатель — То, какой двигатель понадобится для производственного процесса, определяют по каталогу двигателей в соответствии с нагрузкой на его валу по условиям перегрева. Необходимо выбирать такой двигатель по номинальной мощности, при которой он бы нагревался за время работы до температуры, не превосходящей допустимую. Превышение допустимой температуры приводит к потере изоляцией электрической и механической прочности и к выходу двигателя из строя. [7] В схеме использован двигатель малой мощности 0,12кW. В практике различают следующие номинальные режимы работы электрооборудования: а) продолжительный; б) кратковременный; в) повторно — кратковременный. Выбранный мной режим работы двигателя — кратковременный. Это такой режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре окружающей среды чередуются с периодами отключения. Например, периоды работы могут быть равны 15 или 30 минутам, а периоды отключения таковы, что все части электрооборудования остывают до холодного состояния.[8]
Двигатель, используемый в схеме (рис.6), имеет маркировку:
Форма исполнения защищённая, влаго и морозоустойчивая.
Рис.6. Электродвигатель вентилятора
Основными узлами асинхронного двигателя является статор и ротор. Устройство статора асинхронного двигателя представлено на рисунке 7.[6]
Рис.7. Устройство статора асинхронного двигателя.
(1-сердечник, 2- обмотки , 3-станина, 4-щиток)
Сердечник статора 1 собирается из стальных пластин толщиной 0,35- 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами, покрывают лаком, собирают в пакеты и крепят в станине двигателя 3. Станину устанавливают на фундаменте. К станине крепят боковые щиты с подшипниками, на которые опирается вал ротора. В продольные пазы статора укладывают его обмотку 2. Начала и концы обмоток каждой фазы подводят к щитку 4, на котором 6 зажимов.
Рис.8 Соединение зажимов на щитке двигателя при включении обмотки статора треугольником
Совокупность трёх фаз, размещённых в пазах магнитопровода статора, образует его трёхфазную обмотку с шестью выводами наружу, из которых три, отвечающие началам фаз, присоединены к зажимам с обозначениями С1,С2,С3, а остальные, соответствующие концам фаз, соединены с зажимами, обозначенными С4,С5,С6.
Эти зажимы расположены в коробке выводов, укреплённой на корпусе машины. Наличие шести доступных зажимов позволяет соединять отдельные обмотки между собой металлическими пластинами треугольником или звездой, что даёт возможность использовать одну и ту же машину при двух различных линейных напряжениях, отношение которых равно . На рисунке 8 изображено применённое в схеме положение пластины при соединении обмоток треугольником. В маркировке двигателя 220/380В напряжение, указанное перед косой чертой, соответствует соединению фаз обмотки статора треугольником, а за ней звездой.
Внешний вид ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя представлен на рисунке 9.
Сердечник ротора состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами, покрывают лаком, собирают в пакеты, которые крепят на валу. Из пакетов образуется цилиндр с продольными пазами, в которые укладывают обмотку ротора.
2.3 Принцип работы электрической схемы вентилятора
Управление двигателями должно удовлетворять все требования производственных процессов и обеспечивать пуск, реверсирование, торможение, регулирование частоты вращения и непрерывно поддерживать заданный режим в соответствии с технологическими условиями. Для управления двигателями применяют различные электрические устройства. Эти устройства по назначению разделяют на коммутационные, регулирующие, контролирующие и защитные.[4]
Обычно вентиляторы не регулируются и не реверсируются, поэтому их привод имеет простейшую схему управления, которая сводится к пуску, остановке и защите.[2]
Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент двигателя уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины. При пуске имеет место повышенное потребление электроэнергии из питающей сети, затрачиваемое не только на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие потерь в самой асинхронной машине, но и на сообщение движущимся звеньям определённой кинетической энергии. [4]
При использовании трёхфазных асинхронных двигателей малой и средней мощности, когда мощность двигателя меньше мощности источника питающего сеть, обычно применяют прямой пуск. Такой пуск прост и быстр.
Для подачи питания на электрическую схему нажимаем кнопку автоматического выключателя. Он имеет подвижные замыкающие и размыкающие контакты. Далее с помощью кнопки Пуск замыкаем цепь магнитного пускателя. Трёхполюсный электромагнитный контактор переменного тока, являющийся основной частью магнитного пускателя, представляет собой электромагнит с магнитопроводом, выполненным из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга и стянутых шпильками. Принцип действия контактора основан на способности электромагнита притягивать к сердечнику подвижный якорь, выполненный из ферромагнитного материала. С якорем соединены подвижные контакты, которые меняют своё положение при перемещении якоря. При нажатии на кнопку Пуск на катушку контактора поступает питание, сердечник электромагнита притягивает якорь, соединённый с подвижным контактом, который при движении якоря соприкасается с неподвижным контактом. Таким образом, силовые контакты контактора замыкаются и двигатель подключается к сети. Одновременно с этим замыкается блокировочный контакт контактора и шунтирует кнопку Пуск, что позволяет отпустить её. В составе пускателя имеется тепловое реле. Оно срабатывает в случае перегрузки двигателя и своими контактами размыкает цепь катушки контактора, что приводит к отключению двигателя. При отключении питания якорь контактора возвращается в исходное положение под действием пружины. Для останова двигателя нужно нажать кнопку Стоп. При этом цепь катушки контактора размыкается, его силовые контакты размыкаются и отключают двигатель от сети. При автоматическом выключении воздушного выключателя срабатывает специальное устройство, называемое расцепителем. Расцепитель представляет собой электромагнитное или тепловое реле, срабатывающее при увеличении тока сверх допустимого. При срабатывании расцепителя приводится в действие механический выключатель и происходит разрыв силовых контактов. Время срабатывания (отключение выключателя) составляет 0,025- 0,05с. Автомат более удобен, чем рубильник или плавкий предохранитель. Они обеспечивают лучшую защиту при малых перегрузках, являются аппаратом многократного действия.
Принцип действия двигателя основан на явлении электромагнитной индукции — возникновение тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур , меняется; а также на основании закона Ленса — направление всякого индуцированного тока таково, что оно противодействует причине, его вызвавшей [5].
Вращающееся магнитное поле статора создаётся трёхфазной системой, при включении её в сеть переменного тока. Оно пересекает обмотки ротора, в них индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Так как обмотка ротора замкнута накоротко, то под действием ЭДС в ней протекает ток. Этот ток взаимодействует с вращающимся полем статора и создаётся вращающий момент. Под его действием ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля. Этот момент является движущим, преодолевающим сопротивление приводимого во вращение ротором механизма.[6]
В асинхронных двигателях рабочий процесс может протекать только при асинхронной (от греческого — несовпадающий во времени) частоте, так как только при несинхронности возможно пересечение магнитными линиями роторной обмотки и индуцирования в ней ЭДС. Частота вращения поля статора (n1) выражается обычно в оборотах в минуту- не равна частоте вращения ротора(n2) т.е. n1≠n2 . Частота вращения ротора всегда меньше. Отставание ротора от поля характеризуется скольжением (S). S=(n1-n2)/n1 .
При увеличении нагрузки на валу машины возрастает тормозной момент, что приводит к уменьшению n2 и, следовательно, к увеличению скольжения. Магнитное поле статора будет чаще пересекать проводники ротора, ЭДС и ток в роторе возрастёт, что увеличит вращающий момент. При уменьшении нагрузки на валу процесс аналогичен.
2.4 Технология монтажа электрической схемы
В схеме использованы автоматические аппараты для коммутации, защиты и управления: автоматический воздушный выключатель или автомат, реле различного назначения, магнитный пускатель, а также различные коммутационные устройства.
Первым этапам разработки схемы является работа со справочниками, в которых пускорегулирующая аппаратура и сечение проводов подбирается в зависимости от типа и мощности двигателя, его назначения и условий его работы.
После подготовки рабочего места, основных инструментов и материалов приступаем к разметке. В качестве фундамента использована винилпластовая доска толщиной 15мм. Определяем места установки электрооборудования и вводов, размечаем места отверстий для закрепления электрооборудования. Намечаем места прокладки электропроводок. Разметку проводим мягким карандашом. Сквозные отверстия размечаем, указывая их наружные очертания.
Для сверления гнёзд и отверстий используем электродрель. Удерживаем её в руках с усилием при сверлении. Особое внимание уделяем вопросам электробезопасности. При работе необходимо использовать диэлектрические перчатки, коврики.
Закрепляемые детали устанавливаем точно по разметке. В отверстия вставить винты. Наживить гайки. Ввернуть усилием руки и далее с помощью гаечного ключа. Закрепляемая деталь должна быть плотно прижата к основанию. Для крепления и фиксации электропроводов используем специальные крепёжные скобы.
Места соединения жил и проводов должны быть доступны для осмотра и ремонта. Пайку алюминиевых жил проводим с помощью сильно разогретого мощного паяльника с соблюдением мер электробезопасности.
Для питания трёхфазных электродвигателей совсем не обязательно наличие трёхфазной сети. Существуют различные варианты запуска электродвигателей.[9] В сёлах, где электролинии обычно перегружены, часто используют чисто механический способ запуска. Ротор раскручивают с помощью шнура, длиной около метра, предварительно намотанного на вал. Такой способ очень неудобен и применяется там, где двигатель запускается без нагрузки. Наиболее эффективный способ пуска электродвигателя- подключение третьей обмотки через фазосдвигающий конденсатор (конденсаторный пуск).
В схеме подключения трёхфазного двигателя к однофазной сети использованы 2 конденсатора типа КБГ-МН: Cпусковой= 10 МкФ ±5% и Срабочий=5 МкФ±5% (на 100 Вт мощности рекомендуется применение конденсатора ёмкостью 8Мкф.) Для отключения пускового конденсатора после запуска двигателя применяется пакетный выключатель.
Корпус электродвигателя заземлён. После закрепления, подключения и заземления электрооборудования производим внешний контроль и испытание схемы. По результатам испытаний сделан вывод, что схема пригодна к эксплуатации. На производстве приёмосдаточные испытания обычно проводят изготовители судового электрооборудования в присутствии представителя отдела технического контроля.
3. Материалы, используемые для монтажа схемы
1. Винипластовая доска. Винипласт — жесткая пластмасса на основе поливинилхлорида, который является синтетический полимером. Отличается хорошими механическими и электроизоляционными свойствами, достаточной термостойкостью. Выпускается в виде листов, плит, труб, прутков и др. Применяется как коррозионностойкий, изоляционный, отделочный и кровельный материал.
Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя
Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)
Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.
. На рисунке 8 изображено применённое в схеме положение пластины при соединении обмоток треугольником. В маркировке двигателя 220/380В напряжение, указанное перед косой чертой, соответствует соединению фаз обмотки статора треугольником, а за ней звездой.
