Ze względu na solidną konstrukcję i łatwość sterowania trójfazowe silniki asynchroniczne są szeroko preferowane w stosunku do wielu innych silników Aplikacje napędzane silnikiem AC . Ten trójfazowy silnik jest odpowiedzialny za operacje z większym obciążeniem w kilku zastosowaniach, takich jak podnośniki towarów i podnośników, przenośniki, sprężarki, pompy, systemy wentylacyjne, sterowniki wentylatorów przemysłowych itp.

Silnik trójfazowy

Wraz z wynalezieniem napędów o regulowanej prędkości i kilku innych rodzaje rozruszników silnikowych silniki trójfazowe stały się korzystnymi napędami do zastosowań o zmiennej prędkości. Ponieważ silniki te są ważne w sterowaniu obciążeniem, ważne jest również zapewnienie ich bezpieczeństwa i ochrony przed rozruchowymi prądami rozruchowymi, przeciążeniami, pojedynczą fazą, przegrzaniem i innymi wadliwymi stanami. Zanim przejdziemy do szczegółów tych silników i ich systemów zabezpieczeń, przyjrzyjmy się podstawom silników trójfazowych.

Silniki trójfazowe AC

Silniki trójfazowe lub wielofazowe występują głównie w dwóch typach: silniki indukcyjne lub asynchroniczne i silniki synchroniczne. Silniki synchroniczne są specjalnymi typami silników stosowanych w aplikacjach o stałej prędkości, podczas gdy większość silników stosowanych w zastosowaniach przemysłowych jest typu indukcyjnego. Ten artykuł koncentruje się tylko na trzech fazach silnik indukcyjny i jego zabezpieczenie .

Budowa silnika indukcyjnego

Silniki te są silnikami indukcyjnymi typu wiewiórkowego i pierścieniowego. Indukcja trójfazowa silnik składa się ze stojana i wirnika i nie ma połączenia elektrycznego między tymi dwoma. Te stojany i wirniki są wykonane z materiałów rdzenia o wysokiej magnetyczności, z mniejszą histerezą i stratami prądów wirowych. Stojan składa się z trójfazowych uzwojeń zachodzących na siebie przy przesunięciu fazowym o 120 stopni. Uzwojenia te są wzbudzane przez trójfazowe zasilanie główne.

“prędkość światła w angstremach ”

Ten trójfazowy wirnik silnika prądu przemiennego jest inny dla silników indukcyjnych z pierścieniem ślizgowym i klatkowym. W silniku klatkowym wirnik składa się z ciężkich aluminiowych lub miedzianych prętów, które są zwarte na obu końcach cylindrycznego wirnika. W silniku indukcyjnym z pierścieniem ślizgowym wirnik składa się z trójfazowych uzwojeń, które na jednym końcu są wewnętrznie oznaczone gwiazdą, a pozostałe końce są wyprowadzone na zewnątrz i połączone z pierścieniami ślizgowymi zamontowanymi na wale wirnika, jak pokazano na rysunku . Za pomocą szczotek węglowych do tych uzwojeń podłączony jest opornik w celu uzyskania wysokiego momentu rozruchowego.

Zasada działania: Ilekroć trójfazowe zasilanie jest doprowadzane do trójfazowego uzwojenia stojana, wytwarzane jest w nim wirujące pole magnetyczne o 120 przemieszczeniach przy stałej wielkości i obracającym się z prędkością synchroniczną. To zmieniające się pole magnetyczne przemieszcza się do przewodnika wirnika, powodując indukowanie prądu w przewodach wirnika zgodnie z prawami indukcji elektromagnetycznej Faradaya. W miarę zwarcia przewodów wirnika prąd zaczyna płynąć przez te przewody.

Zgodnie z prawem Lenza, te indukowane prądy przeciwstawiają się przyczynie ich wytwarzania, tj. Wirującemu polu magnetycznemu. W rezultacie wirnik zaczyna się obracać w tym samym kierunku, co wirujące pole magnetyczne. Jednak prędkość wirnika musi być mniejsza niż prędkość stojana - w przeciwnym razie w wirniku nie są indukowane żadne prądy, ponieważ względna prędkość pól magnetycznych wirnika i stojana jest przyczyną ruchu wirnika. Ta różnica między polami stojana i wirnika nazywa się poślizgiem. Ze względu na tę względną różnicę prędkości między stojanem a wirnikami, ten silnik trójfazowy nazywany jest maszyną asynchroniczną.

Rodzaje zabezpieczeń potrzebnych do silnika indukcyjnego

Trójfazowe silniki indukcyjne odpowiadają za 85 procent mocy zainstalowanej w przemysłowych układach napędowych. Dlatego ochrona tych silników jest konieczna do niezawodnej pracy obciążeń. Awarie silników dzielą się głównie na trzy grupy: elektryczne, mechaniczne i środowiskowe. Naprężenia mechaniczne powodują przegrzanie skutkujące zużyciem łożysk wirnika, podczas gdy nadmierne obciążenie mechaniczne powoduje zaciąganie dużych prądów, a tym samym wzrost temperatury. Awarie elektryczne są spowodowane różnymi awariami, takimi jak zwarcia międzyfazowe i międzyfazowe, jednofazowe, zbyt wysokie i zbyt niskie napięcie, asymetria napięcia i prądu, zbyt niska częstotliwość itp.

Rozruch prądu silnika indukcyjnego

Oprócz systemów ochrony silnika przed wyżej wymienionymi usterkami konieczne jest również zastosowanie trójfazowego rozrusznika silnika w celu ograniczenia prądu rozruchowego silnika indukcyjnego. Jak wiemy - w każdej maszynie elektrycznej, gdy jest zapewnione zasilanie, występuje przeciwstawienie się temu zasilaniu przez indukowane pole elektromagnetyczne - które jest nazywane zwrotnym EMF. Ogranicza to pobór prądu przez maszynę, ale na początku SEM jest zerowa, ponieważ jest wprost proporcjonalna do prędkości silnika. Dlatego też ogromny prąd zerowej siły elektromotorycznej będzie pobierany przez silnik na początku i będzie to 8-12 razy większy niż prąd pełnego obciążenia, jak pokazano na rysunku.

Aby zabezpieczyć silnik przed wysokim prądem rozruchowym, dostępne są różne metody uruchamiania, takie jak obniżone napięcie, rezystancja wirnika, DOL, rozrusznik gwiazda-trójkąt , autotransformator, softstart itp. W celu ochrony silnika przed opisanymi powyżej usterkami zastosowano różne urządzenia zabezpieczające, takie jak przekaźniki, wyłączniki, styczniki i różne napędy.
Oto niektóre z zabezpieczeń dla trójfazowych silników indukcyjnych przed uruchomieniem prądów rozruchowych, przegrzaniem i zwarciami jednofazowymi z wykorzystaniem mikrokontrolera do zastosowań niskopoziomowych w celu lepszego zrozumienia przez studentów.

Elektroniczny łagodny rozruch dla 3-fazowego silnika indukcyjnego

To łagodny rozruch silnika indukcyjnego to nowoczesna metoda rozruchu, która redukuje mechaniczne i elektryczne naprężenia powstające w rozrusznikach DOL i gwiazda-trójkąt. Ogranicza to prąd rozruchowy do silnika indukcyjnego za pomocą tyrystorów.

Ten 3-fazowy rozrusznik silnika składa się z dwóch głównych jednostek: jedna to jednostka mocy, a druga jednostka sterująca. Jednostka mocy składa się z tyrystorów odwróconych do tyłu dla każdej fazy, które są kontrolowane przez logikę zaimplementowaną w obwodzie sterującym. Ta jednostka sterująca składa się z obwodu przejścia przez zero z kondensatorami wytwarzającymi czas opóźnienia.

Elektroniczny łagodny rozruch dla 3-fazowego silnika indukcyjnego

Na powyższym schemacie blokowym, gdy do systemu doprowadzone jest zasilanie trójfazowe, obwód sterujący prostuje zasilanie każdej fazy, reguluje je i porównuje napięcie przejścia przez zero przez wzmacniacz operacyjny. To wyjście Op-Amp steruje tranzystorem, który jest odpowiedzialny za wytwarzanie opóźnienia czasowego za pomocą kondensatora. To rozładowanie kondensatora włącza wyjście innego wzmacniacza operacyjnego na pewien czas, tak że optoizolatory są zasilane przez ten upływający czas. W tym czasie wyjście optoizolatora wyzwala tyrystory połączone ze sobą i w tym czasie moc doprowadzana do silnika jest zmniejszana. Po tym czasie rozruchu do silnika indukcyjnego podawane jest pełne napięcie, a zatem silnik pracuje z pełną prędkością. W ten sposób wyzwalanie zerowego napięcia przez określony czas przy rozruchu silnika indukcyjnego celowo zmniejsza początkowy prąd rozruchowy silnika indukcyjnego.

System ochrony silnika indukcyjnego

Ten system chroni trójfazowy silnik prądu przemiennego od pojedynczego fazowania i przegrzania. Gdy któraś z faz jest wyłączona, system ten rozpoznaje ją i natychmiast wyłącza silnik, który jest zasilany z sieci.

System ochrony silnika indukcyjnego

Wszystkie trzy fazy są prostowane, filtrowane i regulowane i podawane do wzmacniacza operacyjnego, gdzie to napięcie zasilania jest porównywane z pewnym napięciem. Jeśli któraś z faz zostanie pominięta, to daje zerowe napięcie na wejściu wzmacniacza operacyjnego, a zatem zapewnia niską logikę tranzystorowi, który dodatkowo odłącza przekaźnik od napięcia. W związku z tym główny przekaźnik zostaje wyłączony, a zasilanie silnika zostaje przerwane.

Podobnie, gdy temperatura silnika przekroczy pewien limit, wyjście wzmacniacza operacyjnego zostaje odłączone od napięcia odpowiedni przekaźnik nawet wtedy wyłącza się również przekaźnik główny. W ten sposób w silniku indukcyjnym można przezwyciężyć pojedyncze usterki fazowania i przegrzanie.

Chodzi o trójfazowe układy zabezpieczające silnik przed prądami rozruchowymi, jednofazowymi i przegrzaniem. Uznajemy, że informacje podane w tym artykule są pomocne dla lepszego zrozumienia tego pojęcia. Ponadto w przypadku jakiejkolwiek pomocy przy realizacji tych lub innych projektów możesz skontaktować się z nami, komentując poniżej.

Kredyty fotograficzne