Схема включения электродвигателя: Схемы подключения трехфазных электродвигателей

Содержание

Схема управления пускателем с двух мест

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

После публикации статьи про схему подключения магнитного пускателя мне очень часто стали приходить вопросы о том, как осуществить управление двигателем с двух или трех мест.

И не удивительно, ведь такая необходимость может возникнуть довольно часто, например, при управлении двигателем из двух разных помещений или в одном большом помещении, но с противоположных сторон или на разных уровнях высот, и т.п.

Вот я и решил написать об этом отдельную статью, чтобы вновь обратившимся с подобным вопросом каждый раз не объяснять, что и куда необходимо подключить, а просто давать ссылочку на эту статью, где все подробно разъяснено.

Итак, у нас имеется трехфазный электродвигатель, управляемый через контактор с помощью одного кнопочного поста. Как собрать подобную схему я очень подробно и досконально объяснял в статье про схему подключения магнитного пускателя — переходите по ссылочке и знакомьтесь.

Вот схема подключения магнитного пускателя через один кнопочный пост для приведенного выше примера:

Вот монтажный вариант этой схемы.

Будьте внимательны! Если у Вас линейное (межфазное) напряжение трехфазной цепи составляет не 220 (В), как в моем примере, а 380 (В), то схема будет выглядеть аналогично, только катушка пускателя должна быть на 380 (В), иначе она сгорит.

Также цепи управления можно подключить не с двух фаз, а с одной, т.е. использовать какую-нибудь одну фазу и ноль. В таком случае катушка контактора должна иметь номинал 220 (В).

 

Схема управления двигателем с двух мест

Я немного изменил предыдущую схему, установив для силовых цепей и цепей управления отдельные автоматические выключатели.

Для моего примера с маломощным двигателем это не было критической ошибкой, но если у Вас двигатель гораздо бОльшей мощности, то такой вариант будет не рациональным и в некоторых случаях даже не осуществимым, т.к. сечение проводов для цепей управления в таком случае должно быть равно сечению проводов силовых цепей.

Предположим, что силовые цепи и цепи управления подключены к одному автомату с номинальным током 32 (А). В таком случае они должны быть одного сечения, т.е. не менее 6 кв.мм по меди. А какой смысл для цепей управления использовать такое сечение?! Токи потребления там совсем мизерные (катушка, сигнальные лампы и т.п.).

А если двигатель будет защищен автоматом с номинальным током 100 (А)? Представьте тогда, какие сечения проводов необходимо будет применить для цепей управления. Да они просто напросто не влезут под клеммы катушек, кнопок, ламп и прочих устройств низковольтной автоматики.

Поэтому, гораздо правильнее будет — это установить отдельный автомат для цепей управления, например, 10 (А) и применить для монтажа цепей управления провода сечением не менее 1,5 кв.мм.

Теперь нам нужно в эту схему добавить еще один кнопочный пост управления. Возьму для примера пост ПКЕ 212-2У3 с двумя кнопками.

Как видите, в этом посту все кнопки имеют черный цвет. Я все же рекомендую для управления применять кнопочные посты, в которых одна из кнопок выделена красным цветом. Ей и присваивать обозначение «Стоп». Вот пример такого же поста ПКЕ 212-2У3, только с красной и черной кнопками. Согласитесь, что выглядит гораздо нагляднее.

Вся суть изменения схемы сводится к тому, что кнопки «Стоп» обоих кнопочных постов нам необходимо подключить последовательно, а кнопки «Пуск» («Вперед») параллельно.

Назовем кнопки у поста №1 «Пуск-1» и «Стоп-1», а у поста №2 — «Пуск-2» и «Стоп-2».

Теперь с клеммы (3) нормально-закрытого контакта кнопки «Стоп-1» (пост №1) делаем перемычку на клемму (4) нормально-закрытого контакта кнопки «Стоп-2» (пост №2).

Затем с клеммы (3) нормально-закрытого контакта кнопки «Стоп-2» (пост №2) делаем две перемычки. Одну перемычку на клемму (2) нормально-открытого контакта кнопки «Пуск-1» (пост №1).

А вторую перемычку на клемму (2) нормально-открытого контакта кнопки «Пуск-2» (пост №2).

И теперь осталось сделать еще одну перемычку с клеммы (1) нормально-открытого контакта кнопки «Пуск-2» (пост №2) на клемму (1) нормально-открытого контакта кнопки «Пуск-1» (пост №1). Таким образом мы подключили кнопки «Пуск-1» и «Пуск-2» параллельно друг другу.

Готово.

Вот собранная схема и ее монтажный вариант.

Теперь управлять катушкой контактора, а также самим двигателем можно с любого ближайшего для Вас поста. Например, включить двигатель можно с поста №1, а отключить с поста №2, и наоборот.

О том, как собрать схему управления двигателем с двух мест и принцип ее работы предлагаю посмотреть в моем видеоролике:

Ошибки, которые могут возникнуть при подключении

Если перепутать, и подключить кнопки «Стоп» не последовательно друг с другом, а параллельно, то запустить двигатель можно будет с любого поста, а вот остановить его уже на вряд ли, т.к. в этом случае необходимо будет нажимать сразу обе кнопки «Стоп».

И наоборот, если кнопки «Стоп» собрать правильно (последовательно), а кнопки «Пуск» последовательно, то двигатель запустить не получится, т.к. в этом случае для запуска нужно будет нажимать одновременно две кнопки «Пуск».

 

Схема управления двигателем с трех мест

Если же Вам необходимо управлять двигателем с трех мест, то в схему добавится еще один кнопочный пост. А далее все аналогично: все три кнопки «Стоп» необходимо подключить последовательно, а все три кнопки «Пуск» параллельно друг другу.

Монтажный вариант схемы.

Если же Вам необходимо осуществлять реверсивный пуск асинхронного двигателя с нескольких мест, то смысл остается прежним, только в схему добавится, помимо кнопок «Стоп» и «Пуск» («Вперед»), еще одна кнопка «Назад», которую необходимо будет подключить параллельно кнопке «Назад» другого поста управления.

Рекомендую: на постах управления, помимо кнопок, выполнять световую индикацию наличия напряжения цепей управления («Сеть») и состояние двигателя («Движение вперед» и «Движение назад»), например, с помощью тех же светодиодных ламп СКЛ, про преимущества и недостатки которых я не так давно Вам подробно рассказывал. Примерно вот так это будет выглядеть. Согласитесь, что смотрится наглядно и интуитивно понятно, особенно когда двигатель и контактор находятся далеко от постов управления.

Как Вы уже догадались, количество кнопочных постов не ограничивается двумя или тремя, и управление двигателем можно осуществлять и с бОльшего числа мест — это все зависит от конкретных требований и условий рабочего места.

Кстати, вместо двигателя можно подключить любую нагрузку, например, освещение, но об этом я расскажу Вам в следующих своих статьях.

P.S. На этом, пожалуй и все. Спасибо за внимание. Есть вопросы — спрашивайте?!

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Электрические схемы конденсаторного двигателя

Принципиальные электрические схемы конденсаторного двигателя с тремя обмотками на статоре показаны на рис. 1.
Как и в случае трехфазного включения, обмотки статора могут быть соединены в звезду (рис. 1, а) или треугольник (рис. 1, б). Напряжение сети подводится к двум выводам двигателя, соответствующим началам двух фаз. Между одним из них и выводом, соответствующим началу третьей фазы, включаются конденсаторы 1 я 2. Последний необходим для увеличения пускового момента.
Пусковая емкость
С„ = СР + С0,                               (II)

где Ср — рабочая емкость; С0 — отключаемая емкость.
После пуска двигателя конденсатор 2 отключается и в схеме остается только конденсатор 1 с рабочей емкостью. Выводы обмоток, к которым подведено напряжение сети, назовем входными. Очевидно, что возможны три комбинации образования входных выводов: CI—C2t С1—СЗ, СЗ—С2. Положим, что использована первая из них. Тогда переключение на вторую комбинацию (С1— СЗ) приведет к изменению направления вращения (реверсированию).

Pис. 1. Принципиальные электрические схемы конденсаторного двигателя с тремя статорными обмотками:
1 — рабочий конденсатор; 2 — отключаемый конденсатор

Как показывает анализ, в схемах включения на рис. 1, а и б устанавливается определенный порядок следования токов статорных обмоток двигателя, а именно 1А— /в—1с. Этому порядку соответствует также вполне определенное направление вращения поля. Если произвести отмеченное переключение, то токи статорных обмоток будут следовать в обратном порядке (1а—1с—1в). Направление вращения изменяется при этом на противоположное. Порядок следования токов фаз нетрудно определить графическим путем — с помощью векторных диаграмм.

В других вариантах схем включения (рис. 1, е и г) из трех фаз исходного трехфазного двигателя образованы две обмотки. Одну из них составляют две фазы, соединенные последовательно. Обмотку, в цепи которой находится конденсатор, условимся называть конденсаторной фазой, другую обмотку, включаемую на напряжение сети, — главной фазой.
Соединение выводов на коробке контактных зажимов щитка применительно к схеме включения, приведенной на рис. 1, г, для одного направления вращения показано на рис. 2, а и для другого — на рис. 2,6. Реверсирование двигателя достигается изменением порядка следования токов главной и конденсаторной фаз. В данном случае с этой целью производится переключение конденсаторной фазы (рис. 2).
В схеме включения конденсаторного двигателя используется следующая аппаратура управления и защиты: двухполюсный и однополюсный рубильники, реле и предохранители. Через двухполюсный рубильник к двигателю подводится питание от сети. Для включения и отключения пускового конденсатора применяются однополюсный рубильник, центробежное реле или специальное реле, токовая обмотка которого включается в цепь главной фазы. Предохранитель защищает двигатель от коротких замыканий (КЗ).
В схеме конденсаторного двигателя, так же как и при трехфазном включении, можно использовать магнитный пускатель. В этом случае легко осуществляются дистанционное управление, защита от самозапуска (при сильном снижении напряжения сети двигатель отключается и самопроизвольно включиться не может), а также защита от перегрузки с помощью тепловых реле магнитного пускателя.

Рис. 2. Соединение выводов обмоток статора на щитке конденсаторного двигателя для схемы рис. 1, г

Двигатель постоянного тока: схемы включения

Электродвигатели, работающие на постоянном токе, используются не так часто, как двигатели переменного тока. Ниже приведем их достоинства и недостатки.

ДостоинстваНедостатки
частота вращения легко регулируетсявысокая стоимость
мягкий пуск и плавный разгонсложность конструкции
получение частоты вращения выше 3000 об/минсложность в эксплуатации

В быту двигатели постоянного тока нашли применение в детских игрушках, так как источниками для их питания служат батарейки. Используются они на транспорте: в метрополитене, трамваях и троллейбусах, автомобилях. На промышленных предприятиях электродвигатели постоянного тока применяются в приводах агрегатов, для бесперебойного электроснабжения которых используются аккумуляторные батареи.

Конструкция и обслуживание двигателя постоянного тока

Основной обмоткой двигателя постоянного тока является якорь, подключающийся к источнику питания через щеточный аппарат. Якорь вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора (обмотками возбуждения). Торцевые части статора закрыты щитами с подшипниками, в которых вращается вал якоря двигателя. С одной стороны на этом же валу установлен вентилятор охлаждения, прогоняющий поток воздуха через внутренние полости двигателя при его работе.

Схема двигателя постоянного тока

Щеточный аппарат – уязвимый элемент в конструкции двигателя. Щетки притираются к коллектору, чтобы как можно точнее повторять его форму, прижимаются к нему с постоянным усилием. В процессе работы щетки истираются, токопроводящая пыль от них оседает на неподвижных частях, ее периодически нужно удалять. Сами щетки нужно иногда перемещать в пазах, иначе они застревают в них под действием той же пыли и «зависают» над коллектором. Характеристики двигателя зависит еще и от положения щеток в пространстве в плоскости вращения якоря.

Со временем щетки изнашиваются и заменяются. Коллектор в местах контакта со щетками тоже истирается. Периодически якорь демонтируют и протачивают коллектор на токарном станке. После протачивания изоляция между ламелями коллектора срезается на некоторую глубину, так как она прочнее материала коллектора и при дальнейшей выработке будет разрушать щетки.

Схемы включения двигателя постоянного тока

Наличие обмоток возбуждения – отличительная особенность машин постоянного тока. От способов их подключения к сети зависят электрические и механические свойства электродвигателя.

Независимое возбуждение

Обмотка возбуждения подключается к независимому источнику. Характеристики двигателя получаются такие же, как у двигателя с постоянными магнитами. Скорость вращения регулируется сопротивлением в цепи якоря. Регулируют ее и реостатом (регулировочным сопротивлением) в цепи обмотки возбуждения, но при чрезмерном уменьшении его величины или при обрыве ток якоря возрастает до опасных значений. Двигатели с независимым возбуждением нельзя запускать на холостом ходу или с малой нагрузкой на валу. Скорость вращения резко увеличится, и двигатель будет поврежден.

Схема независимого возбуждения

Остальные схемы называют схемами с самовозбуждением.

Параллельное возбуждение

Обмотки ротора и возбуждения подключаются параллельно к одному источнику питания. При таком включении ток через обмотку возбуждения в несколько раз меньше, чем через ротор. Характеристики электродвигателей получаются жесткими, позволяющие использовать их для привода станков, вентиляторов.

Регулировка скорости вращения обеспечивается включением реостатов в цепь ротора или последовательно с обмоткой возбуждения.

Схема параллельного возбуждения

Последовательное возбуждение

Обмотка возбуждения включается последовательно с якорной, по ним течет один и тот же ток. Скорость такого двигателя зависит от его нагрузки, его нельзя включать на холостом ходу. Но он обладает хорошими пусковыми характеристиками, поэтому схема с последовательным возбуждением применяется на электрифицированном транспорте.

Схема последовательного возбуждения

Смешанное возбуждение

При этой схеме используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом из полюсов электродвигателя. Их можно подключить так, чтобы потоки их либо складывались, либо вычитались. В результате двигатель может иметь характеристики как у схемы последовательного или параллельного возбуждения.

Схема смешанного возбуждения

Для изменения направления вращения изменяют полярность одной из обмоток возбуждения. Для управления пуском электродвигателя и скоростью его вращения применяют ступенчатое переключение сопротивлений.

Оцените качество статьи:

Практическая работа «Сборка схемы включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного пускателя»

Практическая работа

«Сборка схемы включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного пускателя»

Задание: Самостоятельно произвести на планшете монтаж схемы включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного пускателя.

Инструменты: Пассатижи, бокорезы, клещи для снятия изоляции, линейка металлическая, монтажный нож, отвёртки: + 3; — 3; + 6; — 6.

Материалы: Провод ПВ 1 Х 1.5 (2.5), саморезы по дереву 4 х 25, DIN-рейка (в зависимости от конструктивного исполнения аппаратуры), карандаш (маркер), планшет (40X50 см. из ДСП или фанеры)

Аппаратура: Автоматический выключатель трехполюсный, кнопочный пост трёхкнопочный, реверсивный магнитный пускатель с тепловым реле.

Ход работы: На планшете смонтировать предоставленные аппараты с помощью саморезов. Собрать схему согласно заданию.

Условия монтажа: Компоновка аппаратов должна быть удобной для эксплуатации и обслуживания.

Зачищенные жилы проводов, должны полностью скрываться под зажимами аппаратов, надёжно закреплены.

-Изоляция проводов не должна попадать под зажимы аппаратов.

-Провода должны быть расположены только параллельно и перпендикулярно друг другу, иметь наименьшее количество пересечений.

-Не допустим изгиб проводов под любым углом кроме 90 градусов.

Монтаж следует производить в соответствии с ниже приведёнными схемами, в зависимости от варианта задания.

ЗАДАНИЕ №1

Схема включения асинхронного электродвигателя с помощью реверсивного пускателя с катушкой на 380 V.

Принцип работы схемы: После включения автоматического выключателя QF, нажимаем кнопку SB2 (пуск 1), которая замыкает цепь питания катушки магнитного пускателя КМ1, вследствие чего его главные контакты замыкаются, присоединяя электродвигатель М к питающей сети. Двигатель вращается. Одновременно в цепи управления замыкается блокировочный контакт КМ1.2, что создает постоянную цепь питания катушки пускателя КМ1, после отпускания кнопки SB2 (пуск 1), и размыкается блокировочный контакт КМ1.1, что предотвращает случайное включение магнитного пускателя КМ2

Отключение электродвигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 «Стоп». При этом разрывается цепь питания магнитного пускателя КМ1, что приводит к размыканию его главных контактов, двигатель отключается от сети, происходит его остановка.

При нажатии кнопки SB3 (пуск 2), цепь работает по аналогичной схеме, замыкаются главные контакты пускателя КМ2, при этом электродвигатель М вращается в обратном направлении за счет изменения фазности.

ЗАДАНИЕ №2

Схема включения асинхронного электродвигателя с помощью реверсивного пускателя с катушкой на 220 V.

В схеме предусмотрены следующие виды защит:

 от перегрузок электродвигателя – с помощью теплового реле КК (размыкающий контакт этого реле при перегрузке размыкает цепь питания контакторов КМ, тем самым отключает двигатель от сети).

 нулевая защита – с помощью контактора КМ (при снижении или исчезновении напряжения контакторы КМ теряеют питание, размыкая свои контакты, и двигатель отключается от сети).

• Защита от короткого замыкания – обеспечивается вводными автоматическими выключателями QF.

• Защита от случайного включения электродвигателя в обратном направлении при его работе обеспечивается блокировочными контактами КМ1.2 и КМ2.2.

Контрольные вопросы:

  1. Каким образом обеспечивается дальнейшая работа электродвигателя после отпускания кнопок «пуск»?

  2. Какие виды защит предусмотрены в схемах?

  3. За счет чего происходит изменение направления вращения двигателя?

  4. Каким целям служит установленное в схемах тепловое реле КК?

  5. В чем преимущество одной из представленных схем включения над другой, если оно имеется?

После выполнения монтажа, сборка предъявляется мастеру и по его разрешению и с его присутствием подключается к испытательному стенду. Проводится анализ работы, устраняются неисправности.

Заключительная часть: Рассматриваются общие ошибки монтажа, подводятся итоги работы.

После проверки работоспособности, аппараты демонтируются и сдаются мастеру, провода убираются в предназначенный для этого лоток.

Шкурихин Алексей Александрович

КГБ ПОУ КСМТ им. Орехова

Схема включения однофазного электродвигателя

Подключение однофазного электродвигателя к сети 220 вольт.

Подключение трёхфазного электродвигателя к сети 220 вольт.

Подключение однофазного электродвигателя к нажимному пускателю ПНВС.

Подключение однофазного электродвигателя с бифилярными катушками в пусковой обмотке к нажимному пускателю ПНВС.

Подключение трёхфазного электродвигателя к нажимному пускателю ПНВС.

Подключение однофазного электродвигателя с центробежным выключателем пускового конденсатора.

Подключение однофазного электродвигателя с центробежным выключателем пускового конденсатора.

Подключение однофазного электродвигателя с центробежным выключателем пускового конденсатора.

Подключение однофазного электродвигателя с центробежным выключателем пусковой обмотки.

Изготовление самодельных станков и механизмов требует наличия источника крутящего момента, способного развивать высокую механическую мощность на валу привода при питании от сети 220 вольт.

Для этих целей подходит электродвигатель от бетономешалки, стиральной машины, другого оборудования или просто приобретенный в продаже.

В статье я рассказываю все про однофазный асинхронный двигатель, схема подключения которого зависит от внутренней конструкции и может быть выполнена с пусковой обмоткой или конденсаторным запуском.

С чего обязательно следует начинать подключение двигателя: 2 важных момента, проверенные временем

Перед первым включением любого электродвигателя необходимо уточнить его устройство: конструкцию статора и ротора, состояние подшипников.

На собственном и чужом опыте могу заверить, что проще раскрутить несколько гаек, осмотреть внутреннюю конструкцию, выявить дефекты на начальном этапе и устранить их, чем после запуска в непродолжительную работу заниматься сложным ремонтом, который можно было предотвратить.

Важное предупреждение

Начинающие электрики довольно часто сами создают неисправности двигателя, нарушая технологию его разборки, работая обычным молотком: разбивают грани вала.

Для сохранения структуры деталей без их повреждения необходимо использовать специальный съемник подшипников электродвигателя.

В самом крайнем случае, когда его нет, удары молотком наносят через толстые пластины из мягкого металла (медь, алюминий) или плотную сухую древесину (яблоня, груша, дуб).

Как состояние подшипников влияет на работу двигателя

Любой асинхронный электродвигатель (АД) имеет ротор с короткозамкнутыми обмотками. В них наводится ток, создающий магнитный поток, взаимодействующий с вращающимся магнитным полем статора, которое и является его источником движения.

Ротор внутри корпуса крепится на подшипниках. Их состояние сильно влияет на качество вращения. Они призваны обеспечить легкое скольжение вала без люфтов и биений. Любые нарушения недопустимы.

Дело в том, что обмотку статора можно рассматривать как обыкновенный электромагнит. Если у ротора разбиты подшипники, то он под действием магнитного поля станет притягиваться, приближаясь к статорной обмотке.

Зазор между вращающейся и стационарной частями очень маленький. Поэтому касания или биения ротора могут задевать, царапать, деформировать статорные обмотки, безвозвратно повреждая их. Ремонт потребует полной перемотки статора, а это весьма сложная работа.

Обязательно разбирайте электродвигатель перед его подключением, тщательно осматривайте всю его внутреннюю конструкцию.

Что надо учитывать в конструкции статорных обмоток и как их подготовить

Домашнему мастеру чаще всего попадают электродвигатели, которые уже где-то поработали, а, возможно, и прошли реконструкцию или перемотку. Никто об этом обычно не заявляет, на шильдиках и бирках информацию не меняют, оставляют прежней. Поэтому рекомендую визуально осмотреть их внутренности.

Статорные катушки у асинхронных двигателей для питания от однофазной и трехфазной сети отличаются количеством обмоток и конструкцией.

Трехфазный электродвигатель имеет три абсолютно одинаковые обмотки, разнесенные по направлению вращения ротора на 120 угловых градусов. Они выполнены из одного провода с одинаковым числом витков.

Все они имеют равное активное и индуктивное сопротивление, занимают одинаковое число пазов внутри статора.

Это позволяет первоначально оценивать их состояние обычным цифровым мультиметром в режиме омметра при отключенном напряжении.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две разные обмотки на статоре, разнесенные на 90 угловых градусов. Одна из них создана для длительного прохождения тока в номинальном режиме работы и поэтому называется основной, главной либо рабочей.

Для уменьшения нагрева ее делают более толстым проводом, обладающим меньшим электрическим сопротивлением.

Перпендикулярно ей смонтирована вторая обмотка большего сопротивления и меньшего диаметра, что позволяет различать ее визуально. Она создана для кратковременного протекания пусковых токов и отключается сразу при наборе ротором номинального числа оборотов.

Пусковая или вспомогательная обмотка занимает примерно 1/3 пазов статора, а остальная часть отведена рабочим виткам.

Однако, приведенное правило имеет исключения: на практике встречаются однофазные электродвигатели с двумя одинаковыми обмотками.

Для подключения статора к питающей сети концы обмоток выводят наружу проводами. С учетом того, что одна обмотка имеет два конца, то у трехфазного электродвигателя может быть, как правило, шесть выводов, а у однофазного — четыре.

Но из этого простого правила встречаются исключения, связанные с внутренней коммутацией выводов для упрощения монтажа на специальном оборудовании:

  • у трехфазных двигателей из статора могут выводиться:
  • три жилы при внутренней сборке схемы треугольника;
  • или четыре — для звезды;
  • однофазный электродвигатель может иметь:
  • три вывода при внутреннем объединении одного конца пусковой и рабочей обмоток;
    • или шесть концов для конструкции с пусковой обмоткой и встроенным контактом ее отключения от центробежного регулятора.

    Техническое состояние изоляции обмоток

    Где и в каких условиях хранился статор не всегда известно. Если он находился без защиты от атмосферных осадков или внутри влажных помещений, то его изоляция требует сушки.

    В домашней обстановке разобранный статор можно поместить в сухую комнату для просушки. Ускорить процесс допустимо обдувом вентилятора или нагревом обычными лампами накаливания.

    Обращайте внимание, чтобы разогретое стекло лампы не касалось провода обмоток, обеспечивайте воздушный зазор. Окончание процесса сушки связано с восстановлением свойств изоляции. Этот процесс необходимо контролировать замерами мегаомметром.

    Как отличить конструкцию однофазного асинхронного электродвигателя и определить его тип по статистической таблице

    Привожу выдержку из книги Алиева И И про асинхронные двигатели, вернее таблицу основных электрических характеристик.

    Как видите, промышленностью массово выпущены модели с:

    • повышенным сопротивлением пусковой обмотки;
    • пусковым конденсатором;
    • рабочим конденсатором;
    • пусковым и рабочим конденсатором;
    • экранированными полюсами.

    А еще здесь не указаны более новые разработки, называемые АЭД — асинхронные энергосберегающие двигатели, обеспечивающие:

    • значительное снижение реактивной мощности;
    • повышение КПД;
    • уменьшение потребления полной мощности при той же нагрузке на вал, что и у обычных моделей.

    Их конструкторское отличие: внутри зубцов сердечника статора выполнены углубления. В них жестко вставлены постоянные магниты, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем.

    Во всем этом многообразии вам предстоит разбираться самостоятельно с неизвестной конструкцией. Здесь большую помощь может оказать техническое описание или шильдик на корпусе.

    Я же дальше рассматриваю только две наиболее распространенные схемы запуска АД в работу.

    Схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой: последовательность сборки

    Например, мы определили, что из статора выходят четыре или три провода. Вызваниваем между ними активное сопротивление омметром и определяем пусковую и рабочую обмотку.

    Допустим, что у четырех проводов между собой вызваниваются две пары с сопротивлением 6 и 12 Ом. Скрутим произвольно по одному проводу от каждой обмотки, обозначим это место, как «общий провод» и получим между тремя выводами замер 6, 12, 18 Ом.

    Точками на этой схеме я обозначил начала обмоток. Пока на этот вопрос не обращайте внимание. Но, к нему потребуется вернуться дальше, когда возникнет необходимость выполнять реверс.

    Цепочка между общим выводом и меньшим сопротивлением 6Ω будет главной, а большим 12Ω — вспомогательной, пусковой обмоткой. Последовательное их соединение покажет суммарный результат 18 Ом.

    Помечаем эти 3 конца уже понятной нам маркировкой:

    Дальше нам понадобиться кнопка ПНВС, специально созданная для запуска однофазных асинхронных двигателей. Ее электрическая схема представлена тремя замыкающими контактами.

    Но, она имеет важное отличие от кнопки запуска трехфазных электродвигателей ПНВ: ее средний контакт выполнен с самовозвратом, а не фиксацией при нажатии.

    Это означает, что при нажатии кнопки все три контакта замыкаются и удерживаются в этом положении. Но, при отпускании руки два крайних контакта остаются замкнутыми, а средний возвращается под действием пружины в разомкнутое состояние.

    Эту кнопку и клеммы вывода обмоток статора из электродвигателя соединяем трехжильным кабелем так, чтобы на средний контакт ПНВС выходил контакт пусковой обмотки. Выводы П и Р подключаем на ее крайние контакты и помечаем.

    С обратной стороны кнопки между контактами пусковой и рабочей обмоток жестко монтируем перемычку. На нее и второй крайний контакт подключаем кабель питания бытовой сети 220 вольт с вилкой для установки в розетку.

    При включении этой кнопки под напряжение все три контакта замкнутся, а рабочая и пусковая обмотка станут работать. Буквально через пару секунд двигатель закончит набирать обороты, выйдет на номинальный режим.

    Тогда кнопку запуска отпускают:

    • пусковая обмотка отключается самовозвратом среднего контакта;
    • главная обмотка двигателя продолжает раскручивать ротор от сети 220 В.

    Это самая доступная схема подключения асинхронного двигателя с пусковой обмоткой для домашнего мастера. Однако, она требует наличия кнопки ПНВС.

    Если ее нет, а электродвигатель требуется срочно запустить, то ее допустимо заменить комбинацией из двухполюсного автоматического выключателя и обычной электрической кнопки соответствующей мощности с самовозвратом.

    Придется включать их одновременно, а кнопку отпускать после раскрутки электродвигателя.

    С целью закрепления материала по этой теме рекомендую посмотреть видеоролик владельца Oleg pl. Он как раз показывает конструкцию встроенного центробежного регулятора, предназначенного для автоматического отключения вспомогательной обмотки.

    Схема подключения асинхронного двигателя с конденсаторным запуском: 3 технологии

    Статор с обмотками для запуска от конденсаторов имеет примерно такую же конструкцию, что и рассмотренная выше. Отличить по внешнему виду и простыми замерами мультиметром его сложно, хотя обмотки могут иметь равное сопротивление.

    Ориентируйтесь по заводскому шильдику и таблице из книги Алиева. Такой электродвигатель можно попробовать подключить по схеме с кнопкой ПНВС, но он не станет раскручиваться.

    Ему не хватит пускового момента от вспомогательной обмотки. Он будет гудеть, дергаться, но на режим вращения так и не выйдет. Здесь нужно собирать иную схему конденсаторного запуска.

    2 конца разных обмоток подключают с общим выводом О. На него и второй конец рабочей обмотки подают через коммутационный аппарат АВ напряжение бытовой сети 220 вольт.

    Конденсатор подключают к выводам пусковой и рабочей обмоток.

    В качестве коммутационного аппарата можно использовать сдвоенный автоматический выключатель, рубильник, кнопки типа ПНВ или ПНВС.

    Здесь получается, что:

    • главная обмотка работает напрямую от 220 В;
    • вспомогательная — только через емкость конденсатора.

    Эта схема используется для легкого запуска конденсаторных электродвигателей, включаемых в работу без тяжелой нагрузки на привод, например, вентиляторы, наждаки.

    Если же в момент запуска необходимо одновременно раскручивать ременную передачу, шестеренчатый механизм редуктора или другой тяжелый привод, то в схему добавляют пусковой конденсатор, увеличивающий пусковой момент.

    Принцип работы такой схемы удобно приводить с помощью все той же кнопки ПНВС.

    Ее контакт с самовозвратом подключается на вспомогательную обмотку через дополнительный пусковой конденсатор Сп. Второй конец его обкладки соединяется с выводом П и рабочей емкостью Ср.

    Дополнительный конденсатор в момент запуска электродвигателя с тяжелым приводом помогает ему быстро выйти на номинальные обороты вращения, а затем просто отключается, чтобы не создавать перегрев статора.

    Эта схема таит в себе одну опасность, связанную с длительным хранением емкостного заряда пусковым конденсатором после снятия питания 220 при отключении электродвигателя.

    При неаккуратном обращении или потере внимательности работником ток разряда может пройти через тело человека. Поэтому заряженную емкость требуется разряжать.

    В рассматриваемой схеме после снятия напряжения и выдергивания вилки со шнуром питания из розетки это можно делать кратковременным включением кнопки ПНВС. Тогда емкость Сп станет разряжаться через пусковую обмотку двигателя.

    Однако не все люди так поступают по разным причинам. Поэтому рекомендуется в цепочку пуска монтировать два дополнительных резистора.

    Сопротивление Rр выбирается номиналом около 300÷500 Ом нескольких ватт. Его задача — после снятия напряжения питания осуществить разряд вспомогательной емкости Сп.

    Резистор Rо низкоомный и мощный выполняет роль токоограничивающего сопротивления.

    Где взять номиналы главного и вспомогательного конденсаторов?

    Дело в том, что величину пусковой и рабочей емкости для конденсаторного запуска однофазного АД завод определяет индивидуально для каждой модели и указывает это значение в паспорте.

    Отдельных формул для расчета, как это делается для конденсаторного запуска трехфазного двигателя в однофазную сеть по схемам звезды или треугольника просто нет.

    Вам потребуется искать заводские рекомендации или экспериментировать в процессе наладки с разными емкостями, выбирая наиболее оптимальный вариант.

    Владелец
    видеоролика “I V Мне интересно” показывает способы оптимальной настройки параметров схемы запуска конденсаторных двигателей.

    Как поменять направление вращения однофазного асинхронного двигателя: 2 схемы

    Высока вероятность того, что АД запустили по одному из вышеперечисленных принципов, а он крутится не в ту сторону, что требуется для привода.

    Другой вариант: на станке необходимо обязательно выполнять реверс для обработки деталей. Оба эти случаи поможет реализовать очередная разработка.

    Возвращаю вас к начальной схеме, когда мы случайным образом объединяли концы главной и вспомогательной обмоток. Теперь нам надо сменить последовательность включения одной из них. Показываю на примере смены полярности пусковой обмотки.

    В принципе так можно поступить и с главной. Тогда ток по этой последовательно собранной цепочке изменит направление одного из магнитных потоков и направление вращения ротора.

    Для одноразового реверса этого переключения вполне достаточно. Но для станка с необходимостью периодической смены направления движения привода предлагается схема реверса с управлением тумблером.

    Этот переключатель можно выбрать с двумя или тремя фиксированными положениями и шестью выводами. Подбирать его конструкцию необходимо по току нагрузки и допустимому напряжению.

    Схема реверса однофазного АД с пусковой обмоткой через тумблер имеет такой вид.

    Пускать токи через тумблер лучше от вспомогательной обмотки, ибо она работает кратковременно. Это позволит продлить ресурс ее контактов.

    Реверс АД с конденсаторным запуском удобно выполнить по следующей схеме.

    Для условий тяжелого запуска параллельно основному конденсатору через средний контакт с самовозвратом кнопки ПНВС подключают дополнительный конденсатор. Эту схему не рисую, она показана раньше.

    Переключать положение тумблера реверса необходимо исключительно при остановленном роторе, а не во время его вращения. Случайная смена направления работы двигателя под напряжением связана с большими бросками токов, что ограничивает его ресурс.

    Если у вас еще остались неясные моменты про однофазный асинхронный двигатель и схему подключения, то задавайте их в комментариях. Обязательно обсудим.

    Работа асинхронных электрических двигателей основывается на создании вращающегося магнитного поля, приводящего в движение вал. Ключевым моментом является пространственное и временное смещение обмоток статора по отношению друг к другу. В однофазных асинхронных электродвигателях для создания необходимого сдвига по фазе используется последовательное включение в цепь фазозамещающего элемента, такого как, например, конденсатор.

    Отличие от трехфазных двигателей

    Использование асинхронных электродвигателей в чистом виде при стандартном подключении возможно только в трехфазных сетях с напряжением в 380 вольт, которые используются, как правило, в промышленности, производственных цехах и других помещениях с мощным оборудованием и большим энергопотреблением. В конструкции таких машин питающие фазы создают на каждой обмотке магнитные поля со смещением по времени и расположению (120˚ относительно друг друга), в результате чего возникает результирующее магнитное поле. Его вращение приводит в движение ротор.

    Однако нередко возникает необходимость подключения асинхронного двигателя в однофазную бытовую сеть с напряжением в 220 вольт (например в стиральных машинах). Если для подключения асинхронного двигателя будет использована не трехфазная сеть, а бытовая однофазная (то есть запитать через одну обмотку), он не заработает. Причиной тому переменный синусоидальный ток, протекающий через цепь. Он создает на обмотке пульсирующее поле, которое никак не может вращаться и, соответственно, двигать ротор. Для того, чтобы включить однофазный асинхронный двигатель необходимо:

    1. добавить на статор еще одну обмотку, расположив ее под 90˚ углом от той, к которой подключена фаза.
    2. для фазового смещения включить в цепь дополнительной обмотки фазосдвигающий элемент, которым чаще всего служит конденсатор.

    Редко для сдвига по фазе создается бифилярная катушка. Для этого несколько витков пусковой обмотки мотаются в обратную сторону. Это лишь один из вариантов бифиляров, которые имеют несколько другую сферу применения, поэтому, чтобы изучить их принцип действия, следует обратиться к отдельной статье.

    После подключения двух обмоток такой двигатель с конструкционной точки зрения является двухфазным, однако его принято называть однофазным из-за того что в качестве рабочей выступает лишь одна из них.

    Как это работает

    Пуск двигателя с двумя расположенными подобным образом обмотками приведет к созданию токов на короткозамкнутом роторе и кругового магнитного поля в пространстве двигателя. В результате их взаимодействия между собой ротор приводится в движение. Контроль показателей пускового тока в таких двигателях осуществляется частотным преобразователем.

    Несмотря на то, что функцию фаз определяет схема присоединения двигателя к сети, дополнительную обмотку нередко называют пусковой. Это обусловлено особенностью, на которой основывается действие однофазных асинхронных машин – крутящийся вал, имеющий вращающее магнитное поле, находясь во взаимодействии с пульсирующим магнитным полем может работать от одной рабочей фазы. Проще говоря, при некоторых условиях, не подсоединяя вторую фазу через конденсатор, мы могли бы запустить двигатель, раскрутив ротор вручную и поместив в статор. В реальных условиях для этого необходимо запустить двигатель с помощью пусковой обмотки (для смещения по фазе), а потом разорвать цепь, идущую через конденсатор. Несмотря на то, что поле на рабочей фазе пульсирующее, оно движется относительно ротора и, следовательно, наводит электродвижущую силу, свой магнитный поток и силу тока.

    Основные схемы подключения

    В качестве фазозамещающего элемента для подключения однофазного асинхронного двигателя можно использовать разные электромеханические элементы (катушка индуктивности, активный резистор и др.), однако конденсатор обеспечивает наилучший пусковой эффект, благодаря чему и применяется для этого чаще всего.

    Различают три основные способа запуска однофазного асинхронного двигателя через:

    • рабочий;
    • пусковой;
    • рабочий и пусковой конденсатор.

    В большинстве случаев применяется схема с пусковым конденсатором. Это связано с тем, что она используется как пускатель и работает только во время включения двигателя. Дальнейшее вращение ротора обеспечивается за счет пульсирующего магнитного поля рабочей фазы, как уже было описано в предыдущем абзаце. Для замыкания цепи пусковой цепи зачастую используют реле или кнопку.

    Поскольку обмотка пусковой фазы используется кратковременно, она не рассчитана на большие нагрузки, и изготавливается из более тонкой проволоки. Для предотвращения выхода её из строя в конструкцию двигателей включают термореле (размыкает цепь после нагрева до установленной температуры) или центробежный выключатель (отключает пусковую обмотку после разгона вала двигателя).

    Таким путем достигаются отличные пусковые характеристики. Однако данная схема обладает одним существенным недостатком – магнитное поле внутри двигателя, подключенного к однофазной сети, имеет не круговую, а эллиптическую форму. Это увеличивает потери при преобразовании электрической энергии в механическую и, как следствие, снижает КПД.

    Схема с рабочим конденсатором не предусматривает отключение дополнительной обмотки после запуска и разгона двигателя. В данном случае конденсатор позволяет компенсировать потери энергии, что приводит к закономерному увеличению КПД. Однако в пользу эффективности проходится жертвовать пусковыми характеристиками.

    Для работы схемы необходимо подбирать элемент с определенной ёмкостью, рассчитанной с учетом тока нагрузки. Неподходящий по емкости конденсатор приведет к тому, что вращающееся магнитное поле будет принимать эллиптическую форму.

    Своеобразной «золотой серединой» является схема подключения с использованием обоих конденсаторов – и пускового, и рабочего. При подключении двигателя таким способом его пусковые и рабочие характеристики принимают средние значения относительно описанных выше схем.

    На практике для приборов, требующих создания сильного пускового момента используется первая схема с соответствующим конденсатором, а в обратной ситуации – вторая, с рабочим.

    Другие способы

    При рассмотрении методов подключения однофазных асинхронных двигателей нельзя обойти внимание два способа, конструктивно отличающихся от схем для подключения через конденсатор.

    С экранированными полюсами и расщепленной фазой

    В конструкции такого двигателя используется короткозамкнутая дополнительная обмотка, а на статоре присутствуют два полюса. Аксиальный паз делит каждый из них на две несимметричные половины, на меньшей из которых располагается короткозамкнутый виток.

    После включения двигателя в электрическую сеть пульсирующий магнитный поток разделяется на 2 части. Одна из них движется через экранированную часть полюса. В результате получается два разнонаправленных потока с отличной от основного поля скоростью вращения. Благодаря индуктивности появляется электродвижущая сила и сдвиг магнитных потоков по фазе и времени.

    Витки короткозамкнутой обмотки приводят к существенным потерям энергии, что и является главным недостатком схемы, однако она относительно часто используется в климатических и нагревательных приборах с вентилятором.

    С асимметричным магнитопроводом статора

    Особенностью двигателей с данной конструкцией заключается в несимметричной форме сердечника, из-за чего появляются явно выраженные полюса. Для работы схемы необходим короткозамкнутый ротор и обмотка в виде беличьей клетки. Характерным отличием этой конструкции является отсутствие необходимости в фазовом смещении. Улучшенный пуск двигателя осуществляется благодаря оснащению его магнитными шунтами.

    Среди недостатков этих моделей асинхронных электродвигателей выделяют низкий КПД, слабый пусковой момент, отсутствие реверса и сложность обслуживания магнитных шунтов. Но, несмотря на это, они имеют широкое применение в производстве бытовой техники.

    Подбор конденсатора

    Перед тем как подключить однофазный электродвигатель, необходимо произвести расчет необходимой ёмкости конденсатора. Это можно сделать самостоятельно или воспользоваться онлайн-калькуляторами. Как правило, для рабочего конденсатора на 1 кВт мощности должно приходиться примерно 0,7-0,8 мкФ емкости, и около 1,7-2 мкФ – для пускового. Стоит отметить, что напряжение последнего должно составлять не менее 400 В. Эта необходимость обусловлена возникновением 300-600 вольтного всплеска напряжения при старте и останове двигателя.

    Ввиду своих функциональных особенностей однофазные электродвигатели находят широкое применение в бытовой технике: пылесосах, холодильниках, газонокосилках и других приборов, для работы которых достаточно частоты вращения двигателя до 3000 об/мин. Большей скорости, при подключении к стандартной сети с частотой тока в 50 Гц, невозможно. Для развития большей скорости используют коллекторные однофазные двигатели.

    Принципиальная схема электрического двигателя

    Любой электрический двигатель представляет собой устройство, превращающее электрическую энергию в механическую. Подобно генератору, принципиальная схема электрического двигателя включает в себя статор и ротор, что позволяет отнести его к разряду вращающихся электрических машин.

    Устройство двигателя

    Применение короткозамкнутого трехфазного асинхронного двигателя сделало его наиболее популярным для большинства машин и механизмов. Обмотка его ротора состоит из системы, объединяющей алюминиевые или медные стержни, расположенные в пазах ротора параллельно между собой. Концы этих стержней соединяются друг с другом при помощи специальных короткозамкнутых колец. Кроме ротора и статора устройство электродвигателя включает в себя вал и корпус.

    Регулирование скорости вращения производится ступенчатым способом, при помощи статорной обмотки, где количество полюсов может переключаться. Этот принцип используется в асинхронных двигателях с различным количеством скоростей. Плавное регулирование скорости осуществляется с помощью регулируемого преобразователя частоты, подающего питание к электродвигателю.

    Основными положительными характеристиками короткозамкнутых асинхронных электродвигателей являются их высокая надежность, незначительная масса, компактность, более высокий срок службы, чем у двигателей внутреннего сгорания аналогичной мощности. Изготовление таких электродвигателей производится в очень широком диапазоне мощностей, где номинал устройства может составлять всего лишь несколько ватт, а может иметь мощность и в десятки мегаватт. Электродвигатели малой мощности, чаще всего, выпускаются однофазными.

    Особенности электрических двигателей

    Устройство синхронных электродвигателей очень напоминает синхронный генератор. Таким образом, принципиальная схема электрического двигателя данной модификации, отличается от асинхронных моделей. При одинаковой частоте электрического тока в сети, скорость их вращения остается постоянной, вне зависимости от нагрузки. В отличие от асинхронных, у этих моделей не происходит потребления из сети реактивной энергии. Эта энергия отдается в сеть, таким образом, перекрывая реактивную энергию, потребляемую другими источниками.

    Применение синхронных электродвигателей не допускает частых пусков, поэтому, как правило, их используют в условиях относительно неизменной нагрузки, при необходимости обеспечения постоянной скорости вращения.

    Следует отдельно отметить двигатели постоянного тока, используемые в условиях необходимости плавного регулирования скоростей. Эти действия производятся с помощью изменяемого тока в якоре или с применением устройств на полупроводниках. Однако, такие двигатели стали применяться все реже из-за их больших размеров, высокой стоимости и значительных потерь в процессе эксплуатации.

    Схема подключения двигателя по реверсивной схеме

    Как подключить электродвигатель? — статья

    Часто бывает так, что нужно найти схемы подключения электродвигателя к сети для случаев, которые не согласовываются с паспортными данными оборудования. Двигатель подключенный по таким схемам имеет пониженный КПД, но это иногда бывает оправданным. В этой статье расписаны самые доступные и технически обоснованные схемы подключения асинхронного двигателя к однофазной и трехфазной сети.

    Подключение однофазного электродвигателя

    Рисунок 1. Схемы включения однофазного асинхронного двигателя

    В случае, если в однофазном электродвигателе оставить только одну обмотку (по числу фаз), то магнитное поле статора станет пульсирующим, а не вращающимся, и пуска или толчка при включении двигателя не будет, если ротор не раскручивать вручную. Чтобы исключить ручное вмешательство, добавляют вспомогательную обмотку – пусковую. Это вторая фаза, сдвинутая на 90 градусов, которая в момент включения раскручивает ротор, но, так как двигатель подключен к однофазной сети, его называют однофазным. Другими словами, однофазные асинхронные электродвигатели имеют рабочую и пусковую обмотки. Вторая нужна лишь для запуска ротора поэтому ее включают на короткое время (до 3 секунд), в то время, как рабочая включена постоянно. Если нужно определить выводы обмоток, можно воспользоваться тестером. Для запуска, требуется на обе обмотки подать 220 Вольт, а после выхода на рабочие обороты электродвигателя отключить пусковую. Чтобы добиться сдвига фазы используют омические сопротивления, конденсаторы и индуктивности. Сопротивление при этом не обязательно должно быть в виде отдельного резистора, оно может быть и частью пусковой обмотки, намотанной по бифилярной технологии, когда индуктивность катушки не изменяется, а её сопротивление растет за счет большей длины медного провода. Схема подключения и соотношение обмотки и общего вывода однофазного электродвигателя показана на рис. 1.

    Рабочая и пусковая обмотки могут быть постоянно подключены к электросети. Такие двигатели, можно сказать, являются двухфазными. Магнитное поле вращается внутри статора. Конденсатор в этом случае служит для сдвига фаз. Здесь как рабочая, так и пусковая обмотки выполнены проводом одинакового сечения.

    Как подключать трехфазный электродвигатель

    Рисунок 2. Схема подключения: звезда, треугольник

    Трехфазные двигатели более эффективны, в сравнении с однофазными и двухфазными. Вращающееся магнитное поле в статоре образуется сразу после включения в сеть 380 вольт, и при этом не задействованы никакие пусковые устройства. Схемы подключения электродвигателя звездой и треугольником — самые распространенные (рис. 2).

    Рисунок 3. Схема включения звезда-треугольник

    Также нужно сказать, что подключение звездой делает пуск плавным, но снижает мощность работы электродвигателя. Подключении треугольником позволяет вывести двигатель на полную паспортную мощность, что в 1,5 раза выше чем при подключении звездой, но пусковой ток, в таком случае, вырастет настолько, что может повредить изоляцию проводов. Поэтому мощные двигатели подключают по комбинированной схеме подключения звезда-треугольник. Пуск осуществляется по схеме звезда (небольшие пусковые токи), а после выхода на рабочий режим схема автоматически или вручную переключается на схему треугольник, что повышает мощность двигателя в 1,5 раза (мощность приближается к номинальной). Для переключения используют магнитные пускатели, пакетный переключатель или пусковое реле времени. Схема подключения к сети 380 вольт показана на рис. 3. При замкнутых ключах К1 и К3 двигатель подключен по схеме звезда, а при замкнутых ключах К1 и К2 двигатель включен по схеме треугольник. Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети через конденсатор (380 на 220).

    Рисунок 4. Включения трехфазного двигателя в однофазную сеть по схеме: треугольник, звезда.

    Очень часто бывает так, что нужно подключить трёхфазный двигатель к сети 220 Вольт. Несмотря на то, что КПД снижается до 50 % (бывает и до 70%), такая переделка иногда нужна. Двигатель, в таком случае, начинает работать как двухфазный. Осуществляется это по схеме звезда или треугольник с использованием рабочего и пускового конденсатора, которые требуются для сдвига фазы и разгона (рисунок 4). Кнопку разгона удерживаем до максимального раскручивания ротора, после чего отпускаем.

    Под нагрузкой и при холостом ходе через обмотки течет разный ток, поэтому емкость подбирается экспериментальным путем для конкретной нагрузки. Двигатель будет перегреваться, если емкость будет больше, чем нужно. Приблизительный подбор номиналов в соответствии с мощностью двигателя можно осуществить по этой таблице:

    Таблица примерных номиналов конденсаторов с учётом мощности двигателя
    Мощность трехфазного двигателя (кВт) 0,4 0,6 0,8 1,1 1,5 2,2
    Минимальная емкость рабочего конденсатора (мкФ) 40 60 80 100 150 230
    Минимальная емкость пускового конденсатора (мкФ) 80 120 160 200 250 300

    Рисунок 5. Схема подключения электролитических конденсаторов

    Напряжение конденсаторов должно быть выше минимум в 1,5 раза, чтобы от скачков напряжения при включении и выключении они не вышли из строя. Из-за проблемы поиска металлобумажных конденсаторов нужной ёмкости, некоторые используют электролитические, спаянные с диодами (по особой схеме). Их нужно закрыть в корпус, во избежание попадания электролита в глаза в случае взрыва. Емкость снизится в 2 раза при соединении схемы в соответствии с рис. 5. Для работы мощных станков все-таки не желательно использовать электролитические конденсаторы.

    Если хотите сделать запрос или оформить заказ:

    Подберем оптимальное решение по цене и срокам поставки.

    Отдел продаж:

    Телефон: (044) 229 65 56

    Email: [email protected]

    Если нужна техническая консультация:

    Поможем с расчетом нагрузок и подбором комплектующих.

    Технический отдел:

    Телефон: (044) 229 65 57

    Email: [email protected]

    Цепи управления двухпозиционным электродвигателем | Элементы системы дискретного управления

    Электродвигатель часто используется в качестве дискретного элемента управления в системе управления, если он приводит в действие насос, конвейерную ленту или другие машины для транспортировки технологического вещества. Таким образом, важно понимать функционирование цепей управления двигателем.

    Из всех доступных типов электродвигателей наиболее распространенным в промышленности (безусловно) является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока.По этой причине в этом разделе книги основное внимание будет уделено исключительно этому типу двигателя как конечному элементу управления.

    Асинхронные двигатели переменного тока

    Основной принцип асинхронного двигателя переменного тока заключается в том, что один или несколько противофазных переменного тока (синусоидальных) возбуждают наборы катушек электромагнита (называемые катушками или обмотками статора , ), расположенных по окружности. Поскольку эти токи поочередно возбуждают катушки, создается магнитное поле, которое «кажется» вращающимся по окружности.Это вращающееся магнитное поле мало чем отличается от движения, создаваемого массивом из индикаторов преследователя , мигающих последовательно: хотя сами лампочки неподвижны, последовательность их включения и выключения в противофазе мигание создает впечатление, будто световой узор «движется» или «преследует» по длине массива. Точно так же суперпозиция магнитных полей, создаваемых противофазными катушками, напоминает магнитное поле постоянной интенсивности, вращающееся по окружности.На следующих изображениях показано, как вектор магнитного поля (красная стрелка) генерируется наложением магнитных полюсов в течение одного полного цикла (1 оборот), при просмотре изображений слева направо, сверху вниз (в том же порядке, в каком вы читали слов в английском предложении):

    Неудивительно, что объединенный эффект этих трехфазных токов приведет к созданию результирующего вектора магнитного поля, вращающегося в определенном направлении.В конце концов, именно так генерируется трехфазная электроэнергия: вращение одного магнита в центре трех наборов катушек, смещенных на 120 градусов. Вращающееся магнитное поле, создаваемое обмотками статора трехфазного двигателя, является просто воспроизведением магнитного поля ротора внутри генератора, обеспечивающего трехфазную мощность!

    Если бы постоянный магнит был помещен в центр этой машины на вал так, чтобы он мог свободно вращаться, магнит вращался бы с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле.Если магнитное поле совершает один полный оборот за \ ({1 \ более 60} \) секунды, скорость вращения магнита будет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту (3600 оборотов в минуту). Поскольку магнит следует синхронно с вращающимся магнитным полем, говорят, что его скорость вращения составляет , синхронно . Таким образом, мы бы идентифицировали этот двигатель как синхронный двигатель переменного тока .

    Если бы электропроводящий объект был помещен в центр этой же машины на вал так, чтобы он мог свободно вращаться, относительное движение между вращающимся магнитным полем и проводящим объектом (ротором) индуцировало бы электрические токи в проводящем объекте, производящие собственные магнитные поля.Закон Ленца говорит нам, что эффект этих индуцированных магнитных полей будет заключаться в попытке противодействовать изменениям: другими словами, индуцированные поля реагируют на вращающееся магнитное поле катушек статора таким образом, чтобы минимизировать относительное движение. Это означает, что проводящий объект начнет вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле статора, всегда пытаясь «догнать» вращающееся магнитное поле. Однако проводящий ротор никогда не мог точно соответствовать скорости вращающегося магнитного поля, как в случае синхронного двигателя.Если бы ротор когда-либо действительно достигал синхронной скорости, больше не было бы никакого относительного движения между ротором и вращающимся магнитным полем, что означает, что индукция прекратится. Отсутствие индукции означало бы отсутствие электрических токов, индуцируемых в роторе, что означало бы отсутствие реактивного магнитного поля, что означало бы отсутствие крутящего момента, побуждающего ротор. Таким образом, скорость электропроводящего ротора всегда должна немного отставать («проскальзывать») от синхронной скорости вращающегося магнитного поля, чтобы испытывать индукцию и, таким образом, иметь возможность создавать крутящий момент.Мы называем этот тип двигателя асинхронным двигателем переменного тока .

    Для некоторых может стать сюрпризом узнать, что любой проводящий объект — ферромагнитный или нет — будет испытывать крутящий момент при помещении во вращающееся магнитное поле, создаваемое катушками статора. Пока объект является электропроводным, электромагнитная индукция будет обеспечивать создание электрических токов в роторе, и эти токи будут создавать свои собственные магнитные поля, которые реагируют на вращающееся магнитное поле статора, создавая крутящий момент на роторе.

    Действие закона Ленца между магнитом и проводящим объектом может быть продемонстрировано с помощью мощного постоянного магнита и полоски легкой алюминиевой фольги. Алюминий, конечно, электропроводен, но немагнитен. Однако, несмотря на отсутствие магнитного притяжения между магнитом и фольгой, фольга, тем не менее, испытывает движущую силу, если магнит быстро проходит мимо ее поверхности, в соответствии с законом Ленца:

    Тот же самый принцип является тем, что заставляет асинхронный двигатель переменного тока функционировать: вращающееся магнитное поле индуцирует электрические токи в электропроводящем роторе, который затем вращается в том же направлении, что и магнитное поле.Ротор асинхронного двигателя никогда не сможет достичь синхронной скорости сам по себе, потому что, если бы это произошло, индукция прекратилась бы из-за отсутствия относительного движения между вращающимся магнитным полем и ротором. То же самое и с экспериментами с алюминиевой фольгой: полоска фольги никогда не сможет полностью «догнать» движущийся магнит, потому что, если бы это произошло, индукция прекратилась бы и исчезла бы движущая сила. Таким образом, асинхронные машины всегда вращаются немного медленнее, чем синхронная скорость.

    Типичный «двухполюсный» асинхронный двигатель, работающий при частоте электросети 60 Гц, имеет синхронную скорость 3600 об / мин (т.е.е. вращающееся магнитное поле вращается со скоростью 60 оборотов в секунду), но ротор может достичь только скорости полной нагрузки приблизительно 3540 об / мин. Точно так же типичный «четырехполюсный» асинхронный двигатель с синхронной скоростью 1800 об / мин может достичь скорости ротора только приблизительно 1760 об / мин.

    Асинхронные двигатели

    на сегодняшний день являются самой популярной конструкцией в промышленности. Наиболее распространенный вариант асинхронного двигателя — это так называемая конструкция с короткозамкнутым ротором , в которой ротор состоит из алюминиевых стержней, соединяющих два алюминиевых «закорачивающих кольца», по одному на каждом конце ротора.Черный металл (сплав железа) заполняет пространство между стержнями ротора, чтобы обеспечить магнитную «цепь» с меньшим сопротивлением между полюсами статора, чем в противном случае был бы большой воздушный зазор, если бы ротор был просто сделан из алюминия. Если удалить черный металл с ротора, оставшиеся алюминиевые стержни и закорачивающие кольца будут напоминать тренажер с колесной клеткой, используемый хомяками и другими домашними грызунами, отсюда и название.

    Здесь показана фотография небольшого разобранного трехфазного асинхронного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором, демонстрирующая конструкцию обмоток статора и ротора:

    Учитывая чрезвычайно простую конструкцию асинхронных двигателей переменного тока, они имеют тенденцию быть очень надежными.До тех пор, пока изоляция обмотки статора не будет повреждена из-за чрезмерной влажности, тепла или химического воздействия, эти двигатели будут продолжать работать бесконечно. Единственными «изнашиваемыми» компонентами являются подшипники, поддерживающие вал ротора, и их легко заменить.

    Запустить трехфазный асинхронный двигатель так же просто, как подать полную мощность на обмотки статора. Катушки статора мгновенно создают магнитное поле, вращающееся со скоростью, определяемой частотой подаваемой мощности переменного тока, и ротор будет испытывать большой крутящий момент, поскольку это высокоскоростное (относительно нулевой скорости покоя ротора) магнитное поле наводит в нем большие электрические токи.Когда ротор набирает скорость, относительная скорость между вращающимся магнитным полем и вращающимся ротором уменьшается, ослабляя индуцированные токи, а также крутящий момент ротора.

    Один из способов «смоделировать» асинхронный двигатель переменного тока — представить его как трансформатор переменного тока с короткозамкнутой подвижной вторичной обмоткой. При первой подаче полной мощности начальный ток, потребляемый обмотками статора (первичной), будет очень большим, поскольку он «видит» короткое замыкание в обмотке (вторичной) ротора.Однако, когда ротор начинает вращаться, это короткое замыкание потребляет все меньше и меньше тока, пока двигатель не достигнет полной скорости и линейный ток не приблизится к нормальному. Как и в случае с трансформатором, где уменьшение вторичного тока (из-за изменения нагрузки) приводит к уменьшению первичного тока, уменьшение индуцированного тока ротора (из-за пониженной скорости скольжения) приводит к уменьшению тока обмотки статора.

    Огромный скачок тока во время пуска (в десять раз превышающий нормальный рабочий ток!) Называется пусковым током , в результате чего ротор создает большой механический крутящий момент.По мере того, как ротор набирает скорость, ток уменьшается до нормального уровня, а скорость приближается к «синхронной» скорости вращающегося магнитного поля. Если каким-то образом ротор достигает синхронной скорости (то есть скорость скольжения становится нулевой), ток статора упадет до абсолютного минимума. Если механический источник энергии «перегружает» асинхронный двигатель с приводом, заставляя его вращаться быстрее, чем синхронная скорость, он фактически начинает функционировать как генератор и получать электроэнергию.

    Любая механическая нагрузка, вызывающая замедление вращения двигателя, также заставляет обмотки статора потреблять больше тока от источника питания.Это происходит из-за большей скорости скольжения, вызывающей индукцию более сильных токов в роторе. Более сильные токи ротора соответствуют более сильным токам статора, точно так же, как трансформатор, где большая нагрузка на вторичную обмотку вызывает большие токи как во вторичной, так и в первичной обмотках.

    Изменить направление вращения трехфазного двигателя на обратное так же просто, как поменять местами любые два из трех соединений силовых проводов. Это приводит к изменению чередования фаз и мощности, «воспринимаемой» двигателем.Анимация в виде книжки-книжки, начинающаяся в Приложении [animation_blinking_lights], начинающаяся на странице, показывает, как изменение направления двух из трех строк приводит к изменению последовательности фаз.

    Интересная проблема, которую следует рассмотреть, заключается в том, можно ли заставить асинхронный двигатель переменного тока работать на однофазной мощности , а не на многофазной. В конце концов, именно трехступенчатая последовательность фаз трехфазного переменного тока придает магнитному полю обмотки статора определенное направление вращения.{o} \) не в фазе (т.е. ABABABAB ), можно утверждать, что последовательность идет от A к B или, альтернативно, от B к A — нет определенного направления для «движения» огней.

    Поскольку однофазные асинхронные двигатели переменного тока, очевидно, существуют, эта проблема должна быть решена. Чтобы придать магнитному полю внутри однофазного узла статора определенное вращение, мы должны искусственно создать вторую фазу внутри самого двигателя. Один из распространенных способов сделать это — добавить второй набор обмоток статора, смещенных относительно первого, и запитать эти обмотки через высоковольтный конденсатор, который создает опережающий фазовый сдвиг в токе обмотки.Этот фазовый сдвиг создает антишаговое магнитное поле во второй обмотке, обеспечивая определенное направление вращения. Когда двигатель набирает обороты, эта вспомогательная обмотка может быть отключена переключателем скорости, поскольку вращающийся двигатель будет нормально работать от однофазного переменного тока. Это называется асинхронным двигателем с конденсаторным запуском , и эта конструкция используется для большинства однофазных асинхронных двигателей переменного тока, требующих высокого пускового момента (например, насосы, шлифовальные станки, сверлильные станки и т. Д.):

    Один из основных принципов асинхронных двигателей переменного тока заключается в том, что они должны запускаться как многофазные машины, хотя они могут продолжать работать как однофазные машины .

    Однофазный электродвигатель с конденсаторным пуском показан на следующей фотографии. Моя рука касается корпуса конденсатора пусковой обмотки двигателя. Переключатель скорости находится внутри двигателя и не виден на этой фотографии:

    Двигатели с конденсаторным пуском часто проектируются таким образом, что пусковая обмотка потребляет намного больше тока, чем «рабочая» обмотка, чтобы обеспечить высокий пусковой крутящий момент.Это важно, когда механическая нагрузка, вращаемая двигателем, требует большого крутящего момента для движения, например, в случае поршневого газового компрессора или полностью загруженной конвейерной ленты. Из-за этого высокого потребления тока пусковые обмотки не рассчитаны на продолжительный режим работы, их необходимо обесточить вскоре после запуска двигателя, чтобы избежать перегрева.

    Меньшие двигатели переменного тока, такие как те, которые используются в настольном и монтируемом в стойку электронном оборудовании, используют совершенно другой метод создания вращающегося магнитного поля из однофазного переменного тока.На следующей фотографии показан один из таких двигателей, в котором используются медные экранирующие катушки по углам полюсов магнитного статора. Ротор снят, держу пальцами для осмотра:

    [shading_coil]

    Вместо конденсатора, создающего опережающий фазовый сдвиг для тока через специальную обмотку статора, в этом асинхронном двигателе с экранированными полюсами используется пара медных контуров, обернутых вокруг углов магнитных полюсов для создания запаздывающего фазового сдвига в магнитном поле. поле в тех углах.{o} \), создавая вторичное магнитное поле, которое не синхронизируется с основным магнитным полем, создаваемым остальной частью полюсной поверхности. Антишаговое магнитное поле вместе с прилегающим к нему основным магнитным полем создает определенное направление вращения.

    Интересный эксперимент, который вы можете попробовать сами, — это получить один из этих небольших двигателей переменного тока с расщепленными полюсами и заставить его вращаться, подавая на него импульсную мощность постоянного тока от батареи. Каждый раз, когда вы подключаете обмотку статора к батарее, увеличивающийся магнитный поток будет вести к незатененным сторонам полюсов и отставать от затененных сторон полюсов.Каждый раз, когда вы отсоединяете обмотку статора от батареи, уменьшающийся магнитный поток будет вести к незатененным полюсам и отставать от затененных полюсов. В любом случае магнитный поток заштрихованных полюсов будет отставать от магнитного потока незатененных полюсов, заставляя ротор слегка вращаться в одном определенном направлении.

    Тот факт, что все асинхронные двигатели переменного тока должны запускаться как многофазные машины, даже если они могут работать как однофазные машины, означает, что двигатель переменного тока, предназначенный для работы от трехфазного источника питания, может фактически продолжать работать, если одна или несколько его фаз находятся в «состоянии». потеряно »из-за обрыва соединения или перегоревшего предохранителя.В этом состоянии двигатель не может выдавать полную номинальную механическую мощность, но если механическая нагрузка достаточно мала, двигатель будет продолжать вращаться, даже если у него больше нет нескольких фаз, питающих его! Однако трехфазный двигатель не может запускаться из стоячего состояния только на одной фазе переменного тока. Обрыв фаз в асинхронном двигателе переменного тока называется однофазным , и это может вызвать серьезные проблемы на промышленном предприятии. Трехфазные электродвигатели, ставшие «однофазными» из-за неисправности в одной из трехфазных линий электропередач, откажутся запускаться.Те, которые уже работали под большой механической нагрузкой (с высоким крутящим моментом), остановятся. В любом случае остановленные двигатели будут просто «гудеть» и потреблять большой ток.

    Моторные контакторы

    Для запуска и отключения трехфазного асинхронного двигателя переменного тока достаточно любого трехполюсного переключателя с подходящим номинальным током. Простое замыкание такого переключателя для подачи трехфазного питания на двигатель приведет к его запуску, а размыкание трехполюсного переключателя отключит питание двигателя и заставит его выключиться.Если мы хотим иметь дистанционное управление запуском и остановом трехфазного двигателя, нам потребуется специальное реле с переключающими контактами, достаточно большими, чтобы безопасно проводить пусковой ток двигателя в течение многих циклов пусков и остановов. Большие электромеханические реле, рассчитанные на большие токи, созданные для этой цели, обычно называются подрядчиками в отрасли.

    Принципиальная схема трехфазного контактора, подключенного к трехфазному двигателю (с предохранителями для максимальной токовой защиты), показана здесь:

    При подаче напряжения на клеммы A1 и A2 катушка электромагнита намагничивается, в результате чего все три переключающих контакта замыкаются одновременно, передавая трехфазное питание переменного тока на двигатель.Обесточивание катушки вызывает ее размагничивание, освобождая якорь и позволяя возвратной пружине внутри контактора защелкнуть все три контакта в разомкнутое (выключенное) положение.

    Здесь показан контактор мощностью 75 лошадиных сил (при трехфазном питании 480 В переменного тока) в собранном виде и со снятой верхней крышкой, чтобы увидеть три набора сильноточных контактов электрического переключателя:

    Каждый контакт переключателя фазы на самом деле представляет собой последовательную пару контактов, которые замыкаются и размыкаются одновременно с приведением в действие железного якоря, притягиваемого катушкой электромагнита в основании узла контактора.Функционирование трех контактных групп можно увидеть на этой паре фотографий, на левом изображении показаны контакты в их нормальном (открытом) состоянии, а на правом изображении показаны контакты в замкнутом состоянии (якорь «втянут»). силой моего пальца:

    Конечно, было бы очень опасно прикасаться или вручную приводить в действие контакты пускового реле двигателя при снятой крышке, как показано. Прикосновение пальцем к любому из неизолированных медных контактов может привести не только к опасности поражения электрическим током, но и к возникновению дуги, возникающей при замыкании и размыкании таких контактов, что создает опасность вспышки дуги и вспышки дуги .Вот почему все современные моторные контакторы оснащены защитными кожухами. Фактические контактные площадки переключателя сделаны не из чистой меди, а из серебра (или сплава серебра), предназначенного для того, чтобы выдерживать повторяющееся дуговое и взрывное воздействие больших токов переменного тока, возникающих и прерываемых.

    Под клеммами подключения основного питания (L1-L3, T1-T3) на этом контакторе скрываются две маленькие винтовые клеммы (обычно обозначаемые A1 и A2), обеспечивающие точки подключения к катушке электромагнита, приводящей в действие контактор:

    Как и большинство трехфазных контакторов, эта катушка рассчитана на 120 вольт переменного тока.Хотя электродвигатель может работать от трехфазного переменного тока напряжением 480 В, катушка контактора и остальная часть схемы управления работают на более низком напряжении из соображений безопасности. Как и все электромеханические реле, контакторы двигателя используют сигнал малой мощности для управления электрическим током большей мощности, подаваемым на нагрузку. Это «усиливающее» действие позволяет относительно небольшим управляющим переключателям, ПЛК и релейным схемам запускать и останавливать относительно большие (сильноточные) электродвигатели.

    Защита двигателя

    Важным компонентом любой схемы управления двигателем большой мощности является какое-либо устройство для обнаружения условий чрезмерной перегрузки и отключения питания двигателя до того, как произойдет тепловое повреждение.Очень простое и распространенное устройство защиты от перегрузки, известное как нагреватель от перегрузки , состоящее из резистивных элементов, последовательно соединенных с тремя линиями трехфазного двигателя переменного тока, предназначено для нагрева и охлаждения со скоростью, моделирующей тепловые характеристики двигателя. сам мотор.

    Предохранители и автоматические выключатели также защищают от перегрузки по току, но по разным причинам и для разных частей цепи двигателя. И предохранители, и автоматические выключатели, как правило, являются быстродействующими устройствами, предназначенными для прерывания перегрузки по току, возникающей в результате электрического повреждения, такого как короткое замыкание фазы на землю.Они рассчитаны на защиту проводки, по которой подается питание на нагрузку, а не (обязательно) на саму нагрузку. Нагреватели с термической перегрузкой, напротив, специально разработаны для защиты электродвигателя от повреждений, вызванных умеренными перегрузками по току, такими как то, что может возникнуть в случае механической перегрузки электродвигателя. Размеры нагревателей перегрузки не связаны с допустимой нагрузкой на провод и, следовательно, не связаны с номиналами предохранителей или автоматических выключателей, обеспечивающих питание двигателя от сети.

    Принципиальная схема трехфазной перегрузки, подключенной к трехфазному контактору и трехфазному двигателю, показана здесь:

    Оба контакта внутри блока защиты от перегрузки будут оставаться в состоянии покоя («нормальном») до тех пор, пока нагревательные элементы (символы «крючок», расположенные спина к спине на приведенной выше диаграмме) остаются холодными.Однако, если один или несколько резистивных нагревателей становятся слишком горячими, контакты срабатывают и изменяют состояние. Нормально замкнутый контакт перегрузки (клеммы 95 и 96) обычно подключается последовательно с катушкой контактора (клеммы A1 и A2), так что обнаруженное состояние перегрузки вынуждает контактор обесточиваться и отключать питание двигателя.

    На следующей фотографии показано трехфазное контакторное реле, соединенное вместе с набором из трех «нагревателей перегрузки», через которые протекает весь ток двигателя.Нагреватели перегрузки отображаются в виде трех металлических полосок цвета латуни рядом с красной кнопкой с надписью «Сброс». Вся сборка — контактор плюс нагреватели перегрузки — обозначается как пускатель :

    .

    Удаление одного из нагревательных элементов показывает его механическую природу: маленькое зубчатое колесо с одной стороны входит в зацепление с рычагом, когда оно закреплено болтами в блоке защиты от перегрузки. Этот рычаг соединяется с подпружиненным механизмом, приводимым в действие вручную красной кнопкой «Сброс», которая, в свою очередь, приводит в действие небольшой набор контактов электрического переключателя:

    Назначение нагревателя перегрузки — нагревание, поскольку двигатель потребляет чрезмерный ток.Маленькое зубчатое колесо удерживается на месте стержнем, погруженным в затвердевшую массу припоя, заключенного в латунный цилиндр под полосой нагревателя. На следующей фотографии показана нижняя сторона нагревательного элемента, на которой хорошо видны зубчатое колесо и латунный цилиндр:

    Если нагревательный элемент становится слишком горячим (из-за чрезмерного тока двигателя), припой внутри латунного цилиндра расплавляется, позволяя зубчатому колесу вращаться. Это ослабит натяжение пружины в механизме защиты от перегрузки, позволяя небольшому электрическому переключателю пружинить в разомкнутое состояние.Этот «перегрузочный контакт» затем прерывает ток в катушке электромагнита контактора, вызывая обесточивание контактора и остановку двигателя.

    Ручное нажатие кнопки «Сброс» вернет пружинный механизм в исходное положение и снова замкнет контакт перегрузки, позволяя контактору снова включиться, но только после того, как нагревательный элемент перегрузки остынет достаточно, чтобы припой внутри латуни. цилиндр для повторного затвердевания. Таким образом, этот простой механизм предотвращает немедленный перезапуск перегруженного двигателя после события «отключения» из-за тепловой перегрузки, давая ему также время для охлаждения.

    Типичная «кривая срабатывания» для блока тепловой перегрузки показана здесь с графиком зависимости времени от серьезности уровня перегрузки по току:

    В отличие от автоматического выключателя или предохранителя, размер которых рассчитан на защиту силовой проводки от чрезмерного нагрева, нагревательные элементы от перегрузки рассчитаны специально для защиты двигателя . Таким образом, они действуют как тепловые модели самого двигателя, нагреваясь до точки «срабатывания» так же быстро, как сам двигатель нагревается до точки максимальной номинальной температуры, и для охлаждения до безопасной температуры требуется столько же времени, сколько и для охлаждения двигателя. мотор будет.Еще одно различие между нагревателями перегрузки и выключателями / предохранителями заключается в том, что нагреватели не предназначены для прямого прерывания тока путем размыкания, как это делают предохранители или автоматические выключатели. Напротив, каждый нагреватель перегрузки служит простой цели нагревать пропорционально величине и продолжительности перегрузки по току двигателя, вызывая размыкание другого электрического контакта, что, в свою очередь, запускает контактор для размыкания и прерывания тока двигателя.

    Конечно, нагреватели от перегрузки работают только для защиты двигателя от тепловой перегрузки, если они находятся в аналогичных условиях температуры окружающей среды.Если двигатель расположен в очень горячей зоне производственной установки, а элементы защиты от перегрузки расположены в помещении «центра управления двигателем» (MCC) с климат-контролем, они могут не защитить двигатель, как это было задумано. И наоборот, если перегрузочные нагреватели расположены в горячем помещении, а двигатель находится в морозно-холодной среде (например, в помещении MCC нет кондиционера, а двигатель находится в морозильной камере), они могут преждевременно «отключить» двигатель.

    Интересный «трюк», который следует иметь в виду при диагностике цепей управления двигателем, заключается в том, что нагреватели от перегрузки представляют собой не что иное, как резисторы с низким сопротивлением.Таким образом, они будут снижать небольшое количество напряжения (обычно немного меньше 1 В переменного тока) при токе полной нагрузки. Это падение напряжения можно использовать как простую качественную меру фазного тока двигателя. Измеряя падение напряжения на каждом нагревателе от перегрузки (при работающем двигателе), можно определить, все ли фазы имеют одинаковые токи. Конечно, нагреватели перегрузки недостаточно точны по своему сопротивлению, чтобы служить в качестве настоящих токоизмерительных «шунтов», но они более чем адекватны в качестве качественных индикаторов относительного фазного тока, чтобы помочь вам определить (например), страдает ли двигатель. от разомкнутой или высокоомной фазной обмотки:

    Несмотря на то, что «нагреватели» от тепловой перегрузки полезны для защиты двигателя, существуют более эффективные технологии.Альтернативный способ обнаружения условий перегрузки — это непосредственный контроль температуры обмоток статора с использованием термопар или (чаще) резистивных датчиков температуры, которые сообщают о температуре обмоток электронному блоку отключения с теми же функциями управления, что и узел нагревателя перегрузки. Этот сложный подход используется в больших (тысячи лошадиных сил) электродвигателях и / или в критических технологических процессах, где надежность двигателя имеет первостепенное значение. Вибрационное оборудование машин, используемое для контроля и защиты от чрезмерной вибрации во вращающихся машинах, часто оснащается такими чувствительными к температуре модулями «отключения» только для этой цели.Можно контролировать не только температуру обмоток двигателя, но также температуру подшипников и других чувствительных к температуре компонентов машины, так что защитная функция распространяется не только на исправность электродвигателя.

    Устройства

    , специально сконструированные для мониторинга состояния компонентов электроэнергии, таких как двигатели, генераторы, трансформаторы или распределительные линии, и принятия мер по защите этих компонентов в случае, если их параметры выходят за пределы безопасных значений, обычно известны как реле защиты .Защитное реле предназначено для контроля физических переменных, таких как линейные токи и температуры обмоток, относящихся к крупному электрическому компоненту, а затем автоматически инициирует «отключение», чтобы отключить питание этого компонента, отправив сигнал на ближайший автоматический выключатель или другой автоматический выключатель. отключить устройства.

    Изначально защитные реле были электромеханическими по своей природе, в них использовались катушки, магниты, пружины, вращающиеся диски и другие компоненты для обнаружения и реагирования на нестандартные электрические измерения.Современные защитные реле — для электродвигателей или других компонентов электроэнергии, таких как генераторы, линии электропередач и трансформаторы — используют микропроцессоры вместо электромагнитных механизмов для выполнения тех же основных функций. С микропроцессорной технологией значительно увеличивается скорость реагирования и точность синхронизации, а также возможности цифровых сетей для обмена системными данными между другими компонентами и людьми-операторами.

    Схема, показывающая, как современное (цифровое) реле защиты будет контролировать различные параметры промышленного электродвигателя среднего напряжения (4160 В переменного тока, трехфазный), показана здесь:

    В этом примере линейное напряжение (4160 вольт переменного тока) и линейный ток слишком велики для прямого подключения к защитному реле, поэтому реле определяет линейное напряжение и линейный ток через трансформаторы напряжения , (PT) и трансформаторы тока. (ТТ) соответственно.Трансформатор напряжения — это прецизионное устройство, обеспечивающее известное точное понижающее отношение, обычно до 120 В или 240 В переменного тока по всей шкале, для непосредственного определения реле защиты. Аналогичным образом, трансформатор тока — это прецизионное устройство, обеспечивающее известное и точное соотношение понижения тока (на самом деле повышение с точки зрения напряжения), обычно до 1 или 5 ампер переменного тока на полной шкале, для защитного реле. прямо толку. Оба трансформатора обеспечивают гальваническую развязку (полное отсутствие электропроводности) между силовыми проводниками двигателя среднего напряжения и электроникой защитного реле, при этом позволяя точно измерять линейное напряжение и линейный ток.

    ТТ нулевой последовательности CT — это специальный трансформатор тока, охватывающий все три фазных провода двигателя, обеспечивая индикацию замыкания на землю внутри двигателя. Тот факт, что этот трансформатор тока измеряет мгновенную алгебраическую сумму токов на входе и выходе из двигателя, означает, что при обычной работе он будет выдавать абсолютно нулевой сигнал, поскольку Закон Кирхгофа по току гласит, что алгебраическая сумма токов на входе и выходе из узла (двигатель здесь считается узлом) должен быть равен нулю.Если, однако, в двигателе возникает замыкание на землю, когда некоторый переменный ток «утекает» из обмотки статора на землю, чтобы вернуться к нейтральному соединению источника питания 4160 В переменного тока, этот дисбаланс фазных токов будет обнаружен ТТ нулевой последовательности. , поскольку этот ток замыкания на землю представляет собой четвертый путь для тока, не учитываемого тремя силовыми проводниками, проходящими через двигатель.

    На следующей фотографии показан дисплей передней панели защитного реле General Electric (Multilin) ​​модели 369 для электродвигателя:

    Электропроводка цепи управления двигателем

    Здесь показана простая трехфазная цепь управления двигателем переменного тока на 480 В в наглядной и схематической форме.Вся эта сборка, состоящая из контактора, блока защиты от перегрузки, управляющего силового трансформатора, силовых предохранителей (или, альтернативно, автоматического выключателя) и связанных компонентов, неофициально называется ковшом :

    Обратите внимание на то, как трансформатор мощности управления понижает переменный ток 480 вольт, чтобы обеспечить питание 120 вольт переменного тока для катушки контактора. Кроме того, обратите внимание на то, как контакт перегрузки («OL») соединен последовательно с катушкой контактора, так что событие тепловой перегрузки вынуждает контактор отключиться и, таким образом, отключить питание двигателя, даже если переключатель управления все еще находится в положении « на »позиции.Нагреватели перегрузки показаны на схематической диаграмме в виде пар расположенных спина к спине «крючков», последовательно соединенных с тремя Т-образными линиями двигателя. Помните, что эти нагревательные элементы «OL» не прерывают напрямую питание двигателя в случае перегрузки, а скорее сигнализируют контакту «OL» о размыкании и обесточивании контактора.

    В системе автоматического управления тумблер должен быть заменен другим контактом реле (это реле управляется статусом процесса), переключателем процесса или, возможно, дискретным выходным каналом программируемого логического контроллера (ПЛК).

    Следует отметить, что переключение типа переключателя необходимо для того, чтобы двигатель продолжал работать после того, как человек-оператор задействует переключатель. Двигатель работает, когда переключатель находится в замкнутом состоянии, и останавливается, когда переключатель размыкается. Альтернативой этой конструкции является создание схемы с защелкой , позволяющей использовать переключатели с мгновенным контактом (один для запуска, а другой для останова). Здесь показана простая схема управления электродвигателем с защелкой:

    В этой схеме вспомогательный контакт , приводимый в действие контактором двигателя, подключен параллельно кнопочному переключателю «Пуск», так что контактор двигателя продолжает получать питание после того, как оператор отпускает переключатель.Этот параллельный контакт — иногда называемый запечатанным контактом — фиксирует двигатель во включенном состоянии после кратковременного замыкания кнопочного переключателя «Пуск».

    Нормально замкнутый переключатель «Стоп» позволяет «разблокировать» цепь двигателя. Нажатие этого кнопочного переключателя размыкает цепь управления, заставляя ток останавливаться через катушку контактора, которая затем размыкает три силовых контакта двигателя, а также вспомогательный контакт, используемый для поддержания контактора во включенном состоянии.

    Простая лестничная диаграмма , показывающая взаимосвязи всех компонентов в этой цепи управления двигателем, упрощает понимание этой системы:

    Большинство схем управления двухпозиционным электродвигателем в Соединенных Штатах — это некоторые вариации этой схемы подключения, если не идентичны ей. И снова эту систему можно автоматизировать, заменив кнопочные переключатели «Пуск» и «Стоп» на переключатели процесса (например, переключатели давления для системы управления воздушным компрессором), чтобы создать систему, которая запускается и останавливается автоматически.Программируемый логический контроллер (ПЛК) также может использоваться для обеспечения функции фиксации, а не вспомогательного контакта на контакторе. После включения ПЛК в схему управления двигателем можно добавить множество функций автоматического управления для расширения возможностей системы. Примеры включают в себя функции синхронизации, функции подсчета мотоциклов и даже возможность удаленного пуска / остановки через цифровую сеть, соединяющуюся с дисплеями интерфейса оператора или другими компьютерами.

    В приложениях, где требуется реверсивное управление двигателем, пара контакторов может быть соединена вместе, как показано здесь:

    Обратите внимание на то, как реверсирование двигателя осуществляется путем перестановки фаз L1 и L3: в прямом направлении провод L1 линии питания подключается к клемме двигателя T1, L2 подключается к клемме T2, а L3 подключается к T3.В обратном направлении L2 все еще подключается к T2, но L1 теперь подключается к T3, а L3 теперь подключается к T1. Вспомните принцип, согласно которому замена любыми двумя фазами в трехфазной системе питания меняет чередование фаз на противоположное, что в этом случае заставляет электродвигатель вращаться в другом направлении.

    С двумя контакторами цепь управления теперь содержит две катушки для приведения в действие этих контакторов: одна с маркировкой «вперед», а другая с маркировкой «назад». Отдельные кнопочные переключатели «вперед» и «назад» подают питание на эти катушки, а отдельные запечатанные вспомогательные контакты, подключенные параллельно их соответствующим кнопкам, фиксируют каждый из них.

    Важной особенностью этой схемы реверсивного пускателя является включение блокирующих контактов в каждую ступень цепи. В цепи прямого управления нормально замкнутый вспомогательный контакт, приводимый в действие контактором «реверса», включен последовательно, и наоборот, в цепи обратного управления. Целью «блокировки» является предотвращение возникновения несовместимых событий, в этом случае предотвращение срабатывания контактора «реверса», когда контактор «вперед» уже задействован, и наоборот.Если бы оба контактора были задействованы одновременно, это привело бы к прямому межфазному замыканию (короткому замыканию) между L1 и L3!

    Некоторые реверсивные пускатели двигателей имеют функцию, называемую механической блокировкой , при которой движение якоря в каждом контакторе ограничивается таким образом, что оба не могут срабатывать одновременно. Это обычно принимает форму рычага «качающейся балки», предотвращающего втягивание якоря одного контактора, в то время как якорь другого контактора втягивается, подобно игрушке на игровой площадке «качели», где только один конец может быть опущен в любой момент времени. .Нередко в одном реверсивном пускателе в качестве меры дополнительной защиты используется и электрическая, и механическая блокировка.

    Современной тенденцией в управлении двигателями является использование цифровых сетей как для управления контактором, так и для удаленного контроля рабочего состояния двигателя. На следующей фотографии показан «ковш» с цифровым мониторингом и контролем, использующий DeviceNet в качестве сети управления:

    Использование стандарта цифровой сети, такого как Ethernet, DeviceNet, Modbus, Profibus или любого другого для мониторинга и управления двигателем, дает множество преимуществ для обслуживания и эксплуатации.В цифровых сетях управляющая проводка значительно упрощается, поскольку один сетевой кабель может подключаться к нескольким блокам двигателей. «Интеллектуальный» сетевой интерфейсный модуль, установленный в блоке, может быть разработан для контроля таких параметров, как линейное напряжение, линейный ток, фазовый дисбаланс и коэффициент мощности, чтобы передавать эти значения в главную систему управления через сеть.

    Сетевой интерфейсный модуль внутри блока обычно имеет собственный цифровой дисплей для локальной индикации этих параметров.На фотографии крупным планом Square-D «Motor Logic Plus» показаны некоторые из его локально доступных функций:

    ПЛК, подключенный к сети, также может получить доступ ко всем этим значениям, сообщая о них эксплуатационному и / или обслуживающему персоналу по желанию. Вместо отдельных проводов, проложенных между ПЛК и пускателем двигателя, чтобы дать команду каждому двигателю запустить и остановить, ПЛК просто передает команды «пуска» и «останова» по сети на индивидуально адресованные модули цифрового пускателя.Сетевая проводка может быть просто параллельна («гирляндной») между модулями, так что несколько сегментов находятся в одной и той же физической сети, каждая из которых запрограммирована с уникальным адресом. Таким образом, ПЛК, подключенный к этой же сети, может получать доступ и управлять всеми параметрами для всех двигателей в этой сети.

    Цепь реле

    и цепь переключения реле

    Преимущество реле в том, что для управления катушкой реле требуется относительно небольшое количество энергии, но само реле может использоваться для управления двигателями, нагревателями, лампами или цепями переменного тока, которые сами могут потреблять намного больше электроэнергии.

    Электромеханическое реле — это выходное устройство (исполнительный механизм), которое бывает самых разных форм, размеров и конструкций и имеет множество применений и применений в электронных схемах. Но в то время как электрические реле могут использоваться, чтобы позволить схемам электронного или компьютерного типа с низким энергопотреблением переключать относительно высокие токи или напряжения, как «ВКЛ», так и «ВЫКЛ», для управления им требуется некоторая форма релейной переключающей схемы .

    Конструкция и типы схем переключения реле огромны, но многие небольшие электронные проекты используют транзисторы и полевые МОП-транзисторы в качестве основного переключающего устройства, поскольку транзистор может обеспечить быстрое переключение постоянного тока (ВКЛ-ВЫКЛ) для управления катушкой реле от различных источников входного сигнала. Итак, вот небольшая коллекция некоторых наиболее распространенных способов переключения реле.

    Цепь релейного переключателя NPN

    Типичная схема релейного переключателя имеет катушку, управляемую транзисторным переключателем NPN, TR1, как показано, в зависимости от уровня входного напряжения. Когда базовое напряжение транзистора равно нулю (или отрицательно), транзистор отключен и действует как разомкнутый переключатель. В этом состоянии ток коллектора не течет, и катушка реле обесточена, потому что, будучи устройствами тока, если ток не течет в базу, то ток не будет проходить через катушку реле.

    Если теперь на базу подается достаточно большой положительный ток, чтобы насыщать NPN-транзистор, ток, протекающий от базы к эмиттеру (от B к E), управляет большим током катушки реле, протекающим через транзистор от коллектора к эмиттеру.

    Для большинства биполярных переключающих транзисторов величина тока катушки реле, протекающего в коллектор, будет где-то в 50-800 раз больше, чем ток базы, необходимый для приведения транзистора в состояние насыщения. Текущее усиление или бета-значение (β) показанного BC109 общего назначения обычно составляет около 290 при 2 мА (техническое описание).

    Цепь релейного переключателя NPN

    Обратите внимание, что катушка реле является не только электромагнитом, но и индуктором.Когда питание подается на катушку из-за переключающего действия транзистора, максимальный ток будет течь в результате сопротивления катушки постоянному току, как определено законом Ома (I = V / R). Часть этой электроэнергии хранится в магнитном поле катушки реле.

    Когда транзистор переключается в положение «ВЫКЛ», ток, протекающий через катушку реле, уменьшается, и магнитное поле исчезает. Однако накопленная энергия в магнитном поле должна куда-то уйти, и на катушке возникает обратное напряжение, которое пытается поддерживать ток в катушке реле.Это действие вызывает всплеск высокого напряжения на катушке реле, который может повредить переключающий NPN-транзистор, если он будет накапливаться.

    Итак, чтобы предотвратить повреждение полупроводникового транзистора, к катушке реле подключен «диод маховика», также известный как диод свободного хода. Этот диод маховика ограничивает обратное напряжение на катушке примерно до 0,7 В, рассеивая накопленную энергию и защищая переключающий транзистор. Диоды маховика применимы только при питании поляризованным постоянным напряжением.Катушка переменного тока требует другого метода защиты, и для этого используется RC демпферная цепь.

    Цепь переключателя реле Дарлингтона NPN

    Предыдущая схема транзисторного реле-переключателя NPN идеально подходит для переключения небольших нагрузок, таких как светодиоды и миниатюрные реле. Но иногда требуется переключить катушки реле большего размера или токи, выходящие за пределы диапазона транзистора общего назначения BC109, и это может быть достигнуто с помощью транзисторов Дарлингтона.

    Чувствительность и коэффициент усиления по току схемы релейного переключателя можно значительно увеличить, используя пару транзисторов Дарлингтона вместо одного переключающего транзистора.Пары транзисторов Дарлингтона могут состоять из двух индивидуально подключенных биполярных транзисторов, как показано, или поставляться как одно устройство со стандартными соединительными выводами базы, эмиттера и коллектора.

    Два NPN-транзистора соединены, как показано, так что ток коллектора первого транзистора TR1 становится током базы второго транзистора TR2. Приложение положительного базового тока к TR1 автоматически включает переключающий транзистор TR2.

    Цепь переключателя реле Дарлингтона NPN

    Если два отдельных транзистора сконфигурированы как переключающая пара Дарлингтона, то между базой и эмиттером основного переключающего транзистора TR2 обычно помещается небольшой резистор (от 100 до 1000 Ом), чтобы гарантировать его полное выключение.Опять же, диод маховика используется для защиты TR2 от обратной ЭДС, генерируемой, когда катушка реле обесточена.

    Цепь переключателя реле повторителя эмиттера

    Помимо стандартной конфигурации общего эмиттера для схемы релейного переключателя, катушка реле также может быть подключена к выводу эмиттера транзистора для формирования цепи эмиттерного повторителя. Входной сигнал подключается непосредственно к базе, а выходной сигнал берется из нагрузки эмиттера, как показано.

    Цепь переключателя реле повторителя эмиттера

    Конфигурация с общим коллектором или эмиттерным повторителем очень полезна для приложений согласования импеданса из-за очень высокого входного импеданса, порядка сотен тысяч Ом, при относительно низком выходном сопротивлении для переключения катушки реле.Как и в предыдущей схеме релейного переключателя NPN, переключение происходит путем подачи положительного тока на базу транзистора.

    Цепь переключателя реле Дарлингтона эмиттера

    Это версия транзистора Дарлингтона предыдущей схемы эмиттерного повторителя. Очень небольшой положительный базовый ток, приложенный к TR1, вызывает гораздо больший ток коллектора, протекающий через TR2 из-за умножения двух значений Beta.

    Цепь переключателя реле Дарлингтона эмиттера

    Схема релейного переключателя Дарлингтона с общим эмиттером полезна для обеспечения усиления по току и мощности с коэффициентом усиления по напряжению, приблизительно равным единице.Другой важной характеристикой схемы эмиттерного повторителя этого типа является то, что она имеет высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, что делает ее идеальной для согласования импеданса с большими катушками реле.

    Цепь реле реле PNP

    Помимо переключения катушек реле и других подобных нагрузок с помощью биполярных транзисторов NPN, мы также можем переключать их с помощью биполярных транзисторов PNP. Схема переключателя реле PNP не отличается от схемы переключения реле NPN с точки зрения ее способности управлять катушкой реле.Однако для этого требуются разные полярности рабочих напряжений. Например, напряжение коллектор-эмиттер Vce должно быть отрицательным для типа PNP, чтобы вызвать протекание тока от эмиттера к коллектору.

    Цепь реле реле PNP

    Схема транзистора PNP работает противоположно схеме переключения реле NPN. Ток нагрузки протекает от эмиттера к коллектору, когда база смещена в прямом направлении с напряжением, более отрицательным, чем на эмиттере.Чтобы ток нагрузки реле протекал через эмиттер к коллектору, и база, и коллектор должны быть отрицательными по отношению к эмиттеру.

    Другими словами, когда Vin имеет высокий уровень, PNP-транзистор выключается, как и катушка реле. Когда Vin имеет значение LOW, базовое напряжение меньше напряжения эмиттера (более отрицательное), и транзистор PNP включается. Значение базового резистора устанавливает базовый ток, который устанавливает ток коллектора, который управляет катушкой реле.

    Транзисторные переключатели

    PNP могут использоваться, когда сигнал переключения является обратным для транзистора NPN, например, на выходе затвора CMOS NAND или другого такого логического устройства.Логический выход CMOS имеет мощность возбуждения, равную логическому 0, чтобы потреблять ток, достаточный для включения транзистора PNP. Тогда приемники тока можно превратить в источники тока с помощью транзисторов PNP и источника питания противоположной полярности.

    Цепь переключателя реле коллектора PNP

    Работа этой схемы такая же, как и у предыдущей схемы переключения реле. В этой схеме релейного переключателя нагрузка реле была подключена к коллектору транзисторов PNP. Переключение транзистора и катушки в положение ВКЛ-ВЫКЛ происходит, когда Vin имеет низкий уровень, транзистор «включен», а когда Vin имеет высокий уровень, транзистор «выключен».

    Цепь переключателя реле коллектора PNP

    Мы видели, что либо биполярный транзистор NPN, либо биполярный транзистор PNP могут работать как переключатель для переключения реле или любой другой нагрузки в этом отношении. Но есть два разных состояния, которые необходимо понимать, поскольку ток течет в двух разных направлениях.

    Итак, в транзисторе NPN к базе подается ВЫСОКОЕ напряжение по отношению к эмиттеру, ток течет от коллектора к эмиттеру, и транзистор NPN переключается в положение «ВКЛ».Для транзистора PNP низкое напряжение по отношению к эмиттеру прикладывается к базе, ток течет от эмиттера к коллектору, и транзистор PNP переключается в положение «включено».

    Цепь переключателя реле N-канального полевого МОП-транзистора

    Операция переключения реле

    MOSFET очень похожа на операцию переключения биполярного переходного транзистора (BJT), показанную выше, и любая из предыдущих схем может быть реализована с использованием MOSFET. Однако есть некоторые существенные различия в работе схем полевого МОП-транзистора, основные из которых заключаются в том, что полевые МОП-транзисторы являются устройствами, работающими от напряжения, а поскольку затвор электрически изолирован от канала сток-исток, они имеют очень высокие входные импедансы, поэтому ток затвора для полевого МОП-транзистора равен нулю, поэтому в базовом резисторе нет необходимости.

    Полевые МОП-транзисторы

    проходят через токопроводящий канал, при этом канал изначально закрыт, а транзистор выключен. Этот канал постепенно увеличивается в проводящей ширине по мере того, как напряжение, подаваемое на вывод затвора, медленно увеличивается. Другими словами, транзистор работает путем расширения канала при увеличении напряжения затвора, и по этой причине этот тип полевого МОП-транзистора называется улучшенным полевым МОП-транзистором или E-MOSFET.

    N-канальные полевые МОП-транзисторы (NMOS) являются наиболее часто используемым типом полевых МОП-транзисторов, поскольку положительное напряжение на клемме затвора включает полевой МОП-транзистор, а нулевое или отрицательное напряжение на затворе переключает его в положение «ВЫКЛ», что делает его идеальным в качестве полевого МОП-транзистора. релейный переключатель.Также доступны дополнительные полевые МОП-транзисторы с P-каналом, которые, как и PNP BJT, работают с противоположными напряжениями.

    Цепь переключателя реле N-канального МОП-транзистора

    Вышеупомянутая схема релейного переключателя MOSFET подключена по схеме с общим источником. При нулевом входном напряжении, состоянии LOW, значении V GS , привода затвора недостаточно для открытия канала, и транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ». Но когда V GS увеличивается выше нижнего порогового напряжения MOSFET V T , канал открывается, ток течет и катушка реле срабатывает.

    Тогда полевой МОП-транзистор в расширенном режиме работает как нормально разомкнутый переключатель, что делает его идеальным для переключения небольших нагрузок, таких как реле. MOSFET-транзисторы E-типа имеют высокое сопротивление при выключении, но умеренное сопротивление при включении (подходит для большинства приложений), поэтому при выборе одного из них для конкретного приложения переключения необходимо учитывать его значение R DS .

    Цепь переключателя реле P-канального МОП-транзистора

    Расширенный МОП-транзистор с P-каналом (PMOS) сконструирован так же, как и расширенный МОП-транзистор с N-каналом, за исключением того, что он работает только с отрицательными напряжениями затвора.Другими словами, полевой МОП-транзистор с P-каналом работает таким же образом, но с противоположной полярностью, поскольку затвор должен быть более отрицательным, чем источник, чтобы включить транзистор с помощью прямого смещения, как показано.

    Цепь переключателя реле P-канального МОП-транзистора

    В этой конфигурации клемма источника P-каналов подключена к + Vdd, а клемма стока подключена к земле через катушку реле. Когда на затвор подается ВЫСОКИЙ уровень напряжения, P-канальный MOSFET будет выключен.Выключенный E-MOSFET будет иметь очень высокое сопротивление канала и будет действовать почти как разомкнутая цепь.

    Когда на затвор подается НИЗКИЙ уровень напряжения, P-канальный полевой МОП-транзистор будет включен. Это вызовет протекание тока через канал с низким сопротивлением канала e-MOSFET, управляющего катушкой реле. Как N-канальные, так и P-канальные электронные МОП-транзисторы образуют превосходные схемы переключения реле низкого напряжения и могут быть легко подключены к широкому спектру цифровых логических вентилей и микропроцессорных приложений.

    Цепь релейного переключателя с логическим управлением

    N-канальный полевой МОП-транзистор улучшенного типа чрезвычайно полезен в качестве транзисторного переключателя, поскольку в состоянии «ВЫКЛ» (с нулевым смещением затвора) его канал имеет очень высокое сопротивление, блокирующее прохождение тока. Однако относительно небольшое положительное напряжение, превышающее пороговое напряжение V T , на его высокоимпедансном затворе заставляет его начать проводить ток от своего вывода стока к его выводу истока.

    В отличие от биполярного переходного транзистора, для включения которого требуется ток базы, для электронного МОП-транзистора требуется только напряжение на затворе, поскольку из-за его изолированной конструкции затвор нулевой ток течет в затвор.Тогда это делает e-MOSFET, N-канальный или P-канальный, идеальным для непосредственного управления типичными логическими вентилями TTL или CMOS, как показано.

    Цепь релейного переключателя с логическим управлением

    Здесь N-канальный E-MOSFET управляется цифровым логическим вентилем. Выходные контакты большинства логических вентилей могут подавать только ограниченный ток, обычно не более 20 мА. Поскольку электронные МОП-транзисторы являются устройствами, управляемыми напряжением, и не потребляют ток затвора, мы можем использовать схему релейного переключателя МОП-транзисторов для управления мощными нагрузками.

    Цепь переключателя реле микроконтроллера

    Помимо цифровых логических вентилей, мы также можем использовать выходные контакты и каналы микроконтроллеров, PIC и процессоров для управления внешним миром. Схема ниже показывает, как взаимодействовать с реле с помощью переключателя MOSFET.

    Цепь переключателя реле микроконтроллера

    Обзор цепи переключения реле

    В этом руководстве мы увидели, как мы можем использовать оба биполярных переходных транзистора, NPN или PNP, и полевые МОП-транзисторы расширения, N-канальный или P-канальный, в качестве схемы переключения транзисторов.

    Иногда при создании схем электронного или микроконтроллера мы хотим использовать транзисторный переключатель для управления мощным устройством, например двигателями, лампами, нагревательными элементами или цепями переменного тока. Обычно эти устройства требуют больших токов или более высоких напряжений, чем может выдержать один силовой транзистор, тогда мы можем использовать для этого схему переключения реле.

    Биполярные транзисторы (BJT) составляют очень хорошие и дешевые схемы переключения реле, но BJT — это устройства, работающие по току, поскольку они преобразуют небольшой базовый ток в больший ток нагрузки, чтобы запитать катушку реле.

    Однако переключатель MOSFET идеален в качестве электрического переключателя, поскольку для его включения практически не требуется ток затвора, преобразуя напряжение затвора в ток нагрузки. Следовательно, полевой МОП-транзистор может работать как переключатель, управляемый напряжением.

    Во многих приложениях биполярные транзисторы могут быть заменены полевыми МОП-транзисторами улучшенного типа, обеспечивающими более быстрое переключение, гораздо более высокий входной импеданс и, возможно, меньшее рассеивание мощности. Комбинация очень высокого импеданса затвора, очень низкого энергопотребления в выключенном состоянии и очень быстрой коммутации делает полевой МОП-транзистор подходящим для многих приложений цифровой коммутации.Также при нулевом токе затвора его переключающее действие не может перегрузить выходную цепь цифрового затвора или микроконтроллера.

    Однако, поскольку затвор E-MOSFET изолирован от остальной части компонента, он особенно чувствителен к статическому электричеству, которое может разрушить тонкий оксидный слой на затворе. Затем следует проявлять особую осторожность либо при обращении с компонентом, либо во время его использования, и чтобы любая схема, использующая полевые МОП-транзисторы, имела соответствующую защиту от статического электричества и скачков напряжения.

    Также для дополнительной защиты BJT или MOSFET всегда используйте диод маховика поперек и катушку реле, чтобы безопасно рассеивать обратную ЭДС, генерируемую действием переключения транзисторов.

    Двигатели постоянного тока и шаговые двигатели, используемые в качестве приводов

    Электрические двигатели постоянного тока — это исполнительные механизмы непрерывного действия, которые преобразуют электрическую энергию в механическую.Электродвигатель постоянного тока обеспечивает это за счет непрерывного углового вращения, которое можно использовать для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т. Д.

    Наряду с обычными роторными двигателями постоянного тока доступны также линейные двигатели, которые способны производить непрерывное движение гильзы. В основном доступны три типа обычных электродвигателей: двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели.

    Типичный малый двигатель постоянного тока

    Двигатели переменного тока обычно используются в одно- или многофазных промышленных системах большой мощности, где постоянный крутящий момент и скорость требуются для управления большими нагрузками, такими как вентиляторы или насосы.

    В этом руководстве по электродвигателям мы рассмотрим только простые легкие двигатели постоянного тока и шаговые двигатели , которые используются во многих различных типах электронных схем, схем позиционного управления, микропроцессоров, PIC и роботизированных схем.

    Базовый двигатель постоянного тока

    Двигатель постоянного тока или двигатель постоянного тока , чтобы дать ему свое полное название, является наиболее часто используемым приводом для обеспечения непрерывного движения, скорость вращения которого можно легко контролировать, что делает их идеальными для использования в приложениях, где регулирование скорости, сервоуправление и / или позиционирование.Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: статора, который является неподвижной частью, и ротора, который является вращающейся частью. В результате существует три основных типа двигателей постоянного тока.

      Электродвигатель с щеткой
    • — Этот тип электродвигателя создает магнитное поле в намотанном роторе (часть, которая вращается), пропуская электрический ток через коллектор и узел угольной щетки, отсюда и термин «с щеткой». Магнитное поле статора (неподвижной части) создается либо с помощью намотанной обмотки возбуждения статора, либо с помощью постоянных магнитов.Обычно щеточные электродвигатели постоянного тока дешевы, компактны и просты в управлении.
    • Бесщеточный двигатель — Этот тип двигателя создает магнитное поле в роторе с помощью прикрепленных к нему постоянных магнитов, а коммутация осуществляется электронным способом. Как правило, они меньше, но дороже обычных щеточных двигателей постоянного тока, поскольку в статоре используются переключатели с эффектом Холла для обеспечения требуемой последовательности вращения поля статора, но они имеют лучшие характеристики крутящего момента / скорости, более эффективны и имеют более длительный срок службы. чем эквивалентные матовые типы.
    • Серводвигатель
    • — Этот тип двигателя в основном представляет собой щеточный двигатель постоянного тока с некоторой формой позиционного управления с обратной связью, подключенной к валу ротора. Они подключаются и управляются контроллером типа PWM и в основном используются в системах позиционного управления и радиоуправляемых моделях.

    Обычные двигатели постоянного тока имеют почти линейные характеристики: их скорость вращения определяется приложенным напряжением постоянного тока, а их выходной крутящий момент определяется током, протекающим через обмотки двигателя.Скорость вращения любого двигателя постоянного тока может варьироваться от нескольких оборотов в минуту (об / мин) до многих тысяч оборотов в минуту, что делает их пригодными для применения в электронике, автомобилестроении или робототехнике. Соединяя их с коробками передач или зубчатыми передачами, их выходная скорость может быть уменьшена, в то же время увеличивая выходной крутящий момент двигателя на высокой скорости.

    «Матовый» двигатель постоянного тока

    Обычный щеточный двигатель постоянного тока состоит в основном из двух частей: неподвижного корпуса двигателя, называемого статором , и внутренней части, которая вращается, создавая движение, называемое ротором или «якорем» для машин постоянного тока.

    Двигатель с обмоткой статора представляет собой цепь электромагнита, которая состоит из электрических катушек, соединенных вместе в круговой конфигурации для получения необходимого северного полюса, затем южного полюса, затем северного полюса и т. Д., Типа стационарной системы магнитного поля для вращения, в отличие от машин переменного тока поле статора которого постоянно вращается с приложенной частотой. Ток, протекающий в этих катушках возбуждения, известен как ток возбуждения двигателя.

    Эти электромагнитные катушки, образующие поле статора, могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или оба вместе (составные) с якорем двигателя.В двигателе постоянного тока с последовательной обмоткой обмотки возбуждения статора серии соединены с якорем. Аналогичным образом, обмотки возбуждения статора двигателя постоянного тока с шунтовой обмоткой соединены параллельно с якорем, как показано.

    Двигатель постоянного тока серии

    и шунтирующий двигатель

    Ротор или якорь машины постоянного тока состоит из токоведущих проводов, соединенных вместе на одном конце с электрически изолированными медными сегментами, называемыми коммутатором .Коммутатор позволяет выполнять электрическое соединение через угольные щетки (отсюда и название «щеточный двигатель») к внешнему источнику питания во время вращения якоря.

    Магнитное поле, устанавливаемое ротором, пытается выровняться со стационарным полем статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси, но не может выровняться из-за задержек коммутации. Скорость вращения двигателя зависит от силы магнитного поля ротора, и чем больше напряжения приложено к двигателю, тем быстрее будет вращаться ротор.Изменяя это приложенное напряжение постоянного тока, можно также изменять скорость вращения двигателя.

    Обычный (щеточный) двигатель постоянного тока

    Щеточный электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитом (PMDC), как правило, намного меньше и дешевле, чем аналогичные ему аналоги электродвигателей постоянного тока с обмоткой статора, поскольку они не имеют обмотки возбуждения. В двигателях постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) эти катушки возбуждения заменены сильными редкоземельными магнитами (например, самарий-коболт или неодим-железо-бор), которые имеют очень сильные магнитные поля.

    Использование постоянных магнитов дает двигателю постоянного тока гораздо лучшую линейную характеристику скорости / крутящего момента по сравнению с эквивалентными двигателями с обмоткой из-за постоянного, а иногда и очень сильного магнитного поля, что делает их более подходящими для использования в моделях, робототехнике и сервоприводах.

    Хотя щеточные двигатели постоянного тока очень эффективны и дешевы, проблемы, связанные с щеточными двигателями постоянного тока, заключаются в том, что в условиях большой нагрузки между двумя поверхностями коллектора и угольных щеток возникает искрение, что приводит к самогенерированию тепла, короткому сроку службы и электрическому шуму из-за искрение, которое может повредить любое полупроводниковое переключающее устройство, такое как полевой МОП-транзистор или транзистор.Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны бесщеточные двигатели постоянного тока .

    Бесщеточный двигатель постоянного тока

    Бесщеточный двигатель постоянного тока (BDCM) очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток, которые необходимо заменить или изнашивать из-за искрения коллектора. Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей. Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках за счет использования более сложной схемы привода, в которой магнитное поле ротора представляет собой постоянный магнит, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

    Тогда конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока очень похожа на двигатель переменного тока, что делает его истинным синхронным двигателем, но одним недостатком является то, что он более дорогой, чем конструкция эквивалентного «щеточного» двигателя.

    Управление бесщеточными двигателями постоянного тока сильно отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока, поскольку этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимых для создания сигналов обратной связи, необходимых для управления полупроводником. коммутационные устройства.Наиболее распространенным датчиком положения / полюса является «датчик эффекта Холла», но в некоторых двигателях также используются оптические датчики.

    Используя датчики на эффекте Холла, полярность электромагнитов переключается схемой управления двигателем. Затем двигатель можно легко синхронизировать с цифровым тактовым сигналом, обеспечивая точное управление скоростью. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут иметь внешний ротор с постоянными магнитами и статор внутреннего электромагнита или внутренний ротор с постоянными магнитами и статор внешнего электромагнита.

    Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока по сравнению с его «щеточным» собратом — это более высокий КПД, высокая надежность, низкий электрический шум, хорошее управление скоростью и, что более важно, отсутствие щеток или коммутатора, которые изнашиваются, обеспечивая гораздо более высокую скорость. Однако их недостаток в том, что они более дорогие и их сложнее контролировать.

    Серводвигатель постоянного тока

    Серводвигатели постоянного тока используются в приложениях с замкнутым контуром, где положение выходного вала двигателя передается обратно в схему управления двигателем.Типичные устройства позиционной «обратной связи» включают резольверы, энкодеры и потенциометры, которые используются в моделях радиоуправления, таких как самолеты, лодки и т. Д.

    Серводвигатель обычно включает в себя встроенный редуктор для снижения скорости и способен напрямую передавать высокие крутящие моменты. Выходной вал серводвигателя не вращается свободно, как валы двигателей постоянного тока, из-за присоединенной коробки передач и устройств обратной связи.

    Блок-схема серводвигателя постоянного тока

    Серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, редуктора, устройства обратной связи по положению и некоторой формы коррекции ошибок.Скорость или положение регулируются в зависимости от входного сигнала положения или опорного сигнала, подаваемого на устройство.

    Серводвигатель с дистанционным управлением

    Усилитель обнаружения ошибок смотрит на этот входной сигнал и сравнивает его с сигналом обратной связи от выходного вала двигателя и определяет, находится ли выходной вал двигателя в состоянии ошибки, и, если да, контроллер вносит соответствующие корректировки, либо ускоряя двигатель, либо замедляя его. Этот отклик на устройство обратной связи по положению означает, что серводвигатель работает в «замкнутой системе».

    Помимо крупных промышленных приложений, серводвигатели также используются в небольших моделях дистанционного управления и робототехнике, при этом большинство серводвигателей могут вращаться примерно на 180 градусов в обоих направлениях, что делает их идеальными для точного углового позиционирования. Однако эти сервоприводы RC-типа не могут постоянно вращаться с высокой скоростью, как обычные двигатели постоянного тока, если не были внесены специальные изменения.

    Серводвигатель состоит из нескольких устройств в одном корпусе, двигателя, коробки передач, устройства обратной связи и коррекции ошибок для управления положением, направлением или скоростью.Они широко используются в робототехнике и небольших моделях, поскольку ими легко управлять с помощью всего трех проводов: Power , Ground и Signal Control .

    Коммутация и управление двигателями постоянного тока

    Малые двигатели постоянного тока могут быть включены или выключены с помощью переключателей, реле, транзисторов или цепей MOSFET, причем простейшей формой управления двигателем является «линейное» управление. Этот тип схемы использует биполярный транзистор в качестве переключателя (транзистор Дарлингтона также может использоваться, если требуется более высокий номинальный ток) для управления двигателем от одного источника питания.

    Изменяя величину базового тока, протекающего в транзистор, можно управлять скоростью двигателя, например, если транзистор включен «наполовину», то только половина напряжения питания поступает на двигатель. Если транзистор включен «полностью» (насыщен), то все напряжение питания поступает на двигатель, и он вращается быстрее. Затем для этого линейного типа управления мощность постоянно подается на двигатель, как показано ниже.

    Контроль скорости двигателя

    Простая схема переключения выше показывает схему для однонаправленной цепи управления скоростью двигателя (только в одном направлении).Поскольку скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению на его выводах, мы можем регулировать это напряжение на выводах с помощью транзистора.

    Два транзистора соединены как пара Дарлингтона для управления основным током якоря двигателя. Потенциометр 5 кОм используется для управления величиной базового возбуждения первого контрольного транзистора TR 1 , который, в свою очередь, управляет главным переключающим транзистором TR 2 , позволяя при этом изменять постоянное напряжение двигателя от нуля до Vcc. например от 9 до 12 вольт.

    Дополнительные диоды маховика подключаются к переключающему транзистору TR 2 и клеммам двигателя для защиты от любой обратной ЭДС, генерируемой двигателем при его вращении. Регулируемый потенциометр может быть заменен сигналом непрерывной логической «1» или логического «0», подаваемым непосредственно на вход схемы для включения двигателя «полностью» (насыщение) или «полностью выключено» (отключение) соответственно. от порта микроконтроллера или ПОС.

    Помимо этого базового управления скоростью, та же схема может также использоваться для управления скоростью вращения двигателей.Путем многократного переключения тока двигателя в положение «ВКЛ» и «ВЫКЛ» с достаточно высокой частотой, скорость двигателя может быть изменена между остановкой (0 об / мин) и полной скоростью (100%) путем изменения соотношения между метками и промежутками. поставка. Это достигается изменением пропорции времени «ВКЛ» (t , ВКЛ. ) и времени «ВЫКЛ» (t , ВЫКЛ. ), и это может быть достигнуто с использованием процесса, известного как широтно-импульсная модуляция.

    Регулировка скорости по ширине импульса

    Ранее мы говорили, что скорость вращения двигателя постоянного тока прямо пропорциональна среднему (среднему) значению напряжения на его выводах, и чем выше это значение, вплоть до максимально допустимого напряжения двигателя, тем быстрее будет вращаться двигатель.Другими словами, больше напряжения — больше скорость. Путем изменения соотношения между продолжительностью времени «ВКЛ» (t ВКЛ ) и длительностью «ВЫКЛ» (t ВЫКЛ ), называемой «Коэффициент заполнения», «Соотношение метки / пространства» или «Рабочий цикл», среднее значение напряжения двигателя и, следовательно, его скорость вращения можно изменять. Для простых униполярных приводов коэффициент заполнения β имеет следующий вид:

    .

    , а среднее выходное напряжение постоянного тока, подаваемое на двигатель, определяется как: Vmean = β x Vsupply. Затем, изменяя ширину импульса a, можно управлять напряжением двигателя и, следовательно, мощностью, подаваемой на двигатель, и этот тип управления называется широтно-импульсной модуляцией или PWM .

    Другим способом управления скоростью вращения двигателя является изменение частоты (и, следовательно, периода времени управляющего напряжения), при этом продолжительности включения и выключения остаются постоянными. Этот тип управления называется частотно-импульсной модуляцией или PFM .

    При частотно-импульсной модуляции напряжение двигателя регулируется путем подачи импульсов переменной частоты, например, с низкой частотой или с очень небольшим количеством импульсов, среднее напряжение, подаваемое на двигатель, низкое, и поэтому скорость двигателя низкая.При более высокой частоте или при большом количестве импульсов среднее напряжение на клеммах двигателя увеличивается, а также увеличивается скорость двигателя.

    Затем транзисторы могут использоваться для управления мощностью, подаваемой на двигатель постоянного тока, с режимом работы либо «Линейный» (изменение напряжения двигателя), «Широтно-импульсная модуляция» (изменение ширины импульса), либо «Импульсный». Частотная модуляция »(изменение частоты импульса).

    Изменение направления двигателя постоянного тока

    Хотя управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью одного транзистора имеет много преимуществ, оно также имеет один главный недостаток: направление вращения всегда одно и то же, это «однонаправленная» схема.Во многих случаях нам необходимо управлять двигателем в обоих направлениях — вперед и назад.

    Чтобы управлять направлением двигателя постоянного тока, полярность мощности постоянного тока, подаваемой на соединения двигателя, должна быть изменена на обратную, позволяя его валу вращаться в противоположном направлении. Один очень простой и дешевый способ управлять направлением вращения двигателя постоянного тока — использовать различные переключатели, расположенные следующим образом:

    Управление направлением двигателя постоянного тока

    В первой цепи используется одинарный двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT) для управления полярностью соединений двигателей.При переключении контактов питание на клеммы двигателя меняется на обратное, и двигатель меняет направление. Вторая схема немного сложнее и использует четыре однополюсных однонаправленных переключателя (SPST), расположенных по схеме «H».

    Механические переключатели расположены в парах переключения и должны работать в определенной комбинации, чтобы приводить в действие или останавливать двигатель постоянного тока. Например, комбинация переключателей A + D управляет прямым вращением, а переключатели B + C управляют обратным вращением, как показано.Комбинации переключателей A + B или C + D закорачивают клеммы двигателя, вызывая его быстрое торможение. Однако использование переключателей таким образом сопряжено с опасностями, поскольку рабочие переключатели A + C или B + D вместе вызвали бы короткое замыкание источника питания.

    Хотя две приведенные выше схемы будут очень хорошо работать для большинства небольших двигателей постоянного тока, действительно ли мы хотим использовать различные комбинации механических переключателей только для изменения направления двигателя, НЕТ !. Мы могли бы изменить ручные переключатели для набора электромеханических реле и иметь одну кнопку или переключатель прямого / обратного хода или даже использовать четырехконтактный твердотельный двусторонний переключатель CMOS 4066B.

    Но еще один очень хороший способ достижения двунаправленного управления двигателем (а также его скоростью) — это подключить двигатель к схеме типа Н-моста на транзисторе , как показано ниже.

    Базовая двунаправленная H-мостовая схема

    Н-мостовая схема , приведенная выше, названа так потому, что базовая конфигурация четырех переключателей, либо электромеханических реле, либо транзисторов, напоминает конфигурацию буквы «H» с двигателем, расположенным на центральной планке.H-мост на транзисторах или полевых МОП-транзисторах, вероятно, является одним из наиболее часто используемых типов двунаправленных схем управления двигателем постоянного тока. Он использует «комплементарные пары транзисторов» как NPN, так и PNP в каждой ветви, при этом транзисторы переключаются попарно для управления двигателем.

    Управляющий вход A управляет двигателем в одном направлении, т. Е. Вращением вперед, в то время как вход B управляет двигателем в другом направлении, т. Е. Вращением в обратном направлении. Затем переключение транзисторов в положение «ВКЛ» или «ВЫКЛ» в их «диагональных парах» приводит к направленному управлению двигателем.

    Например, когда транзистор TR1 находится в состоянии «ВКЛ», а транзистор TR2 в положении «ВЫКЛ», точка A подключена к напряжению питания (+ Vcc), и если транзистор TR3 находится в состоянии «ВЫКЛ», а транзистор TR4 «ВКЛ», точка B. до 0 вольт (GND). Затем двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положительной клемме A двигателя и отрицательной клемме B двигателя.

    Если состояния переключения меняются местами, так что TR1 находится в положении «ВЫКЛ», TR2 в положении «ВКЛ», TR3 в положении «ВКЛ», а TR4 в положении «ВЫКЛ», ток двигателя теперь будет течь в противоположном направлении, заставляя двигатель вращаться в противоположное направление.

    Затем, применяя противоположные логические уровни «1» или «0» ко входам A и B, можно управлять направлением вращения двигателей следующим образом.

    Таблица истинности H-моста

    Вход A Вход B Функция двигателя
    TR1 и TR4 TR2 и TR3
    0 0 Двигатель остановлен (ВЫКЛ)
    1 0 Мотор вращается вперед
    0 1 Мотор вращается в обратном направлении
    1 1 НЕ РАЗРЕШЕНО

    Важно, чтобы никакая другая комбинация входов не была разрешена, так как это может вызвать короткое замыкание источника питания, т.е. оба транзистора, TR1 и TR2, будут включены одновременно (предохранитель = взрыв!).

    Как и в случае однонаправленного управления двигателем постоянного тока, как показано выше, скорость вращения двигателя также можно контролировать с помощью широтно-импульсной модуляции или ШИМ. Затем, комбинируя переключение H-моста с ШИМ-управлением, можно точно контролировать как направление, так и скорость двигателя.

    Коммерческие готовые микросхемы декодеров, такие как микросхема с четырьмя полумостами SN754410 или L298N, имеющая 2 Н-моста, доступны со всеми необходимыми встроенными логическими схемами управления и безопасности и специально разработаны для управления двигателем в двух направлениях. схемы.

    Шаговый двигатель постоянного тока

    Как и двигатель постоянного тока, описанный выше, шаговые двигатели также являются электромеханическими приводами, которые преобразуют импульсный цифровой входной сигнал в дискретное (инкрементное) механическое движение, широко используются в промышленных системах управления. Шаговый двигатель — это тип синхронного бесщеточного двигателя, в котором он не имеет якоря с коммутатором и угольными щетками, но имеет ротор, состоящий из многих, некоторые типы имеют сотни постоянных магнитных зубцов и статор с отдельными обмотками.

    Шаговый двигатель

    Как следует из названия, шаговый двигатель не вращается непрерывно, как обычный двигатель постоянного тока, а движется дискретными «шагами» или «приращениями», причем угол каждого вращательного движения или шага зависит от количества полюсов статора и зубья ротора шагового двигателя.

    Поскольку шаговые двигатели работают с дискретным шагом, их можно легко повернуть на конечную долю оборота за один раз, например, 1,8, 3,6, 7,5 градусов и т. Д.Так, например, предположим, что шаговый двигатель совершает один полный оборот (360 o ровно за 100 шагов.

    Тогда угол шага двигателя определяется как 360 градусов / 100 шагов = 3,6 градуса на шаг. Это значение обычно известно как шаговые двигатели , угол шага .

    Существует три основных типа шаговых двигателей: с переменным сопротивлением , с постоянным магнитом и гибридный (своего рода комбинация обоих). Шаговый двигатель особенно хорошо подходит для приложений, требующих точного позиционирования и повторяемости с быстрой реакцией на запуск, остановку, реверсирование и управление скоростью, а еще одной ключевой особенностью шагового двигателя является его способность удерживать нагрузку стабильно, когда это необходимо. позиция достигнута.

    Обычно шаговые двигатели имеют внутренний ротор с большим количеством «зубцов» постоянного магнита с рядом «зубцов» электромагнита, установленных на статоре. Электромагниты статоров поляризованы и деполяризованы последовательно, заставляя ротор вращаться на один «шаг» за раз.

    Современные многополюсные шаговые двигатели с несколькими зубьями обладают точностью менее 0,9 градуса на шаг (400 импульсов на оборот) и в основном используются для высокоточных систем позиционирования, подобных тем, которые используются для магнитных головок в дисководах гибких / жестких дисков. , принтеры / плоттеры или роботизированные приложения.Наиболее часто используемый шаговый двигатель — это шаговый двигатель с 200 шагами на оборот. Он имеет ротор с 50 зубьями, 4-фазный статор и угол шага 1,8 градуса (360 градусов / (50 × 4)).

    Конструкция и управление шаговым двигателем

    В нашем простом примере шагового двигателя с переменным сопротивлением, приведенном выше, двигатель состоит из центрального ротора, окруженного четырьмя катушками электромагнитного поля, обозначенными A, B, C и D. Все катушки с одинаковой буквой соединены вместе, так что подача энергии, скажем, катушки, помеченные буквой A, заставят магнитный ротор выровняться с этим набором катушек.

    Подавая мощность на каждый набор катушек по очереди, ротор можно заставить вращаться или «шагать» из одного положения в другое на угол, определяемый его конструкцией угла шага, а при последовательном включении катушек ротор будет производить вращательное движение.

    Драйвер шагового двигателя управляет как углом шага, так и скоростью двигателя, запитывая катушки возбуждения в заданной последовательности, например, «ADCB, ADCB, ADCB, A…» и т. Д., Ротор будет вращаться в одном направлении (вперед) и при изменении последовательности импульсов на «ABCD, ABCD, ABCD, A…» и т. д. ротор будет вращаться в противоположном направлении (обратном).

    Итак, в нашем простом примере, приведенном выше, шаговый двигатель имеет четыре катушки, что делает его четырехфазным двигателем с числом полюсов на статоре, равным восьми (2 x 4), которые разнесены с интервалом в 45 градусов. На роторе шесть зубцов, разнесенных на 60 градусов.

    Тогда есть 24 возможных положения или «ступеней» (6 зубцов x 4 витка) для ротора, чтобы он совершил один полный оборот. Следовательно, указанный выше угол ступени задается как: 360 o /24 = 15 o .

    Очевидно, что чем больше зубцов ротора и / или обмоток статора, тем лучше управляемость и уменьшится угол шага. Также при соединении электрических катушек двигателя в различных конфигурациях возможны углы полного, половинного и микрошага. Однако для достижения микрошагового режима шаговый двигатель должен приводиться в действие (квази) синусоидальным током, реализация которого требует больших затрат.

    Также можно управлять скоростью вращения шагового двигателя, изменяя временную задержку между цифровыми импульсами, подаваемыми на катушки (частоту), чем больше задержка, тем меньше скорость на один полный оборот.Подавая на двигатель фиксированное количество импульсов, вал двигателя будет вращаться на заданный угол.

    Преимущество использования импульсов с задержкой по времени состоит в том, что не потребуется никакой дополнительной обратной связи, поскольку при подсчете количества импульсов, подаваемых на двигатель, будет точно известно конечное положение ротора. Эта реакция на заданное количество импульсов цифрового входа позволяет шаговому двигателю работать в «системе разомкнутого контура», что упрощает и удешевляет управление.

    Например, предположим, что наш шаговый двигатель выше имеет угол шага 3,6 градуса на шаг. Чтобы повернуть двигатель на угол, скажем, 216 градусов, а затем снова остановиться в требуемом положении, потребуется всего: 216 градусов / (3,6 градуса / шаг) = 80 импульсов, приложенных к катушкам статора.

    Существует множество ИС контроллеров шаговых двигателей, которые могут управлять скоростью шага, скоростью вращения и направлением двигателей. Одной из таких микросхем контроллера является SAA1027, которая имеет все необходимые встроенные счетчики и преобразователи кода и может автоматически управлять 4 полностью управляемыми мостовыми выходами на двигатель в правильной последовательности.

    Направление вращения также можно выбрать вместе с пошаговым режимом или непрерывным (бесступенчатым) вращением в выбранном направлении, но это накладывает некоторую нагрузку на контроллер. При использовании 8-битного цифрового контроллера также возможно 256 микрошагов на шаг

    SAA1027 Микросхема управления шаговым двигателем

    В этом руководстве о поворотных приводах мы рассмотрели щеточный и бесщеточный электродвигатель постоянного тока , серводвигатель постоянного тока и шаговый двигатель в качестве электромеханического привода, который может использоваться в качестве выходного устройства для позиционного управления или регулирования скорости. .

    В следующем руководстве по устройствам ввода / вывода мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами , и, в частности, устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в звуковые волны с помощью электромагнетизма. Тип устройства вывода, который мы рассмотрим в следующем уроке, — это громкоговоритель.

    Поиск и устранение неисправностей силовых цепей электродвигателя

    Силовая цепь двигателя — это часть цепи электрического двигателя, которая подает высокое напряжение или ток на электродвигатель.Цепь питания двигателя включает в себя выключатель, управляющий трансформатор, защитные устройства (предохранители или автоматические выключатели), пускатель двигателя и двигатель (см. , рис. 1, ).

    Рисунок 1. Цепь питания двигателя включает в себя размыкающий выключатель, управляющий трансформатор, устройства защиты от перегрузки, пускатель двигателя и двигатель.

    Электродвигатель может быть постоянного, однофазного или трехфазного переменного тока. Входящие линии электропередачи должны иметь механизм отключения, блокировки и отключения питания схемы.Они также должны включать предохранители или автоматические выключатели, рассчитанные на защиту системы. Двигатель может управляться магнитным пускателем двигателя или моторным приводом.

    Пускатель двигателя включает устройства, которые используются в цепи питания двигателя, такие как нормально разомкнутые (NO) силовые контакты и контроль тока перегрузки двигателя. Пускатель двигателя также включает в себя устройства, которые используются в цепи управления двигателем, такие как вспомогательные контакты NO или нормально замкнутые (NC), катушка или цепь стартера и контакты перегрузки NC.Магнитный пускатель двигателя — это контактор, который включает в себя секцию защиты от перегрузки. Контакторы могут использоваться для управления однофазными двигателями, имеющими встроенную защиту от перегрузки. Силовые цепи двигателя разделены на разные разделы с целью поиска и устранения неисправностей.

    Выключатели-разъединители

    Выключатель-разъединитель, также известный как выключатель, представляет собой выключатель, отключающий подачу электроэнергии от устройств с электрическим приводом, таких как двигатели и машины. Разъединители используются для ручного отключения питания от цепи или подачи питания на нее.Выключатель подключает нагрузку к системе распределения электроэнергии в здании (см. , рис. 2 ).

    Рисунок 2. Выключатель-разъединитель подключает нагрузку к системе распределения электроэнергии в здании. Изображение предоставлено Industrial Electronics

    Выключатели-разъединители

    включают в себя защиту от перегрузки по току для защиты нагрузки и системы от коротких замыканий, неисправных заземляющих соединений и чрезмерных уровней тока. Устройство защиты от перегрузки по току (OCPD) — это плавкий предохранитель или автоматический выключатель, который блокирует прохождение тока, когда величина тока превышает расчетную нагрузку.Выключатель может использоваться для выключения, блокировки и маркировки нагрузки или оборудования, находящегося под напряжением, во время технического обслуживания системы. Корпус выключателя-разъединителя обычно является отправной точкой для поиска неисправностей нагрузки или оборудования, находящегося под напряжением, поскольку он содержит предохранители и автоматические выключатели.

    Обозначение клемм силовой цепи

    В силовой цепи двигателя клеммы и проводники могут иметь различную маркировку в зависимости от производителя оборудования и установщика оборудования.Например, трехфазные силовые линии могут быть обозначены как L1, L2 и L3 или R, S и T. Клеммы трехфазного двигателя могут быть обозначены как T1, T2 и T3 или U, V и W. фазные линии питания могут иметь маркировку L1 и N для цепей на 120 В переменного тока или L1 и L2 для цепей на 240 В переменного тока. Клеммы однофазного двигателя могут иметь маркировку T1 и T2 или конкретные номера производителя, такие как 1 и 2. Клеммы однофазного двигателя также могут быть помечены разными цветами, например синим или черным для T1 и белым для T2.

    Линии питания постоянного тока обычно имеют маркировку DC + и DC–.Обмотки якоря двигателя постоянного тока обычно имеют маркировку A1 + и A2–. Обмотки серийных двигателей постоянного тока обычно имеют маркировку S1 и S2. Шунтирующие обмотки электродвигателя постоянного тока обычно имеют маркировку F1 и F2. Составные двигатели постоянного тока имеют якорь, последовательное поле и шунтирующее поле (см. , рис. 3 ).

    Рисунок 3. В силовой цепи двигателя клеммы и проводники могут иметь различную маркировку в зависимости от производителя оборудования и установщика оборудования.

    Поиск и устранение неисправностей в цепях питания двигателя

    Устранение неисправностей — это систематическое устранение различных частей системы для поиска неисправного элемента. При выполнении задач по поиску и устранению неисправностей различные части цепи в электрической системе делятся на разделы, чтобы помочь определить, с чего начать процесс поиска и устранения неисправностей. Например, система HVAC может быть разделена на силовую цепь, схему управления и интерфейс, соединяющий силовую цепь со схемой управления.(См. , рисунок 4 ).

    Рис. 4. Чтобы помочь в решении задач поиска и устранения неисправностей, различные части цепи в электрической системе разделены на разделы, такие как силовая цепь, цепь управления и интерфейс, соединяющий силовую цепь со схемой управления.

    Силовая цепь — это высоковольтная часть цепи, которая включает в себя входящий источник питания, предохранители или автоматические выключатели, контакты пускателя двигателя и двигатель.В цепи HVAC производитель оригинального оборудования (OEM) может предоставить цепь запуска через линию. Поперечная пусковая схема используется, когда начальный пусковой ток двигателя компрессора не вызывает проблемы, например, падение напряжения в сети более чем на 5% при пуске.

    Цепь управления управляет катушками пускателя двигателя в силовой цепи. Схема управления обычно работает при более низком напряжении, чем цепь питания. Понижающий трансформатор — это интерфейс, используемый для понижения напряжения от силовой цепи к цепи управления.

    При поиске неисправностей в силовой цепи электрические измерения выполняются с помощью соответствующих измерительных приборов, таких как цифровой мультиметр. Измерения напряжения — это первые измерения, позволяющие определить наличие питания. Также необходимо провести измерения тока и сравнить их с номинальными данными, указанными на паспортной табличке, для определения нагрузки двигателя.

    Первое измеренное напряжение — это напряжение силовой цепи на предохранителях или автоматических выключателях. Перед выполнением каких-либо измерений необходимо убедиться, что используются соответствующие средства индивидуальной защиты, соблюдаются заводские процедуры и процедуры безопасности, а также проверяется надлежащее рабочее состояние цифрового мультиметра до и после измерений напряжения.

    При поиске и устранении неисправностей электрическая распечатка используется в качестве справочного материала, помогающего идентифицировать компоненты и устройства, используемые в цепи, и способы их подключения к другим компонентам и устройствам. Однако электрический отпечаток не определяет фактическое расположение компонентов и устройств в проводной панели. Компоновка компонентов печати может отличаться от фактической компоновки компонентов.

    Поиск и устранение неисправностей в силовой цепи начинается с измерения уровня входящего напряжения, чтобы убедиться, что напряжение находится в пределах от + 5% до –10% от номинального напряжения оборудования.Предохранители и автоматические выключатели также проверяются на правильность работы путем измерения напряжения на каждом предохранителе или автоматическом выключателе и на выходе из них. Правильно работающий предохранитель или автоматический выключатель должны иметь такое же выходное напряжение, что и входящее. Также необходимо проверить напряжение на входе и выходе управляющего трансформатора.

    При работающем двигателе следует измерять как напряжение, так и ток. Напряжение должно находиться в диапазоне от + 5% до –10%, а ток не должен превышать максимально допустимый ток двигателя, указанный на паспортной табличке двигателя.

    Как приводить в действие бесщеточные двигатели постоянного тока и управлять ими

    Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) становится все более популярным благодаря использованию электронной коммутации. Это заменяет обычную механику, состоящую из щеток, трущихся о коммутатор для подачи питания на обмотки якоря двигателя постоянного тока.

    Электронная коммутация обеспечивает больший КПД по сравнению с обычными двигателями постоянного тока с улучшением на 20–30% для двигателей, работающих с той же скоростью и нагрузкой. Поскольку Международное энергетическое агентство сообщает, что 40% всей электроэнергии в мире используется для питания электродвигателей, такое повышение эффективности становится очевидным.

    Кроме того, двигатель BLDC более долговечен. Он сохраняет свою высокую производительность, в то время как эффективность и мощность эквивалентного обычного двигателя снижаются из-за износа, вызывая плохой контакт щеток, искрение между щетками и коммутатором, рассеивающее энергию, и грязь, снижающую электрическую проводимость.

    Повышенный КПД позволяет делать двигатели BLDC меньше, легче и тише при заданной выходной мощности, что еще больше увеличивает их популярность в таких секторах, как автомобилестроение; бытовая техника; и отопление, вентиляция и кондиционирование (HVAC).Другие преимущества двигателей BLDC включают превосходные характеристики скорости по сравнению с крутящим моментом (за исключением крутящего момента при запуске), более динамичный отклик, бесшумную работу и более высокие диапазоны скоростей.

    Обратной стороной двигателей BLDC является их сложность и связанное с этим увеличение стоимости. Электронная коммутация требует контрольных схем для обеспечения точного времени включения катушки для точного управления скоростью и крутящим моментом, а также для обеспечения работы двигателя с максимальной эффективностью.

    К счастью, этот сектор быстро развивается, и поставщики микросхем теперь предлагают широкий спектр высокоинтегрированных микросхем BLDC для двигателей MOSFET с внешними или встроенными микроконтроллерами, чтобы упростить процесс проектирования, а также снизить стоимость компонентов.В этой статье объясняется, как разработчик может воспользоваться преимуществами этих новейших микросхем, чтобы упростить процесс проектирования

    .

    Основы двигателя BLDC

    Все электродвигатели с механической или электронной коммутацией используют один и тот же основной метод преобразования электрической энергии в механическую. Ток через обмотку создает магнитное поле, которое в присутствии второго магнитного поля (обычно создаваемого постоянными магнитами) создает силу в этой обмотке, которая достигает максимума, когда ее проводники находятся под углом 90 ° ко второму полю.Увеличение количества катушек увеличивает мощность двигателя и сглаживает подачу мощности. (Компания Monolithic Power Systems (MPS) выпустила заметку по применению (см. Ссылку 1), в которой хорошо резюмируются основные концепции двигателя.)

    Двигатель BLDC преодолевает потребность в механическом коммутаторе, изменяя настройку двигателя в обратном направлении; обмотки становятся статором, а постоянные магниты — частью ротора. Статор обычно состоит из стальных пластин с прорезями в осевом направлении для размещения четного числа обмоток по его внутренней периферии.Ротор состоит из вала и ступицы с постоянными магнитами, образующими от двух до восьми пар полюсов, чередующихся между «N» и «S». На рис. 1 показан один пример обычного магнитного устройства, в данном случае две пары магнитов, прикрепленных непосредственно к ступице ротора.

    Рисунок 1: В двигателе BLDC постоянные магниты прикреплены к ротору. Типичные конфигурации включают от двух до восьми пар, чередующихся между «N» и «S» полюсами. (предоставлено MPS)

    Поскольку обмотки неподвижны, для их подачи можно установить постоянные соединения.Чтобы неподвижные обмотки перемещали постоянный магнит, обмотки должны быть запитаны (или коммутированы) в управляемой последовательности для создания вращающегося магнитного поля.

    Поскольку вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, заставляет ротор вращаться с той же частотой, двигатель BLDC известен как «синхронный» тип. Двигатели BLDC могут быть одно-, двух- или трехфазными. Трехфазные двигатели BLDC являются наиболее распространенными и будут предметом остальной части этой статьи.

    Блок управления двигателем BLDC

    На сегодняшний день наиболее распространенной конфигурацией для последовательного приложения тока к трехфазному двигателю BLDC является использование трех пар силовых полевых МОП-транзисторов, расположенных в виде моста, как показано на рисунке 2. Каждая пара управляет переключением одной фазы двигателя. В типичной конфигурации полевые МОП-транзисторы верхнего плеча управляются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая преобразует входное напряжение постоянного тока в модулированное напряжение возбуждения. Использование ШИМ позволяет ограничить пусковой ток и обеспечивает точное управление скоростью и крутящим моментом.Частота ШИМ — это компромисс между коммутационными потерями, возникающими на высоких частотах, и токами пульсаций, которые возникают на низких частотах и ​​которые в крайних случаях могут повредить двигатель. Обычно конструкторы используют частоту ШИМ как минимум на порядок выше максимальной скорости вращения двигателя.

    Рисунок 2: Трехфазный двигатель BLDC обычно питается от трех пар полевых МОП-транзисторов, расположенных в виде моста и управляемых ШИМ. ШИМ обеспечивает точное управление скоростью и крутящим моментом двигателя.(Схема нарисована с использованием Digi-Key Scheme-it®)

    Существует три схемы управления электронной коммутацией: трапецеидальная, синусоидальная и управление по полю. Техника трапеции (описанная в примере ниже) — самая простая. На каждом этапе две обмотки находятся под напряжением (одна «высокая» и одна «низкая»), в то время как другая обмотка плавает. Обратной стороной трапецеидального метода является то, что эта «ступенчатая» коммутация вызывает «колебания» крутящего момента, особенно на низких скоростях.

    Синусоидальное управление более сложное, но оно снижает пульсации крутящего момента.Во время этого режима управления все три катушки остаются под напряжением, при этом ток возбуждения в каждой из них изменяется синусоидально под углом 120 ° друг от друга. Результат — более плавная подача мощности по сравнению с трапециевидной техникой.

    Управление, ориентированное на поле, основано на измерении и регулировке токов статора таким образом, чтобы угол между магнитным потоком ротора и статора всегда составлял 90 °. Этот метод более эффективен на высоких скоростях, чем синусоидальный метод, и дает лучшие характеристики при динамических изменениях нагрузки по сравнению со всеми другими методами.Практически отсутствует пульсация крутящего момента, а более плавное и точное управление двигателем может быть достигнуто как на низких, так и на высоких скоростях.

    В этой статье мы ограничим остальную часть технического обсуждения трапециевидной техникой.

    В двигателе, использующем трапециевидную схему управления, переключение моста MOSFET должно происходить в точно определенной последовательности, чтобы двигатель BLDC работал эффективно. Последовательность переключения определяется взаимным расположением пар магнитов ротора и обмоток статора.Трехфазный двигатель BLDC требует шестиэтапной последовательности коммутации для завершения одного электрического цикла. Количество механических оборотов за электрический цикл определяется количеством пар магнитов на роторе. Например, два электрических цикла потребуются для механического вращения ротора, состоящего из двух пар магнитов, за один оборот.

    Сенсорное против бессенсорного

    Две технологии предлагают решение для позиционной обратной связи. В первом и наиболее распространенном варианте используются три датчика Холла, встроенные в статор и расположенные с равными интервалами, обычно 60 ° или 120 °.Вторая, «бессенсорная» технология управления находит свое применение для двигателей с BLDC, которые требуют минимальных электрических подключений.

    В двигателе BLDC, оборудованном датчиками, каждый датчик на эффекте Холла объединен с переключателем, который генерирует логический «высокий» (для одного магнитного полюса) или «низкий» (для противоположного полюса) сигнал. Последовательность коммутации определяется путем объединения логических сигналов от датчиков Холла и соответствующих переключателей. В любой момент по крайней мере один из датчиков срабатывает одним из магнитных полюсов ротора и генерирует импульс напряжения.

    На рисунке 3 показана последовательность коммутации трехфазного двигателя BLDC, вращаемого против часовой стрелки. Датчики на эффекте Холла устанавливаются в положениях «a», «b» и «c». Для каждого шага в последовательности коммутации одна обмотка («U», «V» или «W») приводится в высокое состояние мостом MOSFET, в то время как одна переводится в низкий уровень, а третья остается плавающей. Например, в верхнем левом углу рисунка U высокий (образуя полюс N), V низкий (S) и W плавающий. Возникающее магнитное поле перемещает ротор против часовой стрелки, поскольку его постоянные магниты отталкиваются одной обмоткой и притягиваются другой.Вторая ступень (ниже) показывает, что обмотка U остается на высоком уровне, в то время как V переключается на плавающий, а W переключается на низкий уровень, таким образом поддерживая «вращение» магнитного поля и перемещая ротор вместе с ним. Остальные этапы коммутации, один электрический цикл, составляют половину механического оборота ротора.

    Рисунок 3: Электронная последовательность коммутации для трехфазного двигателя BLDC с использованием моста MOSFET и датчиков Холла. В этом случае ротор вращается против часовой стрелки, а датчики Холла («a», «b» и «c») устанавливаются с интервалами 60 °.(Предоставлено: MPS)

    На рис. 4 показано состояние фазных обмоток по отношению к сигналам датчика Холла для двигателя, вращающегося против часовой стрелки, показанного на рис. 3 выше.

    Рис. 4. Временная диаграмма выхода логического переключателя датчика Холла и состояния обмотки для трехфазного двигателя BLDC, управляемого против часовой стрелки. Обратите внимание, как минимум один логический переключатель и обмотка меняют состояние каждые 60 °. (Предоставлено: MPS)

    Бессенсорный двигатель BLDC использует электродвижущую силу (ЭДС), которая вызывает ток в обмотках любого двигателя постоянного тока с магнитным полем, которое противодействует первоначальному изменению магнитного потока, как описано в Законе Ленца.ЭДС имеет тенденцию сопротивляться вращению двигателя и поэтому называется «обратной» ЭДС. Для данного двигателя с фиксированным магнитным потоком и количеством обмоток ЭДС пропорциональна угловой скорости ротора.

    Контролируя обратную ЭДС, соответствующим образом запрограммированный микроконтроллер может определять относительные положения статора и ротора без необходимости использования датчиков Холла. Это упрощает конструкцию двигателя, снижает его стоимость, а также устраняет дополнительную проводку и соединения с двигателем, которые в противном случае потребовались бы для поддержки датчиков, что повышает надежность.

    Однако, поскольку стационарный двигатель не генерирует противо-ЭДС, контроллер не может определить положение двигателя при запуске. Решение состоит в том, чтобы запустить двигатель в конфигурации с разомкнутым контуром до тех пор, пока ЭДС не будет генерироваться контроллером, достаточным для определения положения ротора и статора, а затем взять на себя контроль. Более сложный режим управления используется, если двигатель используется в приложении, где обратное вращение запрещено.

    Обратная ЭДС, генерируемая каждой обмоткой описанного выше двигателя BLDC, показана в нижней половине рисунка 5.Это сравнивается с выходом логического переключателя датчика Холла для сопоставимого двигателя BLDC, оснащенного датчиками. Из рисунка видно, что точки пересечения нуля для ЭДС, генерируемой в обмотке, совпадают с изменениями состояния переключения для логических переключателей. Именно эту информацию о переходе через ноль микроконтроллер использует для запуска каждого этапа цикла коммутации в бессенсорном двигателе BLDC. (См. Статью библиотеки «Управление бессенсорными двигателями с BLDC через обратную ЭДС».)

    Рисунок 5: Выход логического переключателя датчика Холла в сравнении с обратной ЭДС намотки для двигателя BLDC, вращаемого против часовой стрелки.Обратите внимание, как точки пересечения нуля для информации об обратной ЭДС, используемой для управления бессенсорным двигателем BLDC, совпадают с изменением состояния логических переключателей в двигателе BLDC, оборудованном датчиками. (Предоставлено: MPS)

    Разработка двигателя BLDC

    Несмотря на то, что принципы коммутации двигателей BLDC задействованы, мощность двигателя BLDC и схема управления не обязательны. На рынке имеется множество проверенных интегрированных продуктов, которые можно использовать в качестве строительных блоков для схем.В основе схемы лежат силовые модули BLDC, содержащие либо драйверы затвора, либо интегрированные полевые МОП-транзисторы.

    Трехфазный драйвер MOSFET A4915 компании

    Allegro Microsystems работает как предварительный драйвер для моста MOSFET с шестью мощностями для двигателя BLDC. Это устройство предназначено для продуктов с батарейным питанием. Одной из примечательных функций для экономии энергии является спящий режим с низким энергопотреблением, который гарантирует, что устройство потребляет минимальный ток, когда двигатель не вращается. Устройство также оснащено синхронным выпрямлением, методом, заимствованным у импульсных регуляторов напряжения для снижения энергопотребления и устранения необходимости во внешних диодах Шоттки.

    Microchip также предлагает предварительный драйвер для моста MOSFET на шесть мощностей для двигателя BLDC, но на этот раз для небольших бессенсорных блоков, используемых в автомобилях, бытовой технике и товарах для хобби. Устройство MCP8025 включает понижающий импульсный стабилизатор для питания внешнего контроллера, а также два линейных регулятора с малым падением напряжения (LDO) и насос заряда для питания моста MOSFET.

    Эта микросхема упрощает работу, измеряя обратную ЭДС плавающей обмотки, которая затем сравнивается с нейтральной точкой двигателя.Когда обратная ЭДС пересекает нулевую точку, детектор пересечения нуля отправляет сигнал на главный контроллер, чтобы указать контрольную точку коммутации.

    DRV8313 компании

    Texas Instruments делает шаг вперед, интегрируя три индивидуально управляемых полумостовых драйвера. Преимущество такой схемы заключается в том, что микросхема не только используется для управления трехфазным двигателем BLDC, но и может использоваться для управления двигателем с механической коммутацией (с использованием двух полумостовых мостов) или трех независимых соленоидов.Микросхема может подавать до 3,5 А от источника питания от 8 до 60 В.

    DRV8313 не имеет входов датчиков. TI предлагает использовать как сенсорную, так и бессенсорную работу, чип должен быть объединен с микроконтроллером, таким как популярный MSP430. Такая компоновка, как показано на рисунке 6, обеспечивает полную систему управления с обратной связью для сенсорного трехфазного двигателя BLDC.

    Рис. 6: Полная система управления с обратной связью для трехфазного электродвигателя BLDC с датчиком.Схема включает аналоговый вход скорости, микроконтроллер MSP430, контролирующий выходы ШИМ для силовых полевых МОП-транзисторов, драйвер моста из шести полевых МОП-транзисторов, мост МОП-транзисторов и двигатель BLDC. Положение статора и ротора двигателя определяется тремя датчиками Холла, которые подают сигналы на микроконтроллер. (Предоставлено: Texas Instruments)

    TI предлагает альтернативную часть, DRV8308, которая не интегрирует полевые МОП-транзисторы. Однако он может принимать входные сигналы от трех датчиков Холла напрямую и, следовательно, при желании может использоваться без дополнительного микроконтроллера.

    В то время как датчики на эффекте Холла являются проверенным решением для обратной связи по положению, разработки в технологии датчиков положения обеспечивают большую точность и обещают более эффективную последовательность коммутации. Например, ADA4571 компании Analog Devices представляет собой датчик угла и формирователь сигнала, который может заменить три датчика Холла в типичном трехфазном двигателе постоянного тока с BLDC одним устройством. Преимущества — экономия места и необходимость работать только с одним сигналом.

    ADA4571 использует анизотропную магниторезистивную технологию (AMR).Типичная реализация заключается в установке диаметрально намагниченного диска на конце вала двигателя BLDC (см. Рисунок 7). Магнитное поле диска проходит через плоскость датчика, и угол ротора определяется без контакта между механическими и электрическими компонентами.

    Рис. 7. Один анизотропный магниторезистивный датчик может быть размещен рядом с дисковым магнитом, установленным на конце вала двигателя BLDC, заменяя три датчика Холла для определения угла двигателя BLDC, экономя место и упрощая обработку сигналов.

    ADA4571 выдает усиленные косинусоидальные и синусоидальные выходные сигналы, связанные с углом вращающегося магнитного поля. Диапазон выходного напряжения пропорционален напряжению питания. Analog Devices предлагает объединить датчик с 12-разрядным АЦП AD7866 для преобразования аналоговых сигналов ADA4571 в цифровой сигнал, необходимый для контроллера привода двигателя BLDC или внешнего микроконтроллера.

    Analog Devices утверждает, что использование одного углового датчика не снижает точности коммутации, поскольку ADA4571 может ограничивать воспринимаемую угловую погрешность максимумом +/- 0.25 ° для двигателя BLDC со скоростью до 25000 об / мин.

    Заключение

    Электронная коммутация двигателей BLDC требует точного управления, что увеличивает сложность и стоимость схемы двигателя. Однако эффективность, такая как снижение мощности, надежности и пространства, а также снижение веса конечного продукта, более чем компенсирует эти недостатки. Кроме того, широкий спектр проверенных интегрированных драйверов двигателей BLDC значительно упрощает процесс проектирования, добавляя разработчикам гибкости в настройке конструкции для конкретного приложения.

    Артикул:

    1. « Основы бесщеточного двигателя постоянного тока », Цзянь Чжао и Янвэй Ю, инструкция по применению MPS (AN047), июль 2011 г.

    Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

    Двигатели, схемы двигателей и контроллеры, Часть II: Статья 430

    Требования к двигателям, компонентам двигателей и контроллерам можно найти в ряде статей Национального электрического кодекса (NEC), но статья 430 конкретно касается двигателей, отрасли двигателей -схемы и фидерные провода и их защита, защита двигателя от перегрузки, цепи управления двигателем, контроллеры двигателя и центры управления двигателем (ЦУД) [430.1].

    В то время как некоторые термины, относящиеся к двигателям, определены в 430.2, Статья 100 определяет другие термины, относящиеся к двигателям, и указывает причину этого в ее сфере действия. В целом, статья 100 определяет термины, используемые только в двух или более статьях.

    Статья 100 определяет эти семь терминов, относящихся к двигателям: привод с регулируемой скоростью, система приводов с регулируемой скоростью, цепь управления, центр управления двигателем, переключатель управления двигателем, тепловая защита (применительно к двигателям) и термическая защита (применительно к двигателям).В статье 430 эти термины не определяются, поскольку они используются по крайней мере в одной дополнительной статье. Согласно Статье 100, MCC — это сборка из одной или нескольких закрытых секций, имеющих общую шину питания и в основном содержащих блоки управления двигателями (см. Рисунок 1).

    Статья 430 определяет четыре термина, относящиеся к двигателям: «контроллер», «двигатели с частичной обмоткой», «оборудование для отключения системы» и «узлы двигателя с приводом клапана (VAM)».

    Интересно, что и статья 100, и статья 430 определяют «контролер.В Статье 100 контроллер определяется как устройство или группа устройств, которые служат для управления некоторым заранее определенным образом электрической мощностью, подаваемой в устройство, к которому он подключен. «Контроллер» встречается в Кодексе более 500 раз. При использовании в Статье 430 применимо определение из 430.2. Для целей статьи 430 контроллер — это любой переключатель или устройство, которое обычно используется для запуска и остановки двигателя путем включения и отключения тока в цепи двигателя [430.2].

    Вместо термина «контроллер» в Кодексе также используется термин «контроллер двигателя».«Определение« контроллер »в 430.2 также применимо к« контроллеру двигателя ». В то время как NEC использует термины «контроллер» или «контроллер двигателя», в данной области обычно используются термины «стартер» или «пускатель двигателя».

    Требования к контроллерам двигателей изложены в статье 430 части VII; соответствующие разделы — с 430.81 по 430.90. В соответствии с 430.82 (C), контроллер двигателя для стационарных двигателей мощностью 2 лошадиных силы (л.с.) или меньше и 300 В (В) или меньше, может быть переключателем общего назначения или переключателем общего назначения при определенных условиях.Согласно Статье 100, выключатель общего назначения предназначен для использования в общих распределительных и распределительных цепях. Он рассчитан в амперах (A) и способен отключать номинальный ток при номинальном напряжении. В полевых условиях выключатель общего назначения обычно называют «разъединителем», «разъединителем» или «предохранительным выключателем». Статья 100 определяет мгновенные переключатели общего назначения как форму переключателей общего назначения, сконструированных таким образом, чтобы их можно было устанавливать в коробках устройств или на крышках коробок или иным образом использовать в сочетании с системами электропроводки, признанными NEC.Требования к обоим типам переключателей указаны в статье 404.

    Если в качестве контроллера мотора установлен выключатель общего назначения или мгновенный выключатель общего назначения, он должен иметь номинальный ток, как указано в 430,82 (C). Для некоторых двигателей контроллер двигателя может быть выключателем общего назначения (разъединителем), если номинальный ток разъединителя как минимум в два раза превышает номинальный ток полной нагрузки (FLC) двигателя [430,82 (C) (1)].

    Например, разъединитель или защитный выключатель будет установлен в качестве контроллера двигателя для стационарных двигателей мощностью 2 л.с. или меньше и 300 В или меньше.Этот разъединитель будет иметь номинальный ток 30 А. Максимальный FLC двигателя, допустимый для этого разъединителя, составляет 15 А (30 ÷ 2 = 15).

    Для некоторых двигателей в цепях переменного тока (AC) контроллер двигателя также может быть универсальным переключателем мгновенного действия, если переключатель подходит только для использования на переменном токе (не переключатели постоянного / переменного тока общего назначения) и если двигатель FLC номинальный ток не превышает 80 процентов от номинального тока переключателя [430,82 (C) (2)].

    Например, мгновенный выключатель переменного тока общего назначения будет установлен в качестве контроллера двигателя для стационарного двигателя мощностью 2 л.с. или менее и 300 В или менее.Этот универсальный мгновенный переключатель переменного тока будет иметь номинальный ток 20 А. Максимальный ток FLC двигателя, разрешенный для этого переключателя, составляет 16 А (20 × 80 процентов = 16) (см. Рисунок 2).

    Контроллеры двигателей

    также могут быть пускателями двигателей, комбинированными пускателями двигателей, ручными пускателями двигателей, автоматическими выключателями с обратнозависимой выдержкой времени и выключателями в литом корпусе. Контроллер мотора должен иметь номинал, указанный в 430,83 (A), если иное не разрешено в 430.83 (B) или (C) или как указано в (D), при определенных условиях. Согласно пункту 430,83 (A) (1), контроллеры, кроме автоматических выключателей с обратнозависимой выдержкой времени и переключателей в литом корпусе, должны иметь номинальную мощность в лошадиных силах при напряжении приложения не ниже, чем мощность двигателя.

    Некоторые пускатели двигателей имеют выключатель, например выключатель. Статья 100 определяет «выключатель цепи двигателя» как выключатель с номинальной мощностью, который способен отключать максимальный рабочий ток перегрузки двигателя той же мощности, что и выключатель, при номинальном напряжении. В соответствии с 404.13 (D) разрешается использовать переключатели цепи двигателя рубильного типа (см. Рисунок 3).

    Промышленная панель управления — это элемент оборудования, который довольно часто используется с двигателями.Согласно Статье 100 промышленная панель управления представляет собой сборку из двух или более компонентов, состоящих из одного из следующих компонентов: (1) только компоненты силовой цепи, такие как контроллеры двигателей, реле перегрузки, разъединители с предохранителями и автоматические выключатели; (2) только компоненты цепи управления, такие как кнопки, контрольные лампы, селекторные переключатели, таймеры, переключатели и реле управления; (3) комбинация компонентов цепи питания и управления. Эти компоненты вместе с соответствующей проводкой и клеммами устанавливаются на корпусе, содержатся внутри него или монтируются на субпанели.

    Определение продолжается, заявляя, что промышленная панель управления не включает управляемое оборудование. Хотя промышленные панели управления могут содержать оборудование (например, контроллеры двигателей), указанное в статье 430, сама промышленная панель управления не упоминается в статье 430. Статья 409 касается промышленных панелей управления, предназначенных для общего использования и работающих при напряжении 1000 В или ниже ( см. рисунок 4).

    Некоторые двигатели и контроллеры не только должны соответствовать применимым положениям статьи 430, но также должны соответствовать применимым положениям другой статьи.Таблица 430.5 помогает определить, нужно ли будет искать дополнительные требования в другой статье из-за типа двигателя, моторного оборудования или типа людей.

    Например, снаружи будет установлен кондиционер. Эта установка будет иметь мотор-компрессор и мотор-вентилятор конденсатора. Чтобы узнать, нужно ли искать дополнительные положения в другой статье, изучите Таблицу 430.5. Верхняя строка в таблице 430.5 показывает, что оборудование для кондиционирования воздуха и холодильное оборудование должно соответствовать применимым положениям статьи 440.Следовательно, двигатели в оборудовании для кондиционирования воздуха и холодильном оборудовании должны соответствовать применимым положениям статей 430 и 440. Положения статьи 440 применяются к оборудованию для кондиционирования воздуха и холодильному оборудованию с приводом от электродвигателя, а также к параллельным цепям и контроллерам такого оборудования.

    Статья 440 также предусматривает особые соображения для контуров питания герметичных мотор-компрессоров хладагента и для любого оборудования для кондиционирования воздуха или холодильного оборудования, которое питается от параллельной цепи, которая питает герметичный мотор-компрессор хладагента.

    В колонке следующего месяца продолжается обсуждение требований к двигателям, цепям двигателей и контроллерам.

    Пусковые выключатели для электродвигателей

    | Стернс

    Однофазные переключатели переменного тока (SINPAC) Пусковые выключатели двигателей используются в различных коммерческих прачечных, пищевых продуктах и ​​напитках, газе и масле, а также в насосах и компрессорах, включая насосы, печи, прачечные и компрессоры. Коммутаторы Stearns SINPAC идеально подходят для приложений, требующих надежного переключения цепи пуска в однофазных двигателях

    .

    Случаи использования пусковых переключателей двигателей Stearns SINPAC

    Переключатели

    SINPAC идеальны для приложений, требующих последовательного переключения цепи пуска в однофазных двигателях.Поскольку стандартные механические переключатели подвержены недостаткам качества конструкции, включая усталость, загрязнение, коррозию и вибрацию, которые могут привести к несоответствию производительности, линейка переключателей Stearns SINPAC помогает сократить время простоя производства для сотен различных приложений.

    Преимущества пусковых переключателей электродвигателей

    Изготовленные для отключения цепи пуска примерно при 80% синхронной скорости, переключатели SINPAC от Stearns предназначены для фильтрации электрических шумов (бесшумно), не содержат кадмия и не образуют искр, что увеличивает срок службы двигателя.Дополнительные преимущества включают:

    • Эффективный : Коммутаторы будут работать в зонах, подверженных обесточиванию или низкому напряжению
    • Dynamic : Может использоваться на новых или существующих двигателях
    • Экологичность : отсутствие изнашиваемых деталей означает долгий срок службы
    • Универсальность : переключатели будут работать с однофазными двигателями любого производителя, сокращая время выбора и количество переключений
    • Durable : не ограничивает производительность двигателя из-за влаги, пыли, ударов, вибрации или превышения скорости

    Найдите размер тормоза нестандартного размера

    Найдите электронный пусковой выключатель Stearns SINPAC по отраслям:

    Еда и напитки | Насосы и компрессоры | Газ и нефть | Коммерческая прачечная.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *