Sanitaryhygiene.ru

Санитары Гигиены
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Управление асинхронным двигателем. Три наиболее популярные схемы

Управление асинхронным двигателем

Управление асинхронным двигателем

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня поговорим про управление асинхронным двигателем, а так же рассмотрим три простые схемы, которые применяются наиболее часто.

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.

Управление асинхронным двигателем

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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.

Управление асинхронным двигателем

Электромагнитный пускатель

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. Управление асинхронным двигателем с помощью одного магнитного пускателя

Схема показана на рисунке.

Управление асинхронным двигателем

Управление асинхронным двигателем с помощью магнитного пускателя

При нажатии на кнопку SB2 «Пуск» 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.

Читайте так же:
Подрулевой выключатель рено сандеро

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.

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.

Управление асинхронным двигателем

Управление асинхронным двигателем с помощью двух магнитных пускателей

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.

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.

Управление асинхронным двигателем

Управление асинхронным двигателем с помощью двух магнитных пускателей и трех кнопок (две из которых имеют контакты с механической связью)

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.

Читайте так же:
Siemens автоматические выключатели каталог pdf

Способы управления частотным преобразователем

Существует несколько способов управления частотным преобразователем. В процессе работы ПЧ происходит оперативный контроль следующих функций:

Пуск – Останов (Старт – Стоп). Управление началом вращения и торможением подключенного двигателя.
Установка скорости. Настройка рабочей скорости привода.
Аварийный останов. Аварийное снятие силового питания, сигнал разрешения работы.

Эти изменения в работе ПЧ производятся путем подачи сигналов с внешних устройств либо с панели управления. Остальными параметрами можно управлять исключительно с панели управления, причем некоторые из них активны только при выключенном двигателе.

Способы управления могут быть следующими:

  • управление с помощью клавиатуры (панели управления) частотного преобразователя
  • управление с помощью пульта ДУ
  • аналоговый вход (изменение текущей скорости вращения двигателя)
  • дискретные входы (изменение различных состояний и параметров преобразователя)
  • последовательный интерфейс RS-485 либо его аналог

Рассмотрим управление преобразователем на примере ПЧ Prostar PR6000.

Управление с помощью пульта ДУ

В отличие от панели управления пульт может иметь кабель длиной до 500 м, по которому передаются сигналы последовательного интерфейса.

Пульт управления имеет клавиши RUN (Пуск), STOP/RESET (Стоп/Сброс), JOG (работа в импульсном или толчковом режиме). Также можно сбрасывать ошибки, менять значение частоты и направление вращения двигателя, изменять прочие параметры.

Управление через аналоговый вход

В преобразователе частоты PR6000 имеется два аналоговых входа – AI1 и AI2. Это выгодно отличает его от других моделей с одним аналоговым входом.

Вход AI1 может использоваться для управления по напряжению с входным сопротивлением 47 кОм. Вход AI2 имеет выбор, который производится переключателем: токовый вход с входным сопротивлением 500 Ом, или вход по напряжению.

Управление через дискретные входы

У преобразователя PR6000 имеется 8 дискретных (цифровых) входов: FWD (вперед/стоп), REW (назад/стоп) и 6 входов DI1…DI6.

Входы FWD и REW могут работать в двух- и трехпроводном режиме, при этом третий провод программируется на одном из входов DI1…DI6. Выбор режима управления скоростью устанавливается в параметре Р077.

Дискретные входы DI1…DI6 являются многофункциональными, они программируются на разные функции, которые запускаются при активации соответствующего входа.

Набор возможных функций: выбор многоскоростного режима, выбор разгона/замедления, включение вращения в режиме JOG вперед/назад, управление остановом, увеличение/уменьшение частоты, вход сигнализации неисправности (аварии), пауза при пуске, трехпроводное управление пуском/стопом, торможение постоянным током, сброс ошибки/сообщения, работа по качающейся частоте, включение/сброс/вход счетчика. Всего можно выбрать до 20 различных параметров, которые устанавливаются в параметрах Р071…Р076 для каждого входа. Активация дискретных входов происходит путем замыкания нужного входа на клемму СОМ. Причем, это может производиться разными способами — выходом контроллера, контактами реле, датчика или ручной кнопки. Дискретные и аналоговые входы показаны ниже.

Дискретные и аналоговые входы ПЧ

Управление через последовательный интерфейс

При работе через интерфейс RS-485 преобразователь частоты управляется контроллером либо персональным компьютером через специальный адаптер-преобразователь RS-485/RS-232.

Управление ПЧ через интерфейс RS-485

Через этот интерфейс преобразователь может не только принимать команды на изменения параметров и состояния, но и выдавать информацию о своем текущем состоянии на другие устройства. Также по интерфейсу RS-485 может поддерживаться связь с другими преобразователями.

Далее поговорим о способах оперативного управления режимами ПЧ.

Старт/Стоп двигателя

Запуск и останов двигателя может производиться следующими способами.

  1. С панели управления преобразователя частоты. Для этого используются кнопки RUN, STOP/RESET. Если нужен кратковременный запуск, используется кнопка JOG.
  2. Подачей сигнала на дискретные входы FWD, REW при двухпроводном управлении. Для трехпроводного управления нужно задействовать один из дискретных входов DI1…DI6 и запрограммировать его соответствующим образом. Режим выбирается параметром Р077. Любой из этих входов можно также использовать для импульсного запуска (команда JOG). При двухпроводном управлении для работы двигателя необходим постоянный сигнал на соответствующих входах. При трехпроводном достаточно кратковременного сигнала.
  3. Через последовательный интерфейс командами с контроллера. Выбор источника команды Старт/Стоп в ПЧ Prostar PR6000 производится в параметре Р006.
Читайте так же:
Отечественные автоматические выключатели кэаз

Двухпроводное управление пуском/остановом

Управление ПЧ через интерфейс RS-485

Трехпроводное управление пуском/остановом

Управление ПЧ через интерфейс RS-485

Управление частотой

ПЧ может управлять скоростью несколькими способами в зависимости от конкретного оборудования.

  1. Управление скоростью при помощи переменного резистора, установленного на клавиатуре (панели управления) ПЧ.
  2. Дискретное изменение при помощи клавиш панели управления Вверх/Вниз.
  3. Дискретное изменение при помощи контактов (любых двух), подключенных ко входам DI1…DI6. При активации соответствующего дискретного входа происходит уменьшение либо увеличение скорости в заданных пределах с заданным шагом.
    Примечание. В вариантах 2 и 3 при включении питания двигатель запускается на частоту, установленную в параметре Р005. В процессе работы частоту можно оперативно изменять. Если измененное значение частоты необходимо запомнить, используется параметр Р155.
  4. Задание скорости при помощи аналоговых сигналов напряжения или тока, поступающих на входы AI1, AI2. Аналоговые сигналы могут комбинироваться в разных вариантах.
  5. Задание в соответствии с частотой импульсов на входе DI6.
  6. Через интерфейс RS-485 от контроллера. Выбор канала управления частотой осуществляется параметром Р004. Верхняя и нижняя рабочие частоты устанавливаются в параметрах Р009 и Р010. Скорость работы двигателя в импульсном (толчковом) режиме JOG задается параметром Р052.

Аварийный останов ПЧ

Кроме штатного останова функцией Стоп с заданным замедлением используются два способа экстренного останова двигателя и отключения ПЧ.

Схемы управления электродвигателями

Современное оборудование часто работает в автоматическом и полуавтоматическом режиме. Это позволяет исключить пресловутый человеческий фактор, увеличить объемы и темпы производимых операций, сделать производство более рентабельным. Одним из главных факторов надежной работы современного оборудования является безупречное выполнение включения электродвигателей, которое выполняется в заданной последовательности и с соблюдением штатного режима работы. Схемы управления электродвигателями могут быть различны, так как принципы автоматического и полуавтоматического режима работы могут существенно отличаться друг от друга.

Полуавтоматическое управление предусматривает участие оператора, который инициирует пуск оборудования нажатием соответственной кнопки или поворачивая рычаг. После этого функция персонала заключается лишь в контроле рабочего процесса. При автоматическом управлении первоначальный пуск оборудования осуществляют реле или датчики, после чего работы выполняется в соответствие с заданными программами. Такое программное устройство часто выполняется с помощью логических схем, вариантов которых может быть довольно много. В промышленности наиболее часто встречаются следующие схемы управления асинхронными электродвигателями:

• нереверсивного управления;
• реверсивного управления с двумя магнитными пускателями.

Основные схемы управления асинхронным электродвигателем

При использовании схемы управления электродвигателем с нереверсивным управлением после пуска происходит подключение к сети электромагнитной катушки. С ее сердечником соприкасается подвижный якорь и замыкает силовые контакты. В результате на двигатель подается трехфазное напряжение. Параллельно с силовыми контактами замыкаются блокировочные, что позволяет зашунтировать кнопку пуска и отпустить ее. Нажимая кнопку стоп, оператор тем самым разрывает цепь, от которой запитана электромагнитная катушка. Это освобождает якорь, который при падении размыкает силовые контакты, что приводит к остановке оборудования. В этой схеме управления защита от длительной перегрузки обеспечивается подключением к двум фазам тепловых реле.

Читайте так же:
Расчет характеристик автоматического выключателя

Схема управления реверсивным электродвигателем имеет два магнитных пускателя. Один из них соединяет схему включения на прямое вращение, а второй – на обратное включение. Кнопками «вперед» и «назад» подключаются те электромагнитные катушки, которые отвечают за соответствующую операцию. Реверсивные пускатели состоят из двух нереверсивных пускателей, имеют механическую блокировку, исключающую одновременное включение. Остановка двигателя включена в общую цепь управления.

Схемы управления электродвигателями постоянного тока и синхронными двигателями

Схема управления электродвигателем постоянного тока может быть следующих видов:

• с нижним расположением ключа;
• с верхним расположением ключа;
• мостовая схема.

Все они базируются на принципах ШИМ и основных характеристиках двигателя. Наиболее экономичной схемой является с нижним расположением ключа, его верхнее расположение используют при повышенных требованиях к безопасности. Мостовая схема используется при реверсивном управлении двигателем.

Синхронные двигатели сложнее асинхронных, но они менее чувствительны к колебаниям напряжения и более устойчивы к перегрузкам. Это стало причиной их широкого распространения. Схема управления синхронным электродвигателем обычно включается в себя тиристорные возбудители, которые заменили электромашинные возбудители, долгое время являвшиеся уязвимым местом этого типа электромоторов.

Умная плата для управления силовыми 3-х фазными нагрузками


Продолжаем разработку на микроконтроллерах семейства Kinetis.

Умный дом или здание не ограничиваются только датчиками температуры или освещением. Там также присутствуют лифты, различные подъемники для людей с ограниченными физическими возможностями, грузовые подъемники, ворота, шлагбаумы, насосы, вентиляторы и прочее хозяйство. Традиционно это консервативные области, в них концепции умного дома проникают с трудом. Данная плата позволяет модернизировать устоявшиеся решения и добавить в них интеграцию в IoT (интернет вещей).

Вот так обычно выглядит блок управления какой-либо силовой установкой:

В данном случае это ящик для управления скоростными рулонными воротами, закрывающими холодные помещения.

Его функция просто быстро поднять или опустить ворота. Но сложность впечатляет!
Чтобы собрать этот ящик наверняка потребовалось пару дней на монтаж, маркировку, тестирование. Отдельная история с инсталляцией и поддержкой такого оборудования. Здесь уже счёт идёт на недели, поскольку занимается этим более низкоквалифицированный персонал. И наличие здесь программируемого контроллера даже не облегчает, а усложняет инсталляцию и поддержку. Поскольку логика этого контроллера скрыта, не интуитивна и не документирована. Стремясь снизить себестоимость, производители экономят на функциональности контроллеров, а возможности самодиагностики в системе минимальны и неудобны.
Ремонт таких ящиков может длиться месяцами, пока фирма исполнитель не найдет соответствующего специалиста готового разобраться с проводкой

И тут возникла идея разработать достаточно универсальную плату, несущую на себе основные стандартные элементы систем управления 3-х фазными приводами и прочими нагрузками с встроенным мощным микроконтроллером, операционной системой реального времени и средствами интеграции в IoT. Плата с размещенными на ней силовыми элементами уменьшает объем ручного проводного монтажа, сокращает количество ошибок монтажа, ускоряет процесс сборки систем управления, упрощает ремонт. И даже ее функциональная избыточность была бы компенсирована получаемой выгодой.

Силовая цепь платы

Упрощенная схема управления 3-х фазной нагрузкой показана на рисунке ниже.

Основные элементы управления: тиристорный модуль SK45UT08 (47 А, 800В) и три контактора K1, K2, K3. Каждый канал у тиристорного модуля также может шунтироваться отдельным реле (на схеме не показаны), для уменьшения тепловыделения на тиристорном модуле при полном включении.

Если в качестве нагрузки выступает асинхронный двигатель переменного тока, то для изменения направления его вращения применяются контакторы K1 и K2, переключающие две из трёх фаз между собой.
Обязательным элементом в системах управления приводом подъемников является так называемая цепь безопасности с разрывающим силовые цепи элементом. Этим элементом в схеме является контактор K3.

Читайте так же:
Схема подключения двухклавишного проходного выключателя с трех мест

Помимо этого, плата в силовых цепях содержит прецизионные детекторы перехода напряжения через ноль, датчики тока и датчики напряжения.

Принцип управления

Тиристорный модуль методом фазового управления регулирует среднюю мощность за период подаваемую в нагрузку.
Фазовым управлением хорошо известным по бытовым регуляторам яркости освещения можно также плавно запускать и тормозить двигатели, без использования частотных преобразователей.

В некоторых случая отсутствие частотного преобразования имеет свои преимущества: нет специфических акустических шумов, отсутствует высокочастотная электромагнитная эмиссия, дешевле элементная база. В частности, электромагнитная эмиссия частотных преобразователей может доставить много неприятностей на этапе сертификации.

Тиристорный регулятор в свою очередь способен выдерживать гораздо большие перегрузки чем частотный преобразователь. Например, данная плата при испытаниях выдерживала перегрузки до 10 кВт, это в 3 раза больше её номинальной мощности. Редкие частотные преобразователи способны выдавать мощность более 150% выше номинальной.

Чтобы добиться точной регулировки скорости на этапе разгона и торможения плата имеет вход для подключения квадратурного энкодера. Квадратурный энкодер устанавливается на валу двигателя и служит для измерения скорости его вращения. Для цифровых абсолютных энкодеров плата имеет интерфейс RS485.

Основные технические характеристики

Коммутируемая мощность нагрузки– 3 кВт, при напряжении 380 В.

Процессор

  • Микроконтроллер семейства Kinetis — MK60FN1M0VLQ12
  • Тактовая частота – 120 МГц
  • Объем ОЗУ – 128 кБ
  • Объем Flash – 1 мБ
  • Внешняя SPI Data Flash от 128 кБ до 4 мБ
  • Энергонезависимые часы

Интерфейсы

  • Интерфейс CAN – 1
  • Интерфейс RS485 – 1
  • Интерфейс RS232 (до 1.5 Мбит/c) – 2
  • Разъем для SDHC микро SD карты – 1
  • Интерфейс Wi-Fi модуля CC3100BOOST с подключением по UART и SPI (20 Мбит/с)
  • Интерфейс JTAG/SWD — 1

Входы

  • Аналоговых входов, подключаемых к выключателям в цепи безопасности с 16-и битным разрешением — 4
  • Аналоговых входов с 16-и битным разрешением — 12
  • Вход NTC термосенсора — 1
  • Вход квадратурного энкодера — 1
  • Входов измерения напряжения в 3-х фазах — 3
  • Входов измерения токов в 3-х фазах — 3
  • Входов детекторов перехода напряжения через ноль — 3

Выходы

  • Аналоговый выход от 0 до 10 В, 10 мА — 1
  • Выходов ШИМ управления соленоидами до 24В, 6 А с контролем тока — 2
  • Цифровых выходов до 50 В, 50 мА с открытым коллектором — 8
  • Релейных выходов управление дополнительными исполнительными устройствами 220 В, 1 А — 2
  • Релейных выходов дополнительного исполнительного устройства 220В, 10А — 1

Питание

  • 12-24 В от отдельного источника.

Типичная схема подключения привода подъемного устройства

Как видно из схемы силовой привод требует бережного отношения. Его нужно плавно запускать и останавливать во избежание ударных перегрузок. Его нельзя перегревать, т.е. нужно следить за его температурой. После остановки нужно в точное время включить тормоза. Нужно следить чтобы привод не вышел за пределы допустимых положений или иначе как можно быстрей его затормозить и обесточить. Это еще не говоря о функционировании дополнительных промежуточных и вспомогательных конечных выключателей, соленоидах вспомогательных тормозов и проч.
Вот откуда берется сложность всех этих ящиков управления!

Поэтому компактность управляющей системы, высокая производительность, гибкость и короткий цикл модернизации алгоритмов, возможность удаленного управления, повышенный объем диагностической информации, накапливаемые логи в течении всего времени жизни, диспетчеризация через облачные сервисы — все это кардинально может облегчить жизнь разработчику с данной платой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector