Рекомендовать:

Подключение электродвигателя

В большинстве современных механических систем для обеспечения взаимного перемещения узлов используется электрический привод. При этом закономерно возникает вопрос, как подключить электродвигатель правильно. В данной статье попытаемся вкратце рассмотреть классические варианты включения агрегатов на 380 и 220 В, схемы соединения обмоток возбуждения, использование пускателя, торможение противовключением, работу в системе TN S, а также отдельные специфические случаи.

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • Классификация двигателей
  • Классические схемы
  • Включение переменки 380 на 220
  • Использование магнитного пускателя
  • Двигатели постоянного тока (ДПТ)
  • Заземление типа TN S
  • Вопрос о торможении

Классификация двигателей

С позиции официальной науки, электрическим двигателем принято называть машину, которая преобразует электрическую энергию в механическое вращение приводного вала за счет возникающей в магнитном поле индукции. Последнее осуществляется за счет контакта двух обмоток – неподвижной статорной и вращающейся роторной. Неотъемлемым сопутствующим эффектом преобразования является выделение тепла, что особенно ощутимо на мощных двигателях (до 45 киловатт и более).

Классификации машин, обычно выделяет две больших группы, отличающихся родом электрического тока, используемого для питания: двигатели постоянного и переменного тока.

Первая группа делится на следующие виды:

  • Коллекторные. Класс машин, в которых цепь ротора и статора замыкается благодаря щеточно-коллекторному узлу (ЩКУ). Такие используются, к примеру, в дрелях, а сам ЩКУ является самым слабым местом конструкции. Моторы этой группы делятся также на двигатели с независимым и самовозбуждением (параллельное, последовательное, смешанное);
  • Бесколлекторные. Как следует из названия, в машинах этого типа отсутствует проблемный ЩКУ, а организация цепи происходит с помощью электронных ключей и датчика положения ротора.

Принципиальную разницу между этими двумя типами двигателей постоянного тока можно проследить на следующей иллюстрации:

Отличия коллекторного двигателя от бесколлекторного

Отличия коллекторного двигателя от бесколлекторного

Кроме отсутствия ЩКУ, во втором варианте обмотки располагаются на полюсах статора, а постоянные магниты – на роторе.

Двигатели переменного тока на 220 или 380 В используют для питания знакопеременный периодический ток. Классификация этих машин более разветвленная, учитывающая частоты вращения магнитного поля статора и ротора, а также фазную структуру тока.

В первом случае двигатели делят на синхронные (частоты вращения полей статора, ротора равны) и асинхронные (частота вращения ротора меньше). По количеству фаз выделяют двигатели переменного тока одно- и многофазные (трехфазные).

Классические схемы

выдают переменный ток промышленной частоты (Гц), начать рассмотрение вопроса подключения двигателей резонно именно для такой ситуации.

Классическими вариантами являются ЛЭП от электрогенерирующих предприятий/станций (ТЭС, ТЭЦ, ГЭС, АЭС) с конечным напряжением потребителя 380В (трехфазные) или 220В (однофазные). Первые использует промышленное оборудование или силовое для бытовых условий (шлифовальные, деревообрабатывающие, металлорежущие станки и т. п). При таком раскладе электродвигатели подключаются правильно по схеме звезда или треугольник.

Схема «Звезда»

Схема «Треугольник»

«Звезда» обеспечивает плавный пуск двигателя, но достичь максимальной мощности не получиться. «Треугольник», наоборот, позволяет выйти на паспортную мощность (это в полтора раза больше). Пусковые токи могут вызвать повреждение изоляции, особенно, на мощных двигателях, до 45 киловатт.

Выбор схемы подключения зависит не только от параметров сети или мощности двигателя, но и от компоновки его клеммного блока, характеристик пускателя. Ножки контактов могут быть рассчитаны на обе схемы или одну из них, о чем свидетельствует маркировка на табличке характеристик.

Однофазный двигатель (220В) от своего «коллеги» отличается тем, что у него на статоре располагается не три, а одна рабочая обмотка. Как результат, сдвиг фаз отсутствует, а пуск при подаче напряжения на клеммы не происходит. Необходима внешняя пусковая обмотка – индуктивная (сопротивление) или емкостная (конденсаторы).

Включение переменки 380 на 220

Существует также вариант, когда есть в наличии трехфазный двигатель на 380 В и 45 кВт, но сетевая схема однофазная (220В). Здесь придется задействовать всего лишь одну фазу, а для пуска и работы использовать блоки емкостей (конденсаторов).

Включение схемы 380 на 220

Первая схема подходит для тех двигателей на 220В, мощность которых не превышает 1,5 кВт, то есть их работа начинается без нагрузки. В противном случае придется задействовать параллельную ветку, чтобы увеличить пусковой момент. Подключение осуществляется через двухпозиционный выключатель. Если применить дополнительный коммутатор, связывающий конденсатор с фазой или нолем в зависимости от положения, то можно организовать реверсивный пуск двигателя от переменки 220 В.

Недостатком подобной схемы, особенно для массового сегмента (до 3 кВт), является большая стоимость конденсаторов, которые, к тому же, задействованы лишь в момент пуска. Целесообразнее использовать фазосдвигающие элементы постоянного действия, например, динисторы (диоды).

Использование магнитного пускателя

Для того, чтобы иметь возможность обеспечить в одной схеме непрерывную работу, пуск, остановку, реверсный режим и защиту обмоток двигателя и самой цепи, придется использовать коммутационное устройство – магнитный пускатель. Это контактор, дополненный вспомогательными механизмами, например, тепловым реле. Магнитная катушка пускателя может иметь напряжение 220 или 380 В, что позволяет запитать двигатель от сети с разным линейным напряжением.

Использование магнитного пускателя

Использование магнитного пускателя

Пускатель может использоваться для организации переключения различных схем, что особенно полезно при соединении мощных устройств, например, 45 кВт двигателей.  Главной проблемой в этом случае является наличие колоссальных пусковых токов, которые могут катастрофически повлиять на состояние обмоток. В итоге пускатель плавно вводит в работу мотор на 45 кВт через «Звезду», а в нужный момент переключает обмотки на «Треугольник».

Двигатели постоянного тока (ДПТ)

Принцип действия подобных электромашин базируется на Законе Фарадея для магнитной индукции. В конструкции и схеме включения такого мотора предусмотрено наличие отдельных обмоток якоря и возбуждения (ОВ). Через них протекает напряжение 220 или 380 В отдельно. При этом роль ОВ заключается в регулировании скорости вращения вала.

Все существующие ДПТ принято делить на две большие группы:

  • На постоянных магнитах. Как правило имеют цилиндрический корпус с сердечником якорем. Расположение магнитов или статора на корпусе ДПТ (радиальное, кольцевое, тангенциальное), позволяет разделить его на отдельные подвиды;

Постоянный магнит

  • На электромагнитах. Как нетрудно догадаться, в этом случае роль цепи возбуждения играет электромагнит или проще говоря – катушка из сердечника и обмотки.

Электромагниты

Внешне и конструктивно такие ДПТ напоминают модели для переменного тока, несмотря на то, что мощность далека от 45 кВт и более:

  1. ДТП с различными видами возбужденийДвигатели независимого возбуждения. Источником пускового тока является сторонний узел, например, выпрямитель;
  2. Двигатели с последовательной ОВ. Для такой цепи характерно последовательное соединение обеих обмоток, а значит, и равенство токов на них, что отличает его от остальных модификаций;
  3. Двигатели постоянного тока с параллельной ОВ. Схема аналогичная предыдущей, но отличается равенством напряжений;
  4. Двигатели со смешанными ОВ. Здесь характерно одновременное применение параллельной и последовательной катушек возбуждения.

Достоинством таких машин являются более компактные размеры относительно аналогов для переменного тока на 220 или 380 вольт, легкость регулирования и пуска. Это позволило использовать в качестве управляющих систем платформу Arduino, через которую можно собрать простые схемы автоматизации даже далеким от программирования пользователям.

Arduino

Arduino

Arduino представляет собой комплексное средство для создания управленческих схем и состоит из следующих частей:

  • Программный блок. Оболочка или фирменная среда разработки Arduino, через которую составляется и компилируется программа;
  • Аппаратный блок. Это набор печатных плат Arduino, на базе которых собирается физическая схема управления.

Преимущество Arduino в том, что система может работать правильно в автономном режиме (непосредственно на объекте автоматизации) или образовывать соединение с программной оболочкой на ПК через USB, Bluetooth, Wi-Fi и т. п. Система прекрасно подходит для домашних экспериментов, например, для создания модели автомобиля с программным управлением. Это значит, что готовая модель будет двигаться не под действием дистанционного пульта, а за счет тех команд, которые были заложены в память блока. Интересным примером может послужить мотоплатформа с серводвигателем постоянного тока и платой Arduino Mega 2560, работу которой можно посмотреть в следующем видео ролике:

Заземление типа TN S

Заземление типа TN SВ каждом руководящем документе для систем электроснабжения говорится о том, что электродвигатель необходимо соединить с учетом безопасности от поражения током. Эту роль играет заземление, классической схемой образования которого в России является TN C или TN С S. Для обоих характерной особенностью является объединение нейтрали и заземляющей ветки. То есть, для прокладки трехфазной линии TN C на 380В понадобиться четырехжильный провод (3 фазных и одна нулевая/заземляющая), а для однофазной на 220В – двухжильный (фаза и ноль).

Сегодня реалии таковы, что постепенно переходят на более дорогую, европейскую TN S систему, которая характеризуется раздельной нулевой (N) и заземляющей (PE) линиями. Если подробнее, то это означает применение для трехфазных сетей пятижильных проводов (фазы – А, В, С, ноль – N и заземление – PE), а для 220В (однофазных) – трехжильных (A, N, PE). Заземляющий провод мотора в этом случае выводят через линию PE, оставляя ноль TN S свободным для дополнительного оборудования (освещения, приборов и т. д).

Вопрос о торможении

Соединение и включение двигателя на 220В или трехфазного аналога– это только один из режимов его работы. Другим не менее интересным является торможение или остановка. В данном случае процесс сопровождается трансформацией кинетической энергии в электрическую. Дело в том, что если просто отключить на 45 кВт с частотой вращения около 3000 об/мин, то по инерции он будет вращаться еще некоторое время. Если же нужна «моментальная» остановка, то придется использовать специальные схемы управления.

Схема торможения

На практике используется 4 основных способа торможения: рекуперативное, реостатное, динамическое и противовключением. Каждый из них отличается своими преимуществами и недостатками. Например, динамическое торможение происходит за счет соединения катушки статора с сетью постоянного тока, что автоматически делает электромагнитное поле статическим, а не вращающимся. Это позволяет регулировать тормозной момент, но вызывает значительный выброс тепла. Торможение противовключением реализуется за счет реверса обмоток возбуждения. Результатом являются сильные тормозные моменты, но и повышенный риск повреждения за счет больших токов. Торможение противовключением не применимо на высоких частотах и мощностях, например, постоянного тока.

Рекомендовать статью
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (рейтинг: 5,00 из 5)
Loading...
Вопросы? С удовольствием на них ответим!