Управление трехфазным асинхронным двигателем: Трехфазный асинхронный двигатель

Микроконтроллерная система управления асинхронным трехфазным двигателем

В настоящее время практически 60% всей вырабатываемой электроэнергии потребляется электродвигателями. Поэтому достаточно остро стоит задача экономии электроэнергии и уменьшения стоимости электродвигателей.

Трехфазные асинхронные двигатели считаются достаточно универсальными и наиболее дешевыми, но подключать их к однофазной сети и управлять частотой вращения достаточно сложно.

Рис. 1. Числоимпульсный метод управления асинхронным двигателем с частотой модуляции 10 кГц.

Заманчива перспектива увеличения номинальной частоты вращения двигателя в двое и более раз или использование малогабаритных двигателей, рассчитанных на частоту питающей сети 400…1000 Гц и имеющихменьшую массу и стоимость. В данной радиолюбительской конструкции предпринята попытка решения проблемы.

Предлагаемая система управления работает от однофазной сети 220 В и позволяет плавно менять обороты двигателя и отображать частоту инвертора на двухразрядном цифровом индикаторе.

Дискретность изменения частоты инвертора составляет 1 Гц и регулируется в пределах от 1 до 99 Гц. В предлагаемой схеме используется числоимпульсный метод управления асинхронным двигателем с частотой модуляции 10 кГц (рис.1), позволяющий получать синусоидальный ток на обмотках двигателя.

Существует более перспективный, широтно-импульсный метод (ШИМ, PWM — англ.), использующий управление с обратными связями и без них, с частотами модуляции от 3 до 20 кГц и всевозможные методы коммутации, позволяющие увеличить выходное напряжение инвертора на 15.27% по сравнению с питающей сетью, т.е. до 354.390 В.

Принципиальная схема

Схема, показанная на рис.2, состоит из: управляющего устройства D2 (применен микроконтроллер PIC16F628-20/P, работающий на частоте 20 МГц), кнопок управления «Пуск» (SA1), «Стоп» (SA2), кнопок увеличения и уменьшения частоты SA3 и SA4 соответственно, двоично-семисегментного дешифратора D1, светодиодных матриц HG1 и HG2, узла торможения VT9, VT10, K1.

В силовой цепи используется трехфазный мостовой драйвер D4 IR2130 фирмы International Rectifier, имеющий три выхода для управления нижними ключами моста и три выхода для ключей с плавающим потенциалом управления.

Рис. 2. Принципиальная схема микроконтроллерного управления асинхронным трехфазным двигателем.

Рис. 2. Принципиальная схема микроконтроллерного управления асинхронным трехфазным двигателем (продолжение).

Данная микросхема имеет систему защиты по току, которая в случае перегрузки выключает все ключи, а также предотвращает одновременное открывание верхних и нижних транзисторов, тем самым предотвращает протекание сквозных токов. Для сброса защиты необходимо установить все единицы на входах HNx, LNx. В качестве силовых ключей применены МОП-транзисторы IRF740.

Цепь перегрузки состоит из датчика тока R10, делителя напряжения R7R9, позволяющего точно установить ток срабатывания защиты, и интегрирующей цепочки R6C3, которая предотвращает ложное срабатывание токовой защиты в моменты коммутаций. Напряжение срабатывания защиты составляет 0,5 В по входу ITRP (D4).

После срабатывания защиты на выходе FAULT (открытый коллектор) появляется лог.»0″, зажигается светодиод HL1 и закрываются все силовые ключи.

Для более быстрой разрядки емкостей затворов силовых транзисторов можно установить параллельно резисторам, включенным в цепь затвора, диоды в обратном направлении. Двигатель необходимо включить по схеме звезды.

Источник питания состоит из мощных диодов VD11-VD14, токоограничительного резистора R20, фильтрующей емкости C10, емкости C11, предотвращающей всплески, которые возникают при коммутациях на паразитных индуктивностях схемы, а также маломощного трансформатора T1, стабилизатора напряжения 15 В D5 для питания схемы драйвера, стабилизатора напряжения 5 В D3 для питания микроконтроллера и схемы индикации.

При использовании более мощного двигателя вместо транзисторов IRF740 можно использовать IGBT-транзисторы типов IRGBC20KD2-S, IRGBC30KD2-S, при этом диоды VD7-VD10, VD15, VD16 следует выпаять. Конденсатор C11 типа К78-2 на напряжение 600…1000 В. Вместо VD1-VD6 желательно применить сверхбыстрые диоды типа 10DF6, а емкости С15-С17 уменьшить до 2,2…4,7 мкФ, которые должны быть рассчитаны на напряжение 50 В. Трансформатор T1 мощностью 0,5.2 Вт от калькулятора с перемотанной вторичной обмоткой. Обмотка намотана проводом 00,2 и должна выдавать 19.20 В.

Печатная плата и прошивка МК

Печатная плата (рис.3) выполнена из одностороннего стеклотекстолита, для того чтобы можно было воспользоваться утюго-лазерной технологией изготовления. Светодиод HL1, матрицы HG1, HG2, кнопки SA1-SA4 установлены со стороны дорожек.

Рис. 3. Печатная плата.

HEX-формат программы приведен в таблице. В момент записи в нулевую ячейку ОЗУ необходимо поместить шестнадцатеричное число от 1 до 63, начальная частота инвертора.

Коды для прошивки в текстовом формате: Скачать

Программа выполнена таким образом, что двигатель стартует с плавным набором скорости от 0 до установленной частоты примерно за 2 с (эта константа находится в ячейках 0207 и 0158 таблицы). Если нужно увеличить скорость нарастания в два раза, то вместо кодов 3005 необходимо записать 300A.

С.М. Абрамов, г. Оренбург, Россия. Электрик-2004-08.

Литература:

  1. Козаченко В. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам//СЫр№ш -1999. — №1.
  2. Обухов Д, Стенин С., Струнин Д, Фрадкин А. — Модуль управления электроприводом на микроконтроллере PIC16C62 и драйвере IR2131//ChipNews. — 1999. -№6.

Управление частотным преобразователем, векторное, скалярное.

Компания Русэлком производит и поставляет преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями. Поэтому для понимания принципа частотного управления рассмотрим более детально работу асинхронного двигателя и методы его частотного регулирования

Конструкция асинхронного двигателя схематически изображена на рис. 2. Двигатель состоит из неподвижной части, которая называется статор и подвижной (вращающейся) части называемой ротор.

В пазах статора уложены три группы обмоток А-В-С. Обмотки статора сдвинуты друг относительно друга в пространстве на угол 120°. Это является одним из двух обязательных условий для создания вращающегося магнитного поля статора.

Ротор двигателя изготовлен в виде цельного цилиндра из специальной электротехнической стали с короткозамкнутой обмоткой.

Рис.2. Схематический разрез асинхронного двигателя.

На обмотки статора от источника питания подается трехфазное напряжение uа, uв, uс с частотой

Напряжения uа, uв, uс сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120°. Это является вторым обязательным условием для создания вращающегося магнитного поля статора.

При питании обмоток статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой создается вращающееся магнитное поле. Угловая скорость вращения этого поля в радианах определяется по известной формуле

– число пар полюсов статора.

Переход от угловой скорости вращения поля измеряемой в радианах, к частоте вращения выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле

где 60 – коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля, получим, что

Из формулы видно, что частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питания и числа пар полюсов.

К примеру, в двигателе с одной парой полюсов при частоте питающего напряжения 50 Гц частота вращения магнитного поля равна 3000 об/мин.

В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора на установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора

В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора на установившемся режиме отличается от частоты вращения на величину скольжения . Для примера в асинхронном двигателе с одной парой полюсов при частоте питающего напряжения 50 Гц и при скольжении 5% частота вращения ротора равна 2850 об/мин.

Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.

Изменяя с помощью преобразователя частоту на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью

где — постоянный коэффициент.

Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.

Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.

В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.3. При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.

Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки.

Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1: 40.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов.

В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.

Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, и мала инерция приводного механизма. При больших мощностях этим условиям полностью отвечает лишь привод с вентиляторной нагрузкой. В случаях с другими типами нагрузки двигатель может выпасть из синхронизма.

Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.


Схема управления двигателем. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пост кнопочный

На сегодняшний день чаще всего применяются релейно-контакторные схемы управления. В таких системах главными приборами являются электромагнитные пускатели и реле. Кроме того, в качестве привода для станков и других установок чаще всего применяется такое устройство, как асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.

Описание двигателей

Такие типы приводов стали активно использоваться из-за того, что они просты в эксплуатации, обслуживании, ремонте и устройстве. У них имеется лишь один серьезный минус, который заключается в том, что пусковой ток превышает номинальный примерно в 5-7 раз, а также отсутствует возможность простыми способами управления плавно изменять скорость вращения ротора.

Данный тип машин стал активно использоваться из-за того, что в схемы электроустановок начали активно внедряться такие приборы, как преобразователи частоты. Еще одно весомое преимущество асинхронного двигателя с трехфазным током и коротко замкнутым ротором в том, что он обладает достаточно простой схемой подключения в сеть. Для его включения в работу потребуется лишь подать трехфазное напряжение на статор, и устройство тут же запустится. В наиболее простых схемах управления для его запуска используется такое устройство, как пакетный выключатель или же трехфазный рубильник. Однако данные приборы, несмотря на свою простоту и удобство в эксплуатации, являются элементами ручного управления.

Это является огромным минусом, так как в схемах большинства установок необходимо использовать схему включения двигателя именно в автоматическом режиме. Также необходимо предусматривать автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя, то есть его реверс и очередность включения в работу нескольких двигателей.

Основные схемы подключения

Чтобы обеспечить все необходимые функции, которые были описаны выше, необходимо использовать именно автоматические режимы работы, а не элементы ручного управления приводом. Однако справедливо будет отметить, что некоторые старые образцы станков для резки металла все еще используют пакетные переключатели для смены числа пар полюсов или же для обеспечения реверса.

Применение в схемах подключения асинхронных двигателей (АД) не только пакетных выключателей, но и рубильников возможно, но они выполняют лишь одну функцию — подключение схемы к подаче напряжения. Все остальные операции, которые предусматривает схема управления двигателем, выполняются под руководством электромагнитного пускателя.

При подключении схемы АД с короткозамкнутым ротором через такой тип пускателя обеспечивается не только удобный режим управления, но и создается еще и нулевая защита. Чаще всего в качестве схем управления двигателем в станках, установках и других машинах используется три метода включения:

  • первая схема применяется для управления нереверсивным двигателем, использует лишь один пускатель электромагнитного типа и две кнопки — «Пуск» и «Стоп»;
  • вторая схема управления двигателем реверсивного типа предусматривает использование трех кнопок и двух пускателей обычного типа или одного реверсивного типа;
  • третья схема управления отличается от предыдущей лишь тем, что из трех кнопок управления две имеют спаренные контакты.

Схема с пускателем электромагнитного типа

Пуск асинхронного двигателя в такой схеме подключения осуществляется с нажатия соответствующей кнопки. Когда она нажимается, то на катушку пускателя подается ток с напряжением в 220 В. У пускателя имеется подвижная часть, которая при подаче напряжения притягивается к неподвижной, из-за чего контакты устройства замыкаются. Данные силовые контакты подают входящее напряжение на двигатель. Параллельно этому процессу замыкается также и блокировочный контакт. Его включение осуществляется параллельно кнопке «Пуск». Именно благодаря этой функции при отпускании данной кнопки катушка все еще остается под напряжением и продолжает питать двигатель, чтобы он функционировал.

Если по какой-либо причине во время пуска асинхронного двигателя, то есть при нажатии на «Пуск», блокировочный контакт не замыкался бы или, к примеру, отсутствовал, то сразу при отпускании ток переставал бы подаваться на катушку, силовые контакты пускателя размыкались бы, и работа двигателя тут же прекращалась. Такой режим работы называется «толчковым». Он имеет место, к примеру, при управлении кран-балкой.

Для того чтобы остановить трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, необходимо нажать на кнопку «Стоп». Принцип работы в таком случае достаточно прост и основан на том, что нажатие кнопки создает разрыв в цепи, разъединяя силовые контакты пускателя, останавливая тем самым работу двигателя. Если в момент работы исчезнет напряжение на источнике питания, то двигатель также остановится, так как такой дефект равносилен нажатию на «Стоп» и дальнейшему созданию разрыва в цепи прибора.

После того как устройство было остановлено отключением или пропажей питания, запустить его повторно можно лишь с кнопки. Именно это и называется нулевой защитой в схемах управления двигателем. Если бы вместо пускателя здесь был установлен переключатель или рубильник, то при повтором возникновении напряжения в источнике двигатель автоматически бы запустился и продолжил работу. Это считается небезопасным для обслуживающего персонала.

Применение двух пускателей в реверсивном устройстве

Схема управления асинхронным двигателем такого типа, по сути, работает таким же образом, как и предыдущая. Основное отличие здесь заключается в том, что появляется возможность при необходимости изменять направление вращения ротора. Чтобы это осуществить, необходимо изменить работающие фазы, имеющиеся на обмотке статора. К примеру, если нажать на кнопку «Пуск» КМ1, то порядок рабочих фаз будет А-В-С. Если же включить устройство со второй кнопки, то есть с КМ2, то порядок работающих фаз сменится на противоположный, то есть С-В-А.

Таким образом получается, что для управления асинхронным двигателем схемой такого типа необходимо две кнопки «Пуск», одна кнопа «Стоп» и два пускателя.

При нажатии на первую кнопку, которая в схеме обычно обозначается как SB2, произойдет включение первого контактора и вращение ротора в одну из сторон. Если возникает необходимость смены направления вращения на противоположную, необходимо нажать на «Стоп», после чего запуск двигателя осуществляется кнопкой SB3 и включением в работу второго контактора. Другими словами, чтобы использовать данную схему, необходимо промежуточное нажатие на кнопку остановки.

Так как управление работой двигателя с такой схемой усложняется, возникает необходимость в дополнительной защите. В данном случае речь идет об эксплуатации в пускателе нормально-закрытых (размыкающих) контактов. Они необходимы для того, чтобы обеспечить защиту от одновременного нажатия на обе кнопки «Пуск». Их нажатие без остановки приведет к возникновению короткого замыкания. Дополнительные контакты в таком случае препятствуют одновременному включению обоих пускателей. Это происходит из-за того, что при одновременном нажатии один из них включится на секунду позже второго. За это время первый контактор успеет разомкнуть свои контакты.

Недостаток управления электрическим двигателем с такой схемой заключается в том, что пускатели должны обладать большим количеством контактов или же контактными приставками. Любой из этих двух вариантов не только усложняет всю электрическую конструкцию, но еще и удорожает ее сборку.

Третья разновидность схемы управления

Основное отличие данной схемы системы управления двигателем от предыдущей в том, что в цепи каждого из контакторов, кроме общей кнопки «Стоп», имеется еще по два контакта. Если рассматривать первый контактор, то в его цепи имеется дополнительный контакт у SB2 — это нормально-открытый (замыкающий), а SB3 имеет нормально-закрытый (размыкающий) контакт. Если рассматривать схему подключения второго электромагнитного пускателя, то его кнопка «Пуск» будет иметь те же контакты, но расположенные наоборот относительно первого.

Таким образом удалось добиться того, что при нажатии на одну из них при работающем двигателе цепь уже эксплуатирующейся будет размыкаться, а другая, наоборот, замыкаться. У такого типа подключения имеется несколько преимуществ. Во-первых, данная схема не нуждается в защите от одновременного включения, а значит, отпадает необходимость в наличии дополнительных контактов. Во-вторых, появляется возможность выполнения реверсом без промежуточного нажатия на «Стоп». При таком подключении эта контактор используется лишь для полной остановки работающего АД.

Стоит отметить, что рассмотренные схемы управления пуском двигателя являются несколько упрощенными. В них не рассматривается наличие различных дополнительных аппаратов защиты, элементов сигнализации. Кроме того, в некоторых случаях возможно осуществлять питание электромагнитной катушки пускателя от источника в 380 В. В таком случае появляется возможность подключения лишь от двух фаз, к примеру А и В.

Схема управления с прямым пуском и функцией времени

Запуск двигателя осуществляется как обычно — кнопкой, после чего напряжение будет подаваться на катушку пускателя, которая подключит АД к источнику питания. Особенность схемы состоит в следующем: вместе с замыканием контактов у пускателя (КМ) произойдет замыкание одного из его контактов в другой цепи (КТ). Из-за этого происходит замыкание цепи, в которой располагается контактор торможения (КМ1). Но его срабатывание в этот момент не осуществляется, так как перед ним располагается размыкающий контакт КМ.

Для отключения служит другая кнопка, размыкающая цепь КМ. В это время осуществляется отключение устройства от сети переменного тока. Однако же вместе с этим происходит замыкание контакта, который находился в цепи реле торможения, который ранее упоминался как КМ1, а также осуществляется отключение цепи в реле времени, которое обозначается как КТ. Именно это приводит к тому, что в работу включается контактор КМ1. В этом случае осуществляется переход схемы управления двигателем на постоянный ток. То есть подача питающего напряжения осуществляется от встроенного источника через выпрямитель, а также резистор. Все это приводит к тому, что агрегат осуществляет динамическое торможение.

Однако на этом работа схемы не заканчивается. В цепи имеется реле времени (КТ), которое начинает отсчет времени торможения сразу после того, как отключается от питания. Когда отведенное время на отключение двигателя истекает, КТ размыкает свой контакт, который имеется в цепи КМ1, он отключается, из-за чего подача тока постоянного типа на двигатель также останавливается. Только после этого происходит полная остановка, и можно считать, что схема управления двигателем вернулась в начальное положение.

Что касается интенсивности торможения, то ее можно регулировать силой постоянного тока, который следует через резистор. Для этого нужно выставить необходимое сопротивление на данном участке.

Схема для работы многоскоростного двигателя

Такая схема управления может обеспечить возможность получения двух скоростей двигателя. Для этого осуществляется подключение секций полуобмоток статора в двойную звезду или же в треугольник. Кроме того, в таком случае также обеспечивается возможность реверсирования. Чтобы избежать неисправностей системы управления двигателем, в такой сложной цепи имеется два тепловых реле, а также предохранитель. На схемах они обычно маркируются как КК1, КК1 и FA соответственно.

Изначально возможен пуск ротора с низкой частотой вращения. Для этого в схеме обычно предусмотрена кнопка, которая помечается как SB4. После ее нажатия происходит запуск на низкой частоте. Статор прибора в таком случае подключается по схеме обычного треугольника, а имеющееся реле замыкает два контактора и подготавливает двигатель к подключению питания от источника. После этого нужно нажать на кнопку SB1 или SB2, чтобы определить направление вращения — «Вперед» или «Назад» соответственно.

Когда разбег до низких частот осуществлен, появляется возможность разогнать двигатель до высоких показателей вращения. Для этого нажимается кнопка SB5, которая отключает один из контакторов от схемы и подключает другой. Если рассматривать это действие с точки зрения работы цепи, то подается команда на переход от треугольника на звезду двойного типа. Для того чтобы полностью остановить работу, имеется кнопка «Стоп», которая на схемах маркируется как SB3.

Кнопочный пост

Данное оборудование предназначается для коммутации, то есть соединения цепей, в которых протекает переменный ток с максимальным напряжением в 660 В и частотой 50 или 60 Гц. Можно эксплуатировать такие устройства и в сетях с постоянным током, но тогда максимальное рабочее напряжение ограничивается 440 В. Возможно применение даже в качестве пульта управления.

Обычный кнопочный пост имеет следующие особенности своей конструкции:

  • Каждая из его кнопок лишена фиксации.
  • Имеется кнопка «Пуск», которая чаще всего имеет не только зеленый цвет, но и контакты нормально-разведенного типа. Некоторые модели даже обладают подсветкой, которая включается после нажатия. Предназначение — введение в работу какого-либо механизма.
  • «Стоп» — это кнопка, обладающая красным цветом (чаще всего). Располагается она на замкнутых контактах, а ее основное предназначение — это отключение какого-либо прибора от источника питания с целью остановки его работы.
  • Отличие между некоторыми приборами состоит в материале, который используется для изготовления каркаса. Он может быть сделан из металла или пластмассы. В данном случае корпус играет важную роль, так как имеет определенную степень защиты, зависящую от материала.

Основные преимущества

Среди основных преимуществ таких приборов выделяются следующие:

  • комплектация данного прибора не всегда может быть стандартной, она может корректироваться по пожеланиям заказчика;
  • корпус обычно изготавливается из негорючей тугоплавкой пластмассы или же из металла;
  • имеется хорошая герметизация, которая достигается за счет наличия резиновой прокладки между крышкой и контактами внутри;
  • уплотнитель для данного кнопочного поста находится под хорошей защитой от воздействия каких-либо агрессивных факторов со стороны окружающей среды;
  • сбоку имеется дополнительное отверстие, чтобы было удобно вводить нужный кабель;
  • все крепления, имеющиеся у поста, изготавливаются из высокопрочной нержавеющей стали.

Тип постов

Существует три типа поста — это ПКЕ, ПКТ и ПКУ. Первый обычно применяется для работы со станками для деревообработки промышленного или домашнего назначения. ПКУ применяется в промышленности, но лишь на тех объектах, где отсутствует опасность взрыва, а концентрация пыли и газа не поднимается выше того уровня, который способен вывести устройство из строя. ПКТ — это именно те посты, которые могут использоваться в схемах управления трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а также другими двигателями электротехнического типа. Кроме того, они также активно используются для управления таким оборудованием, как кран-балки, мостовые краны и прочие устройства, предназначенные для подъема тяжелого груза.

Микроконтроллерная система управления трехфазным двигателем » Вот схема!


В настоящее время практически 60 % всей вырабатываемой электроэнергии потребляется электродвигателями. Поэтому достаточно остро стоит задача экономии электроэнергии и уменьшения стоимости электродвигателей. Трехфазные асинхронные двигатели считаются достаточно универсальными и наиболее дешевыми, но в то же самое время подключать их к однофазной сети и управлять частотой вращения достаточно сложно.

Заманчива перспектива, увеличения номинальной частоты вращения двигателя, в двое и более раз или использование малогабаритных двигателей рассчитанных на частоту питающей сети 400-1000 Гц и имеющие меньшую массу и стоимость. В данной радиолюбительской конструкции предпринята попытка решения проблемы.

Предлагаемая система управления работает от однофазной сети 220вольт и позволяет плавно менять обороты двигателя и отображать частоту инвертора на двухразрядном цифровом индикаторе. Дискретность изменения частоты инвертора составляет 1 Гц и регулируется в пределах от 1 до 99 Гц. В предлагаемой схеме используется числоимпульсный метод управления асинхронным двигателем с частотой модуляции 10 кГц позволяющий получать синусоидальный ток на обмотках двигателя.

Существует также более перспективный, Широтно Импульсный Метод (ШИМ, PWM — англ.) использующий управление с обратными связями и без них. С частотами модуляции от 3 до 20 кГц и всевозможные методы коммутации, позволяющие увеличить выходное напряжение инвертора на 15-27% по сравнению с питающей сетью т.е. до 354-390 вольт.

Схема, изображённая на рисугке выше, состоит из управляющего устройства D2, применен микроконтроллер PIC16F628-20/P работающий на частоте 20 мГц, кнопок управления Пуск (SA1), Стоп (SA2), кнопки увеличения и уменьшения частоты соответственно SA3.SA4. Двоично-семисегментного дешифратора D1, светодиодных матриц HG1,HG2. Узла торможения VT9,VT10,K1.

В силовой цепи используется трехфазный мостовой драйвер D4 IR2130 фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER имеющий три выхода для управления нижними ключами моста и три выхода для ключей с плавающим потенциалом управления. Данная микросхема имеет систему защиты по току которая в случае перегрузки выключает все ключи а также предотвращает одновременное открывание верхних и нижних транзисторов и тем самым предотвращает протекание сквозных токов.

Для сброса защиты необходимо установить все единицы на входах HNx, LNx. В качестве силовых ключей применены МОП транзисторы IRF740. Цепь перегрузки состоит из датчика тока R10 делителя напряжения R7-R9 позволяющего точно установить ток срабатывания защиты, и интегрирующей цепочки R6-C3 которая предотвращает ложное срабатывание токовой защиты в моменты коммутаций.

Напряжение срабатывания защиты составляет 0,5 вольт по входу ITRP (D4). После срабатывания защиты на выходе FAULT (открытый коллектор) появляется логический ноль, зажигается светодиод HL1, и закрываются все силовые ключи. Для более быстрой разрядки емкостей затворов силовых транзисторов можно установить параллельно резисторам, вклюценным в цепь затвора, диодов в обратном направлении. Двигатель необходимо включить по схеме звезды.

Источник питания состоит из мощных диодов VD11-VD14, токоограничительного резистора R20, фильтрующей емкости СЮ, емкость С11 предотвращает всплески, которые будут возникать при коммутациях на паразитных индуктивностях схемы. А также маломощного трансформатора Т1, стабилизатора напряжения 15 вольт D5 для питания схемы драйвера, и стабилизатора напряжения 5 вольт D3 для питания микроконтроллера и схемы индикации.

При использовании более мощного двигателя вместо транзисторов IRF740 можно использовать IGBT транзисторы типа IRGBC20KD2-S, IRGBC30KD2-S при этом диоды VD7-VD10, VD15.VD16 следует выпаять. Конденсатор С11 должен быть типа К78-2 на 600-1000 Вольт. Вместо VD1-VD6 желательно применить сверх быстрые диоды типа 10DF6, а емкости С15-С17 уменьшить до 2,2-4,7 микрофарад, которые должны быть рассчитаны на напряжение 50 вольт.

Трансформатор Т1 мощностью 0,5-2 Вт от калькулятора с перемотанной вторичной обмоткой. Обмотка намотана проводом диаметром 0,2 и должна выдавать 19-20 вольт. Печатная плата выполнена на одностороннем стеклотекстолите, для того чтобы можно было воспользоваться утюго-лазерной технологией изготовления. Светодиод HL1, матрицы HG1.HG2, кнопки SA1-SA4 установлены со стороны дорожек.

HEX формат программы находится в табл. 1. В момент записи в нулевую ячейку ОЗУ необходимо поместить шестнадцатеричное число от 1 до 63, начальная частота инвертора.

Программа выполнена таким образом что двигатель стартует с плавным набором скорости от 0 до установленной частоты примерно за 2 секунды, эта константа находится в ячейках 0207 и 0158 таблицы. Если необходимо увеличить скорость нарастания в два раза то вместо кодов 3005 необходимо записать 300А.

HEX данные:

Схема управления трехфазным асинхронным двигателем

Микроконтроллерная система управления асинхронным трехфазным двигателем

В настоящее время практически 60% всей вырабатываемой электроэнергии потребляется электродвигателями. Поэтому достаточно остро стоит задача экономии электроэнергии и уменьшения стоимости электродвигателей.

Трехфазные асинхронные двигатели считаются достаточно универсальными и наиболее дешевыми, но подключать их к однофазной сети и управлять частотой вращения достаточно сложно.

Рис. 1. Числоимпульсный метод управления асинхронным двигателем с частотой модуляции 10 кГц.

Заманчива перспектива увеличения номинальной частоты вращения двигателя в двое и более раз или использование малогабаритных двигателей, рассчитанных на частоту питающей сети 400. 1000 Гц и имеющихменьшую массу и стоимость. В данной радиолюбительской конструкции предпринята попытка решения проблемы.

Предлагаемая система управления работает от однофазной сети 220 В и позволяет плавно менять обороты двигателя и отображать частоту инвертора на двухразрядном цифровом индикаторе.

Дискретность изменения частоты инвертора составляет 1 Гц и регулируется в пределах от 1 до 99 Гц. В предлагаемой схеме используется числоимпульсный метод управления асинхронным двигателем с частотой модуляции 10 кГц (рис.1), позволяющий получать синусоидальный ток на обмотках двигателя.

Существует более перспективный, широтно-импульсный метод (ШИМ, PWM – англ.), использующий управление с обратными связями и без них, с частотами модуляции от 3 до 20 кГц и всевозможные методы коммутации, позволяющие увеличить выходное напряжение инвертора на 15.27% по сравнению с питающей сетью, т.е. до 354.390 В.

Принципиальная схема

Схема, показанная на рис.2, состоит из: управляющего устройства D2 (применен микроконтроллер PIC16F628-20/P, работающий на частоте 20 МГц), кнопок управления “Пуск” (SA1), “Стоп” (SA2), кнопок увеличения и уменьшения частоты SA3 и SA4 соответственно, двоично-семисегментного дешифратора D1, светодиодных матриц HG1 и HG2, узла торможения VT9, VT10, K1.

В силовой цепи используется трехфазный мостовой драйвер D4 IR2130 фирмы International Rectifier, имеющий три выхода для управления нижними ключами моста и три выхода для ключей с плавающим потенциалом управления.

Рис. 2. Принципиальная схема микроконтроллерного управления асинхронным трехфазным двигателем.

Рис. 2. Принципиальная схема микроконтроллерного управления асинхронным трехфазным двигателем (продолжение).

Данная микросхема имеет систему защиты по току, которая в случае перегрузки выключает все ключи, а также предотвращает одновременное открывание верхних и нижних транзисторов, тем самым предотвращает протекание сквозных токов. Для сброса защиты необходимо установить все единицы на входах HNx, LNx. В качестве силовых ключей применены МОП-транзисторы IRF740.

Цепь перегрузки состоит из датчика тока R10, делителя напряжения R7R9, позволяющего точно установить ток срабатывания защиты, и интегрирующей цепочки R6C3, которая предотвращает ложное срабатывание токовой защиты в моменты коммутаций. Напряжение срабатывания защиты составляет 0,5 В по входу ITRP (D4).

После срабатывания защиты на выходе FAULT (открытый коллектор) появляется лог.”0″, зажигается светодиод HL1 и закрываются все силовые ключи.

Для более быстрой разрядки емкостей затворов силовых транзисторов можно установить параллельно резисторам, включенным в цепь затвора, диоды в обратном направлении. Двигатель необходимо включить по схеме звезды.

Источник питания состоит из мощных диодов VD11-VD14, токоограничительного резистора R20, фильтрующей емкости C10, емкости C11, предотвращающей всплески, которые возникают при коммутациях на паразитных индуктивностях схемы, а также маломощного трансформатора T1, стабилизатора напряжения 15 В D5 для питания схемы драйвера, стабилизатора напряжения 5 В D3 для питания микроконтроллера и схемы индикации.

При использовании более мощного двигателя вместо транзисторов IRF740 можно использовать IGBT-транзисторы типов IRGBC20KD2-S, IRGBC30KD2-S, при этом диоды VD7-VD10, VD15, VD16 следует выпаять. Конденсатор C11 типа К78-2 на напряжение 600. 1000 В. Вместо VD1-VD6 желательно применить сверхбыстрые диоды типа 10DF6, а емкости С15-С17 уменьшить до 2,2. 4,7 мкФ, которые должны быть рассчитаны на напряжение 50 В. Трансформатор T1 мощностью 0,5.2 Вт от калькулятора с перемотанной вторичной обмоткой. Обмотка намотана проводом 00,2 и должна выдавать 19.20 В.

Печатная плата и прошивка МК

Печатная плата (рис.3) выполнена из одностороннего стеклотекстолита, для того чтобы можно было воспользоваться утюго-лазерной технологией изготовления. Светодиод HL1, матрицы HG1, HG2, кнопки SA1-SA4 установлены со стороны дорожек.

Рис. 3. Печатная плата.

HEX-формат программы приведен в таблице. В момент записи в нулевую ячейку ОЗУ необходимо поместить шестнадцатеричное число от 1 до 63, начальная частота инвертора.

Коды для прошивки в текстовом формате: Скачать

Программа выполнена таким образом, что двигатель стартует с плавным набором скорости от 0 до установленной частоты примерно за 2 с (эта константа находится в ячейках 0207 и 0158 таблицы). Если нужно увеличить скорость нарастания в два раза, то вместо кодов 3005 необходимо записать 300A.

С.М. Абрамов, г. Оренбург, Россия. Электрик-2004-08.

  1. Козаченко В. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам//СЫр№ш -1999. – №1.
  2. Обухов Д, Стенин С., Струнин Д, Фрадкин А. – Модуль управления электроприводом на микроконтроллере PIC16C62 и драйвере IR2131//ChipNews. – 1999. -№6.

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.

Типовые схемы управления электроприводами с асинхронными двигателями

Типовые схемы релейно-контакторного управления асинхронными двигателями (АД) строятся по тем же принципам, что и схемы управления двигателями постоянного тока.

Типовые схемы управления ад с короткозамкнутым ротором

Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно пускаются прямым подключением к сети без ограничения пусковых токов. В этих случаях они управляются с помощью магнитных пускателей, которые одновременно обеспечивают и некоторые виды их защиты.

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя (рис. 2.1) включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск двигателя, отключение его от сети, а также защиту от коротких замыканий (предохранители FА) и перегрузки (тепловые реле КК).

Рис. 2.1. Схема управления АД с использованием

нереверсивного магнитного пускателя

Для пуска двигателя замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SВ1. Получает питание катушка контактора КМ, который, включившись, своими главными силовыми контактами в цепи статора двигателя подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SВ1. Происходит разбег двигателя по его естественной характеристике. Для отключения двигателя нажимается кнопка остановки SВ2, контактор КМ теряет питание и отключает двигатель от сети. Начинается процесс торможения двигателя выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

Реверсивная схема управления ад.

Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК (рис. 2.2). Схема обеспечивает прямой пуск и реверс двигателя, а также торможение противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

Рис. 2.2. Схема управления АД с использованием реверсивного магнитного пускателя

В схеме предусмотрена защита от перегрузок двигателя (реле КК) и коротких замыканий в цепи статора (автоматический выключатель QF) и управления (предохранители FА). Кроме того, схема управления обеспечивает и нулевую защиту от исчезновения (снижения) напряжения сети (контакторы КМ1 и КМ2).

Пуск двигателя при включенном QF в условных направлениях «Вперед» или «Назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SВ1 или SВ2. Это приводит к срабатыванию контактора КМ1 или КМ2, подключению двигателя к сети и его разбегу.

Для реверса или торможения двигателя вначале нажимается кнопка SВЗ, что приводит к отключению включенного до сих пор контактора (например, КМ1), после чего нажимается кнопка SВ2.

Это приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз. Магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения на противоположное, что приводит к началу процесса реверса. Этот процесс состоит из двух этапов: торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только торможения двигателя при достижении им нулевой частоты вращения должна быть вновь нажата кнопка SВЗ, что приведет к отключению двигателя от сети и возвращению схемы в исходное положение. Если кнопка SВЗ нажата не будет, то это приведет к разбегу двигателя в другую сторону, т.е. к его реверсу.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного нажатия кнопок SВ1 и SВ2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокировка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотвращает втягивание одного контактора, если включен другой. В дополнение к механической блокировке в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ1 в цепь катушки аппарата КМ2 и, наоборот.

Следует отметить, что повышению надежности и удобства в эксплуатации способствует использование в схеме воздушного автоматического выключателя QF. Его наличие исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы, при однофазном коротком замыкании.

Схема управления многоскоростным АД.

Эта схема (рис. 2.3) обеспечивает получение двух скоростей двигателя путем соединения секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду, а также его реверсирование. Защита электропривода осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохранителями FА.

Рис. 2.3. Схема управления двухскоростным АД

Для пуска двигателя на низкую частоту вращения нажимается кнопка SВ4, после чего срабатывает контактор КМ2 и блокировочное реле КV. Статор двигателя оказывается включенным по схеме треугольника, а реле КV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМЗ и КМ4, подготавливает подключение двигателя к источнику питания. Далее нажатие кнопки SВ1 или SВ2 приводит к включению соответственно в направлении «Вперед» или «Назад».

После разбега двигателя до низкой частоты вращения может быть осуществлен его разгон до высокой частоты вращения. Для этого нажимается кнопка SВ5, что приведет к отключению контактора КМ2 и включению контактора КМ1, обеспечивающему переключение секций обмоток статора с треугольника на двойную звезду.

Остановка двигателя производится нажатием кнопки SВ3, что вызовет отключение всех контакторов от сети и торможение двигателя выбегом.

Применение в схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4. Этой же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4 в цепи их катушек.

Схема управления АД, обеспечивающая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SВ1 (рис. 2.4), после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ.

Рис. 2.4. Схема управления пуском и динамическим торможением АД с короткозамкнутым ротором

Для остановки двигателя нажимается кнопка SВ2, Контактор КМ отключается, размыкая свои контакты в цепи статора двигателя и отключая тем самым его от сети переменного тока. Одновременно с этим замыкается контакт КМ в цепи аппарата КМ1 и размыкается контакт КМ в цепи реле КТ. Это приводит к включению контактора торможения КМ1, подаче в обмотки статора постоянного тока от выпрямителя V через резистор Rт и переводу двигателя в режим динамического торможения.

Реле времени КТ, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени. Через интервал времени, соответствующий времени останова двигателя, реле КТ размыкает свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключается, прекращая подачу постоянного тока в цепь статора. Схема возвращается в исходное положение.

Интенсивность динамического торможения регулируется резистором Rт, с помощью которого устанавливается необходимый постоянный ток в статоре двигателя.

Для исключения возможности одновременного подключения статора к источникам переменного и постоянного тока в схеме использована типовая блокировка с помощью размыкающих контактов КМ и КМ1, включенных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов.

Типовые схемы управления АДс фазным ротором. Схемы управления двигателя с фазным ротором, которые рассчитаны в основном на среднюю и большую мощность, должны предусматривать ограничение токов при их пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора. За счет включения резисторов в цепь ротора можно также увеличить момент при пуске вплоть до уровня критического (максимального) момента.

Схема одноступенчатого пуска АД в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

После подачи напряжения включается реле времени КТ (рис. 2.5), ко­торое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Рис.2.5. Схема управления пуском и торможением противовключением АД с фазным ротором

Включение двигателя производится нажатием кнопки SВ1, после чего включается контактор КМ1. Статор двигателя подсоединяется к сети, электромагнитный тормоз YВ растормаживается, и начинается разбег двигателя. Включение КМ1 одновременно приводит к срабатыванию контактора КМ4, который своим контактом шунтирует ненужный при пуске резистор противовключения Rд2, а также разрывает цепь катушки реле времени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ3, который срабатывает и шунтирует пусковой резистор Rд1, в цепи ротора, и двигатель выходит на свою естественную характеристику.

{SOURCE}

Шкаф управления насосом для тепловых сетей г. Волхова

Специалистами компании «Инвертор» выполнен заказ по изготовлению и пуско-наладке шкафа управления трехфазным асинхронным двигателем на базе комплектующих компании ABB для тепловых сетей города Волхова.

Специалистами компании «Инвертор» выполнен заказ по изготовлению и пусконаладке шкафа управления трехфазным асинхронным двигателем на базе комплектующих компании ABB для тепловых сетей города Волхова.
Данный проект реализован по программе энергоэффективности, т.к. изначально поддержание давления в трубопроводе производилось с помощью заслонки.

Шкаф управления трёхфазным асинхронным двигателем
(степень защиты IP54, система кондиционирования)

Цель: обеспечение поддержания стабильности давления в трубопроводе подачи горячей воды городского водоснабжения с помощью регулирования скорости вращения сетевого насоса.

Состав и описание: 
Номинальная мощность двигателя – 400 кВт
Номинальный ток двигателя – 700 А
В комплектации шкафа управления:

  1. вводной автоматический выключатель
  2. частотный преобразователь серии ACQ810 (АВВ)
  3. входной дроссель
  4. выходной дроссель

Есть возможность переключения частотного преобразователя на управление между тремя двигателями. 
Есть возможность прямого пуска двигателей (минуя частотный преобразователь) в случае выхода из строя частотного преобразователя.
Шкаф имеет дистанционный пульт управления.

Результат: 
После внедрения Шкафа управления насосом в комплектации частотного преобразователя ABB серии ACQ810, поддержание требуемого давления происходит с помощью изменения скорости вращения двигателя насосного агрегата. 
Успешная реализация данного проекта позволила достичь существенной экономии потребления электроэнергии котельной города Волхова, а так же повысить надежность и продлить срок службы насосного агрегата и системы трубопровода.

Шкаф управления насосом производства компании Инвертор


Асинхронный трёхфазный двигатель

← В раздел «Статьи»

1. Применение трёхфазных двигателей в стиральных машинах

Асинхронный трёхфазный электродвигатель был изобретён в 1889 году русским электротехником Доливо-Добровольским. Трёхфазные двигатели получили широкое применение в различной промышленной технике, в том числе и в промышленных стиральных машинах. С развитием современных технологий и электронных систем управления, подобные двигатели стали распространены и в бытовой технике. В бытовых стиральных машинах трёхфазные двигатели стали применяться примерно с 2005 года. Сегодня можно встретить такие двигатели только в некоторых моделях стиральных машин торговых марок: AEG, Electrolux, Ariston, Indesit, Whirpoll, Candy, Bosch, Siemens, Miele, Haier. Трёхфазные двигатели из-за низкого уровня шума, очень часто применяются в так называемых бесшумных стиральных машинах.

2. Общие сведения о трёхфазном токе и трёхфазном двигателе

Как известно из курса электротехники, в промышленности трёхфазный ток создаётся трёхфазным генератором, который имеет три обмотки сдвинутые относительно своей геометрической оси на угол 120°, поэтому на выходе каждой из обмоток генератора образуются переменные токи, фазы которых соответственно сдвинуты друг относительно друга также на 120°.
График трёхфазного тока представлен на (Рис.2).
Конструкция и принцип работы трёхфазного и однофазного асинхронных двигателей почти одинаковы. Разница лишь в обмотках статора. Трехфазные электродвигатели имеют на статоре трёхфазную обмотку, каждая секция обмоток которых сдвинута на 120°. Ротор (подвижная часть) трёхфазного двигателя имеет такую же конструкцию, что и однофазные асинхронные двигатели, т.е. состоит из короткозамкнутой обмотки в виде «беличьего колеса». Статор (неподвижная часть) состоит из сердечника в пазы которого уложены секции обмоток и подключены к контактной колодке двигателя.
В отличие от однофазного асинхронного конденсаторного двигателя, трёхфазный двигатель подключённый к трёхфазной сети, не нуждается в пусковом конденсаторе, поскольку сдвиг фаз токов необходимый для образования пускового момента и вращающегося кругового магнитного поля обусловлен самой системой питания.
Трёхфазные асинхронные двигатели могут работать так же от однофазной сети, но с потерей мощности примерно на 50% и естественно уже с применением пусковой схемы построенной на конденсаторах.

Рис.2 График трёхфазного тока


Рис.3 Соединение обмоток статора по схеме
«звезда» и «треугольник»

Существуют две классические схемы подключения трёхфазных двигателей — это соединение обмоток статора по схеме «звезда» и «треугольник» (Рис.3) В стиральных машинах применяются трёхфазные асинхронные двигатели обмотки статора которых соединены по схеме «треугольник», т.е.конец первой обмотки соединен с началом второй, конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой, образуя замкнутый контур. При таком соединении в замкнутый контур нет никакой опасности, так как благодаря сдвигу по фазе между электродвижущими силами на 120° их геометрическая сумма равна нулю и, следовательно тока в контуре быть не может. Все обмотки в трёхфазном двигателе имеют одинаковое электрическое сопротивление, что обеспечивает равномерную нагрузку на каждую фазу.

Если не вдаваться в подробности основ теории электротехники, отметим главное — электродвигатели с обмотками, соединёнными звездой работают намного мягче, чем электродвигатели с соединением обмоток в треугольник, но нельзя не отметить, что при соединении обмоток звездой двигатель не способен выдать максимальную мощность. Если соединить обмотки треугольником, двигатель выдаст полную паспортную мощность (приблизительно в 1,5 раза выше, чем при соединении звездой), но значения пусковых токов будут высокими.

3. Система управления трёхфазным двигателем (инвертор)

Выше, мы провели очень краткий обобщающий обзор по трёхфазному току и трёхфазному асинхронному двигателю. На самом деле, в электротехнике этот материал занимает очень большой раздел, с описанием всех физических процессов трёхфазной системы.

Как же работает асинхронный трёхфазный двигатель в бытовой стиральной машине, которая подключена к однофазной сети с переменным напряжением 220 вольт?

Для того, чтобы трёхфазный двигатель максимально эффективно работал в однофазной сети, применяют относительно сложный электронный преобразователь, который называют — инвертор. Структурная схема инвертора представлена ниже на (Рис.4).


Рис.4 Структурная схема инверторного преобразователя

Данный преобразователь имеет ярко выраженное звено постоянного тока. Переменное напряжение сети преобразуется при помощи диодного моста в постоянное, сглаживается индуктивностью (L) и ёмкостью (C), термистор (NTC) служит для защиты схемы от токовых перегрузок. Индуктивность и ёмкость в выпрямителе служат также фильтром, который защищает сеть от пульсаций при коммутации двигателя.

От переменной сети так же работает импульсный блок питания, который формирует пониженное постоянное напряжение различных значений для питания системы управления. С выхода выпрямителя постоянное напряжение поступает на силовую часть инвертора построенную на IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором ). На структурной схеме IGBT позиционированы как Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. В корпус данных транзисторов интегрирован диод включённый между цепью эмиттера и коллектора, который защищает транзистор от излишних токовых перегрузок возникающих при коммутации обмоток электродвигателя.

В инверторе осуществляется преобрaзовaние постоянного нaпряжения в трехфaзное (или однофaзное) импульсное нaпряжение изменяемой aмплитуды и чaстоты. По сигнaлaм системы упрaвления, кaждaя обмоткa электрического двигaтеля подсоединяется через соответствующие силовые трaнзисторы инверторa к положительному и отрицaтельному полюсaм звенa постоянного токa. Сигналы управления поступают на затворы транзисторов с драйверов (микросхем управления) IR1, IR2, IR3.

Сигнал на драйверы приходит с цифрового сигнального процессора ( DSP-Digital signal processor ) системы управления. Такие процессоры специально разработаны для управления двигателями. Длительность подключения кaждой обмотки в пределaх периодa следовaния импульсов модулируется по синусоидaльному зaкону. Чем выше частота преключения транзисторов, тем выше скорость вращения ротора трёхфазного двигателя, поэтому этот метод управления двигателя называют частотным.

Реверсивное вращение двигателя осуществляется за счёт изменения порядка включения транзисторов инвертора.

Алгоритм системы управления двигателем заложен в цифровом сигнальном процессоре.

Тахогенератор (Т) (Рис.4) расположенный на валу двигателя является звеном обратной связи между двигателем и блоком управления, благодаря чему, поддерживается необходимая стабильная скорость вращения двигателя на различных этапах работы стиральной машины. По сигналу с тахогенератора определятся дисбаланс барабана на стадии отжима, а в некоторых моделях стиральных машин происходит даже примерное взвешивание белья, за счёт сравнения характера сигналов тахогенератора при пустом и заполненным бельём барабане.

Подобные критерии сигналов тахогенератора, записаны в программе процессора системы управления двигателем или в микросхеме памяти блока управления.

В качестве дополнения, ко всему описанному в этом пункте, представим внешний вид и расположение некоторых компонентов инверторных блоков управления для стиральных машин.

Существует три основных вида:

1.Единый блок управления (инвертор и управление остальными элементами стиральной машины совмещены в общий модуль) (Фото 1)

2.Отдельный блок для управления 3-х фазным двигателем (Фото 2)

3.Блок управления (инвертор) расположен на самом двигателе


Фото 1. Единый блок управления стиральной машины Ariston

Фото 2. Отдельный блок для управления 3-х фазным двигателем

4.Диагностика трёхфазных асинхронных двигателей.

Рис.6 Схема соединения частей трёхфазного двигателя с контактной колодкой

Сразу хочется отметить, что трёхфазные асинхронные двигатели стиральных машин довольно надёжные. В практике ремонта стиральных машин, известно крайне мало случаев выхода из строя подобных двигателей.

Большая часть неисправностей связанная с некорректной работой двигателей, заключается в неисправности самой системы управления. При неисправности системы управления, двигатель может вращаться рывками или наблюдается нестабильная частота вращения ротора, а иногда он вовсе не вращается.

Блок управления трёхфазным двигателем может быть выполнен в виде отдельного модуля или совмещён с общим модулем управления стиральной машины.

На (рис.4) приведена лишь структурная схема инверторного преобразователя, на самом деле принципиальная схема инвертора намного сложнее и содержит в себе микропроцессорную систему, операционные усилители, оптические развязки и т.п.

Невозможно полноценно проверить работоспособность или напрямую включить трёхфазной двигатель стиральной машины без подключения к электронной схеме.

При помощи мультиметра представляется возможным проверить лишь целостность цепи обмоток статора двигателя, пробой обмоток на корпус, электрическое сопротивление катушки тахогенератора и тепловое защитное устройство.

5. Преимущество и недостатки трёхфазных двигателей в стиральных машинах

К преимуществу трёхфазных двигателей перед коллекторными и однофазными асинхронными двигателями можно отнести низкий уровень шума и высокий КПД двигателя, а также простоту конструкции и большой эксплуатационный ресурс. Благодаря импульсно-частотной электронной схеме управления достигается широкий диапазон и точность регулирования частоты вращения ротора двигателя. При сравнительно небольших габаритах обладает большой мощностью.

К недостаткам стоит отнести лишь сложную электронную систему управления двигателем.

← В раздел «Статьи»

Управление скоростью трехфазного асинхронного двигателя

Как контролировать скорость трехфазного асинхронного двигателя? Метод регулирования скорости включает в себя: изменение числа полюсов, регулирование напряжения статора, преобразование частоты статора, каскадное регулирование скорости, регулировку скорости двойной подачи, гидравлическую муфту, электромагнитную фрикционную муфту и т. д.
Дана фактическая скорость трехфазного асинхронного двигателя. по n=n с (1 — с) = 120f /p (1-с). Из формулы видно, что скорость трехфазного асинхронного двигателя можно изменить путем изменения числа полюсов асинхронного двигателя «p», скольжения «s» и частоты питания «f».

Управление скоростью с переключением полюсов
Как показано в формуле n s =120f/p, оно может изменять синхронную скорость двигателя путем изменения количества полюсов обмотки статора, тем самым изменяя рабочую скорость. Управление скоростью с переключением полюсов в основном используется в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. Регулятор скорости с переключением полюсов имеет следующие характеристики:

  • Более прочные механические характеристики и хорошая стабильность
  • Отсутствие потерь на скольжение и высокая эффективность
  • Простое подключение, удобное управление и низкая цена

Но плавное регулирование скорости этим методом невозможно из-за большого перепада уклонов.Следовательно, его можно использовать с регулированием скорости по напряжению и электромагнитной фрикционной муфтой для получения более эффективной характеристики плавного регулирования скорости.
Этот метод подходит для производственного оборудования без плавного регулирования скорости, такого как металлорежущие станки, подъемники, краны, вентиляторы, водяные насосы и т.д.

Регулятор скорости скольжения
1. Изменение напряжения статора
Крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения статора.То есть изменение напряжения статора может изменить механическую характеристику и крутящий момент двигателя.
Этот метод не подходит для обычного двигателя с короткозамкнутым ротором, так как сопротивление его ротора очень мало и ток будет быстро возрастать на низкой скорости.
Но его можно использовать для асинхронного двигателя с обмоткой за счет последовательного сопротивления или частого варистора в цепи ротора, чтобы уменьшить нагрев двигателя.
2. Изменение сопротивления ротора
Этот метод регулирования скорости применим только к мотору с обмоткой.В цепи ротора асинхронного двигателя последовательно с сопротивлением при фиксированной нагрузке чем больше сопротивление, тем ниже скорость двигателя. Чем меньше сопротивление, тем выше скорость.
Этот метод прост, легок в управлении и требует небольших первоначальных инвестиций. Но мощность скольжения расходуется на сопротивление при нагреве. Он также имеет мягкие механические характеристики.
3. Каскадное управление скоростью
В настоящее время каскадное управление скоростью использует схему каскадного управления инвертором SCR и имеет следующие преимущества: усиление механических характеристик, низкое падение напряжения на выпрямителе, небольшое пространство, отсутствие вращающихся частей, низкий уровень шума, простота. Обслуживание.Это один из методов управления скоростью двигателя с обмоткой.
У него есть и свой недостаток. То есть схема ротора оснащена дросселем для фильтра, поэтому коэффициент мощности низкий.

Регулирование скорости с переменной частотой
Согласно формуле скорости асинхронного двигателя видно, что когда скольжение s остается постоянным, скорость двигателя n в основном пропорциональна частоте сети f . Следовательно, изменение частоты f позволяет плавно регулировать скорость асинхронного двигателя.Изменение частоты питания является экономичным методом регулирования скорости, а также одним из самых популярных способов регулирования скорости асинхронного двигателя.
Регулирование скорости с переменной частотой — это способ изменить частоту сети статора двигателя, а затем изменить его синхронную скорость. Основным оборудованием системы частотно-регулируемого управления является преобразователь частоты или частотно-регулируемый привод (ЧРП), обеспечивающий преобразование частоты для источника питания. Преобразователи частоты можно разделить на две категории: ЧРП AC-DC-AC и ЧРП AC-AC.

В настоящее время широко используемые частотно-регулируемые приводы используют цифровые технологии и стремятся к миниатюризации, высокой надежности и высокой точности. В приложениях он не только обладает значительной энергосберегающей производительностью, но и имеет следующую производительность:

  • Высокоточная плавная регулировка скорости.
  • Полная функция защиты, способная отображать неисправность путем самодиагностики и простого обслуживания.
  • Пуск непосредственно от сети, с большим пусковым моментом и малым пусковым током, которые снижают воздействие на электросеть и оборудование, а также имеют функцию подъемного крутящего момента, что позволяет сэкономить устройство плавного пуска.
  • Высокий коэффициент мощности и сохранение устройства компенсации конденсатора.

Управление трехфазным двигателем с помощью релейной логики ПЛК

Управление трехфазным двигателем с помощью ПЛК

Это программа ПЛК для прямого и обратного управления трехфазным асинхронным двигателем.

Описание проблемы

  • Существует множество двигателей и конвейеров, используемых в промышленности для различных целей.
  • В некоторых случаях двигателям или конвейерам требуется работа в прямом и обратном направлении для некоторых целей управления.
  • Например, мостовой кран каждый раз, когда операторы перемещают его вперед и назад для погрузочно-разгрузочных работ.
  • Таким образом, мы можем использовать системы ПЛК для программирования двигателя для работы в прямом/обратном направлении.

Диаграмма проблем

Проблема Решение

  • В этом случае нам нужно управлять двигателем в обоих направлениях, что возможно только с помощью цепи реле управления вперед/назад или через логику.
  • Здесь мы решаем эту проблему, используя простую логику прямого/обратного управления в ПЛК.
  • Итак, здесь мы рассмотрим один 3-фазный двигатель для работы в прямом и обратном направлении.
  • И мы возьмем два контактора или реле для управления двигателем, потому что здесь нам нужны два разных направления, то есть Вперед/Назад. Первый контактор для управления прямым направлением и второй контактор для управления обратным направлением двигателя.
  • Также мы должны рассмотреть три кнопки, то есть для функций вперед, назад и остановки двигателя.
  • Таким образом, здесь оператор будет использовать FWD PB для работы в прямом направлении, REV PB для работы в обратном направлении и STOP PB для функции остановки.
Список входов ПЛК
  • ВПЕРЕД ПБ: I0.0
  • РЕД.: I0.1
  • СТОП PB: I0.2
  • Отключение двигателя: I0.3
Список выходов ПЛК
  • Мотор вперед: Q0.0
  • Реверс двигателя: Q0.1

Релейная диаграмма ПЛК для прямого/обратного управления двигателем

Описание лестничной логики

  • В этом приложении мы будем использовать ПЛК Siemens S7-1200 и программное обеспечение TIA Portal для программирования.Мы также можем разработать эту логику с релейной схемой.
  • Эта схема также известна как управление вперед/назад для трехфазного асинхронного двигателя.
  • Мы напишем логику для условия прямого хода в сети 1. Здесь мы используем замыкающий контакт FWD PB (I0.0) для прямого хода двигателя, мы используем кнопку, поэтому нам нужно использовать один замыкающий контакт выхода двигателя вперед катушка (Q0.0) для фиксации. (Кнопка обеспечивает только мгновенный контакт, и нам нужно зафиксировать действие, чтобы был использован прямой контакт катушки двигателя)
  • Поставить размыкающий контакт реверсивного выхода двигателя (Q0.1) последовательно для разблокировки цепи, потому что и вперед, и назад не должны работать одновременно.
  • Теперь запишите логику для реверса в цепи 2. Здесь мы возьмем НО контакт REV PB (I0.2) для функции реверса двигателя, а также возьмем еще один НО контакт выходной катушки реверса двигателя (Q0.1) для фиксации выход реверса двигателя (QO.1). (Кнопка обеспечивает только мгновенный контакт, и нам нужно зафиксировать действие, чтобы был использован прямой контакт катушки двигателя)
  • Сюда же поместите размыкающий контакт выходной катушки двигателя вперед (Q0.0) последовательно для разблокировки цепи, потому что и вперед, и назад не должны работать одновременно.
  • Для блокировки поместите размыкающий контакт FWD PB (I0.0) последовательно с REV PB (I0.2) и размыкающий контакт REV PB (I0.2) последовательно с FWD PB (I0.0).
  • Поместите размыкающий контакт последовательно в обе сети, чтобы оператор мог остановить вращение вперед или назад, нажав STOP PB
  • Здесь мы использовали OLR для защиты двигателя, поэтому добавьте размыкающий контакт отключения двигателя (I0.3) последовательно в обе сети для защиты двигателя

Тестовые сценарии выполнения

Примечание: Вышеприведенная логика ПЛК дает общее представление о применении логики ПЛК для управления трехфазным асинхронным двигателем.Логика ограничена и не является полным приложением.

Автор : Бхавеш

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube для видеоуроков по ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать далее:

Автоматическое смешивание жидкостей с ПЛК

ПЛК последовательного управления двигателем

Логика условного управления ПЛК

Операция непрерывного заполнения в ПЛК

Автоматическое обнаружение пустой бутылки

(PDF) Различные методы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя

American Journal of Electrical and Electronic Engineering, 2016, Vol.4, No. 2, 62-68

Доступно на сайте http://pubs.sciepub.com/ajeee/4/2/3

© Science and Education Publishing

DOI:10.12691/ajeee-4-2- 3

Различные методы регулирования скорости трехфазного электродвигателя

Асинхронный двигатель

GC Diyoke*, Okeke C., Uchechi Aniagwu

Факультет электротехники и электроники, Сельскохозяйственный университет Майкла Окпара, штат Умудике Абиа, Нигерия

* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Резюме Асинхронные двигатели являются наиболее широко используемыми электродвигателями благодаря их надежности, низкой стоимости, прочности и прочности. Однако асинхронные двигатели по своей природе не могут работать с переменной скоростью. По этой причине ранее в большинстве электроприводов применялись двигатели постоянного тока. Но недавние разработки методов управления скоростью асинхронного двигателя привели к их широкомасштабному использованию почти во всех электроприводах

.В этой статье были реализованы различные методы управления скоростью асинхронных (асинхронных) двигателей, такие как переменное сопротивление ротора, переменное напряжение статора, постоянное управление Вольт/Гц, изменение частоты, изменение полюсов и т. д.,

и программное обеспечение MATLAB. был использован для разработки кодов для анализа этих методов.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, регулирование скорости, режим работы.Американский журнал электротехники и электронной техники, том. 4, нет. 2

(2016): 62-68. дои: 10.12691/аджи-4-2-3.

1. Введение

Асинхронный или асинхронный двигатель представляет собой тип двигателя переменного тока

, в котором мощность подается на ротор посредством

электромагнитной индукции, а не через коллектор или

токосъемные кольца, как в других типах двигателей . Эти двигатели

широко используются в промышленных приводах, особенно многофазные

асинхронные двигатели, поскольку они прочны и не имеют

щеток.Но они требуют гораздо более сложных методов управления

, более дорогих и более мощных преобразователей мощности

, чем машины постоянного тока и постоянных магнитов [1]. Однофазные версии

используются в небольших бытовых приборах. Их скорость

определяется частотой питающего тока, поэтому они

наиболее широко используются в приложениях с постоянной скоростью,

, хотя версии с переменной скоростью, использующие приводы с переменной частотой

, становятся все более распространенными.Наиболее распространенным типом

является двигатель с короткозамкнутым ротором, и этот термин иногда используется для обозначения асинхронных двигателей в целом [2,3,4,5]. Но

желательно заменить приводы с однофазным асинхронным двигателем

трехфазными асинхронными двигателями в бытовых приборах

, сельском хозяйстве и маломощных промышленных применениях.

Асинхронные двигатели выполняли основную часть многих

систем управления скоростью и нашли применение в нескольких

промышленных приложениях [6].Преимущество усовершенствования в

в отрасли моторных приводов коснулось различных применений,

от тяжелого и крупного промышленного оборудования, такого как прокатные станы

на сталелитейных заводах, бумажных фабриках и т. д., до

«Мехатроника» оборудования, используемого в машинах инструменты и машины для производства полупроводников

[7].

Трехфазные асинхронные машины представляют собой машины с синхронной скоростью

, работающие ниже синхронной скорости при

двигателе и выше синхронной скорости при генерировании

[8].Они сравнительно дешевле эквивалентных синхронных машин или машин постоянного тока размера

и варьируются в размерах от нескольких ватт до 10 000 л.с. Как и двигатели, они прочны и требуют минимального обслуживания. Однако их скорости

не так легко, как у двигателей постоянного тока. Они потребляют большие

пусковые токи, обычно примерно в шесть-восемь раз превышающие их значения при полной нагрузке

, и работают с плохим запаздывающим коэффициентом мощности при небольшой нагрузке

.

Этот документ имеет следующую структуру: В разделе I рассматривается концепция асинхронного двигателя

и его применения. В разделе II

представлены различные методы регулирования скорости. Раздел III

подробно описывает принцип работы асинхронного двигателя. Здесь

в разделе IV подробно представлен анализ эквивалентной схемы

. В разделе V отображаются результаты моделирования Matlab/Simulink

. Наконец, в разделе VI представлен вывод

.

2. Различные методы управления скоростью

Управление скоростью асинхронного двигателя (AM) или

асинхронного двигателя (IM) может варьироваться путем изменения скольжения ‘S’

или числа полюсов ‘p’ или частоты ‘f ‘ из предложения.

Возможность изменения любой из трех вышеуказанных величин

обеспечит методы управления скоростью

асинхронного двигателя. Метод постоянной V/F обычно используется для

управления постоянной и переменной скоростью асинхронного двигателя.

Различные методы управления скоростью

АД можно разделить на скалярные и векторные методы управления.

В данной работе используются скалярные методы управления. Скалярные

методы управления скоростью можно классифицировать как

А. Контроль сопротивления ротора

Этот метод применим только к асинхронным двигателям с фазным ротором

. Изменение скорости можно получить, вставив внешнее сопротивление в цепь ротора (

).Внешние сопротивления

включены последовательно с обмотками ротора

при пуске для ограничения пускового тока. Без внешних сопротивлений

пусковые токи во много раз

Управление двигателем Асинхронный двигатель переменного тока

Один из наиболее распространенных электродвигателей, используемых в большинстве приложений, известный как асинхронный двигатель. Этот двигатель также называют асинхронным двигателем, потому что ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его асинхронным двигателем переменного тока.Он работает со скоростью меньше, чем его синхронная скорость. Асинхронные двигатели переменного тока бывают однофазными или многофазными. Однофазная система питания широко используется по сравнению с трехфазной системой для бытовых целей, коммерческих целей и, в некоторой степени, в промышленных целях.

Статор двигателя состоит из перекрывающих друг друга обмоток. Когда первичная обмотка или статор подключены к источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.Теоретическая скорость ротора асинхронного двигателя зависит от частоты сети переменного тока и количества витков, составляющих статор, и при отсутствии нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. Он вращается с постоянной скоростью, если вы не используете частотно-регулируемый привод.

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их дешевыми, тихими, долговечными и относительно безотказными.Асинхронные двигатели могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушек. Трехфазные IM широко используются в промышленных приводах, подъемниках, кранах, токарных станках и т. д., потому что они прочные, надежные и экономичные. Однофазные асинхронные двигатели широко используются для небольших нагрузок, таких как бытовые приборы, такие как вентиляторы, насосы, миксеры, игрушки, пылесосы, сверлильные станки и т. д.


Вернуться на главную страницу управления двигателем

%PDF-1.4 % 10624 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 10624 103 0000000016 00000 н 0000005054 00000 н 0000005241 00000 н 0000006614 00000 н 0000007286 00000 н 0000008077 00000 н 0000008683 00000 н 0000008799 00000 н 0000008913 00000 н 0000009102 00000 н 0000009815 00000 н 0000010518 00000 н 0000010668 00000 н 0000011397 00000 н 0000012125 00000 н 0000012243 00000 н 0000012760 00000 н 0000012846 00000 н 0000013448 00000 н 0000020774 00000 н 0000026950 00000 н 0000033265 00000 н 0000039270 00000 н 0000045212 00000 н 0000051038 00000 н 0000057165 00000 н 0000057690 00000 н 0000063689 00000 н 0000068936 00000 н 0000074201 00000 н 0000078214 00000 н 0000078329 00000 н 0000078406 00000 н 0000078486 00000 н 0000078794 00000 н 0000079026 00000 н 0000079323 00000 н 0000079653 00000 н 0000080319 00000 н 0000080626 00000 н 0000080968 00000 н 0000081697 00000 н 0000081734 00000 н 0000081814 00000 н 0000102632 00000 н 0000102971 00000 н 0000103043 00000 н 0000103163 00000 н 0000103289 00000 н 0000103369 00000 н 0000103470 00000 н 0000103623 00000 н 0000103946 00000 н 0000104005 00000 н 0000104125 00000 н 0000104162 00000 н 0000104242 00000 н 0000112039 00000 н 0000112378 00000 н 0000112450 00000 н 0000112570 00000 н 0000112607 00000 н 0000112687 00000 н 0000124970 00000 н 0000125310 00000 н 0000125382 00000 н 0000125502 00000 н 0000125539 00000 н 0000125619 00000 н 0000141110 00000 н 0000141447 00000 н 0000141519 00000 н 0000141639 00000 н 0000142600 00000 н 0000142643 00000 н 0000146461 00000 н 0000146504 00000 н 0000150336 00000 н 0000150379 00000 н 0000150459 00000 н 0000150578 00000 н 0000150852 00000 н 0000150932 00000 н 0000157182 00000 н 0000157225 00000 н 0000215872 00000 н 0000215952 00000 н 0000216236 00000 н 0000216316 00000 н 0000216443 00000 н 0000216719 00000 н 0000216799 00000 н 0000217075 00000 н 0000217155 00000 н 0000217426 00000 н 0000218057 00000 н 0000443410 00000 н 0000451639 00000 н 0000539904 00000 н 0000655196 00000 н 0000830104 00000 н 0000004710 00000 н 0000002413 00000 н трейлер ]/Предыдущая 5502273/XRefStm 4710>> startxref 0 %%EOF 10726 0 объект >поток hX{lS>WPR%a&::6GTYTiPds7!nn)Mh,һ0V:J k1TmV&M;{1+Y|;w

Цепь управления трехфазным двигателем MC3PHAC FSBS10CH60 – Electronics Projects Circuits

Схема управления двигателем Проектирование и регенерация трехфазного инвертора для питания асинхронного двигателя.Инвертор предназначен для привода реечной дрели мощностью до 1 кВт. Устройство будет построено с использованием встроенной… Проекты в области электроники, трехфазная схема управления двигателем MC3PHAC FSBS10CH60 «цепь управления двигателем, цепь драйвера двигателя», Дата 29.06.2020

Схема управления двигателем проектирование и восстановление трехфазного инвертора для питания асинхронного двигателя. Инвертор предназначен для привода реечной дрели мощностью до 1 кВт. Устройство будет построено с использованием интегральных схем.Одноцелевые интегральные схемы упрощают проектирование и производство недорогих приложений. И благодаря этому приводы с асинхронными двигателями проникают в небольшие приложения, требующие регулирования скорости потока, такие как дрели, кондиционеры или стиральные машины. Схема MC3PHAC предназначена для управления асинхронными двигателями в разомкнутом контуре. Управление без обратной связи подходит для управления обычной дрелью. В силовой части использован транзисторный модуль ФСБС10Ч60, содержащий 6 транзисторов в одном корпусе и нулевые диоды вместе с возбудителями по принципу накачки заряда.

Первая часть дипломной работы представляет собой теоретическое описание управления асинхронным двигателем и функции инвертора. Ниже приводится описание конструкции периметра предлагаемого инвертора, описание свойств и работы используемой схемы управления и силового модуля. Кроме того, предлагается совместить общую схему подключения и плоскую конструкцию. Последняя часть посвящена реализации предложенного преобразователя и оценке тестовых измерений.

Схема управления трехфазным двигателем

Контроллер двигателя MC3PHAC

MC3PHAC — это высокопроизводительный монолитный интеллектуальный контроллер двигателя, разработанный специально для удовлетворения требований к недорогим трехфазным системам управления двигателями переменного тока с регулируемой скоростью. Устройство адаптируется и настраивается в зависимости от среды. Он содержит все активные функции, необходимые для реализации управляющей части 3-фазного привода с разомкнутым контуром.Одним из уникальных аспектов этого устройства является то, что, хотя оно адаптируется и настраивается в зависимости от среды, оно не требует разработки программного обеспечения. Это делает MC3PHAC идеально подходящим для пользовательских приложений, требующих управления двигателем переменного тока, но с ограниченными или отсутствующими программными ресурсами.

Особенности устройства MC3PHAC:

    • Управление скоростью в вольтах на герц
    • Фильтрация цифровой обработки сигналов (DSP) для повышения стабильности скорости
    • 32-битные вычисления для высокоточной работы
    • Доступ к Интернету
    • Для работы не требуется разработка пользовательского программного обеспечения
    • 6 выходов широтно-импульсный модулятор (ШИМ)
    • Генерация 3-фазного сигнала
    • 4-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
    • Конфигурируется пользователем для автономной или централизованной работы
    • Динамическое подавление пульсаций шины
    • Выбираемая полярность и частота ШИМ
    •Выбираемая базовая частота 50/60 Гц
    •Системный генератор на основе контура фазовой автоподстройки частоты (PLL)
    •Последовательный интерфейс связи (SCI)
    •Схема обнаружения низкого напряжения питания

В MC3PHAC включены защитные функции, состоящие из постоянного тока контроль напряжения на шине и вход ошибки системы
, который немедленно отключит модуль ШИМ при обнаружении ошибки системы

ФСБС10Ч60

FSBS10CH60 — серия Motion SPM 3, разработанная компанией Fairchild для обеспечения очень компактного и высокопроизводительного инверторного решения для приводов двигателей переменного тока в устройствах с низким энергопотреблением, таких как кондиционеры и стиральные машины.Он сочетает в себе оптимизированную защиту цепи и приводы, соответствующие IGBT с малыми потерями. Надежность системы дополнительно повышается благодаря встроенной блокировке при пониженном напряжении и защите от перегрузки по току. Высокоскоростной встроенный HVIC обеспечивает возможность управления затвором IGBT без оптопары с однополярным питанием, что еще больше уменьшает общий размер инверторной системы. Ток каждой фазы инвертора можно контролировать благодаря трем отдельным клеммам отрицательного постоянного тока.

СПИСОК ССЫЛОК ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ФАЙЛОВ (в формате TXT): LINKS-26012.zip

Почему следует использовать трехфазный асинхронный двигатель с преобразователем частоты переменного тока (ЧРП)

Преобразователь частоты (ЧРП) — это тип привода с регулируемой скоростью, используемый для управления электродвигателями, приводимыми в действие переменным током (AC). Двумя основными типами двигателей переменного тока, используемых в промышленности, являются синхронные и асинхронные. Есть несколько причин, по которым вам следует использовать трехфазный асинхронный двигатель с частотно-регулируемым приводом.

Блог по теме: 5 вещей, которые нужно знать перед проектированием центра управления двигателем


Какие типы двигателей есть в наличии у Mader?

Синхронные и асинхронные двигатели

Синхронные двигатели переменного тока работают с использованием роторов, которые вращаются точно с той же скоростью, что и вращающиеся магнитные поля. Двигателю требуется источник постоянного тока (DC), чтобы производить электрический ток в обмотках статора и создавать вращающееся электромагнитное поле.Полная блокировка между статором и направлением вращения ротора определяет, работает ли двигатель синхронно или вообще не работает.

Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными двигателями, используемыми в промышленном оборудовании, таком как насосы, конвейеры и воздуходувки. Они также работают с использованием электромагнитных полей, но классифицируются по количеству «фаз». Фаза относится к числу отдельных электрических токов, активирующих катушки, расположенные вокруг статора.

В трехфазном двигателе три тока используются для питания трех или кратных трем катушек.Трехфазные двигатели запускаются автоматически и не требуют внешнего источника постоянного тока. Скорость вращения ротора асинхронного двигателя изменяется в зависимости от флуктуаций магнитной индукции, и эти флуктуации приводят к тому, что ротор вращается с меньшей скоростью, чем скорость магнитного поля статора.

 

Какие условия влияют на скорость вращения ротора асинхронного двигателя?

  • Частота сети переменного тока
  • Количество катушек, составляющих статор
  • Нагрузка на двигатель

Чем выше требования к нагрузке, тем больше разница (скольжение) между скоростью вращения ротора и скоростью вращающегося магнитного поля.Чтобы отрегулировать скорость асинхронного двигателя переменного тока, необходимо изменить частоту источника переменного тока, что является целью частотно-регулируемого привода.

Трехфазный асинхронный двигатель и ЧРП

Добавление частотно-регулируемого привода к трехфазному асинхронному двигателю позволяет изменять скорость двигателя в соответствии с нагрузкой двигателя, экономя энергию. Напряжение и частота обеспечиваются точным методом при запуске двигателя, что также исключает потери энергии. Другие преимущества, в том числе:

  • Увеличенный срок службы двигателя переменного тока
  • Экономичный регулятор скорости
  • Меньшее техническое обслуживание, чем у двигателя постоянного тока

Трехфазные асинхронные двигатели широко используются во многих отраслях промышленности, поскольку они являются самозапускающимися, мощными и эффективными.Двигатели, управляемые с помощью частотно-регулируемого привода, являются наиболее эффективными, плавно работающими и энергосберегающими.

0 comments on “Управление трехфазным асинхронным двигателем: Трехфазный асинхронный двигатель

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.