НЕРЕВЕРСИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

внутреннего сгорания internal-combustion engine; ракетный

Нереверсивный двигатель постоянного тока последовательного возбуждения

Название: нереверсивный двигатель постоянного тока последовательного возбуждения. Область использования: регулируемый электропривод постоянного тока. Сущность изобретения: сбегающие края полюсных наконечников двигателя выполнены на 50-75% длиннее набегающих и на 10-20% тоньше, а ширина полюсных наконечников B_пн= -1,1 t_za , где — полюсное деление, а t_za — зубцовое деление якоря. Технический результат: упрощение конструкции и улучшение коммутации двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к двигателям постоянного тока, и может быть применено для нереверсивных двигателей, например для двигателей автотракторных стартеров.

Известны двигатели постоянного тока, содержащие якорь, коллектор, щетки, основные полюса с обмоткой последовательного, параллельного или смешанного возбуждения [1] При нагружении двигателя вследствие поперечной реакции якоря магнитный поток под сбегающими краями полюсных наконечников уменьшается, под набегающими увеличивается, происходит насыщение магнитной цепи и увеличение ее магнитного сопротивления, результирующий магнитный поток уменьшается. Для уменьшения вредного влияния поперечной реакции якоря края полюсных наконечников выполняют с увеличенным в 2 o C3 раза воздушным зазором, который ослабляет и основной магнитный поток, требуя увеличения расхода медного провода обмотки возбуждения, или же в полюсных наконечниках выполняют компенсационную обмотку, которая сильно усложняет и удорожает двигатель.

Известны нереверсинвые двигатели постоянного тока, например, для автотракторных стартеров [2] у которых постоянно одни и те же полюсные наконечники являются сбегающими, а другие полюсные наконечники-набегающими.

В сильно насыщенных двигателях кратковременного действия, какими являются двигатели стартеров, размагничивающее действия, какими являются двигатели стартеров, размагничивающие действие поперечной реакции якоря уменьшает результирующий магнитный поток в режиме пуска и при номинальной нагрузке более чем на 20% Задачей данного изобретения является создание такого нереверсивного двигателя постоянного тока, в котором благодаря несимметричному выполнению основных полюсов магнитный поток распределялся бы более равномерно при пуске и нагружении, сопротивление магнитной цепи уменьшалось и, следовательно, уменьшалась требуемая магнитодвижущая сила основных полюсов, что равнозначно уменьшению числа витков обмотки основных полюсов, т.е. экономии меди.

На чертеже изображен несимметричный полюс четырехполюсного нереверсивного двигателя. Стрелкой показано направление вращения якоря.

сбегающий край полюсного наконечника шириной b_сб выполняют на 50-75% длиннее набегающего края шириной b_наб. Толщина сбегающего края полюсного наконечника h_сб меньше на 10 o C20% толщины набегающего края полюсного наконечника h_наб.

Такое несимметричное выполнение основных полюсов позволяет магнитному потоку распределяться более равномерно по сечению полюса, так как при пуске и номинальной нагрузке у двигателей стартеров индукция под сбегающими краями в несколько раз меньше индукции под набегающими краями.

Несимметричные полюса позволяют выполнять полюсные наконечники шириной несколько большей, чем в серийных двигателях, B_пн= -1,1 t_za где полюсное деление, t_za зубцовое деление якоря. Благодаря этому увеличивается основной поток на 7 o C8% Несимметричное выполнение полюсов резко уменьшает чрезмерно большое насыщение в набегающих краях наконечников, сопротивление магнитной цепи уменьшается и требуется меньшая магнитодвижущая сила обмотки основных полюсов, что позволяет уменьшить число витков обмотки возбуждения на 18 o C23% и, следовательно, столько же сэкономить меди в статоре. Это подтверждается испытаниями экспериментальных образцов двигателей стартеров автомобилей «Запорожец», «Москвич», «КАМАЗ».

Нереверсивный двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, содержащий якорь, основные полюса с обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что сбегающие края полюсных наконечников выполнены на 50 70 длиннее набегающих краев и на 10 20 тоньше набегающих краев, ширина полюсных наконечников B_пн= — 1,1t_za, где полюсное деление; t_za зубцовое деление якоря.

Магнитный пускатель, схема подключения магнитного пускателя, подключение цепей индикации и сигнализации

Магнитный пускатель – это низковольтный комбинированный аппарат, который выполняет функции управления и распределения. Пускатель являет собой контактор, укомплектованный несколькими парами контактов (основные и дополнительные), а также устройствами защиты, например тепловым реле.

Магнитный пускатель применяется, преимущественно, для управления электродвигателями. В зависимости от построенной схемы, данный аппарат выполняет функции пуска-останова, изменения направления вращения (реверс), снижения пусковых токов (путем переключения схемы соединения обмоток двигателя со звезды на треугольник). При наличии укомплектованного теплового реле обеспечивает защиту машин и подключенного к ним оборудования от перегрузки.

Конструктивно магнитные пускатели бывают открытого и закрытого типа (защищенные), реверсивные и нереверсивные. Также данные аппараты классифицируют по таким номинальным параметрам, как ток, напряжение, частота питающей сети. Также указываются номинальные данные электромагнита пускателя. Это необходимо для того, чтобы правильно его подключить в схеме. Например, если пускатель коммутирует три фазы переменного тока 380 В, его электромагнит (катушка) расчитана также на 380 В, то для ее подключения берется две фазы. Если катушка расчитана на 220 В, то для подключения ее в схему необходим нулевой провод и фаза.

Нереверсивная схема подключения магнитного пускателя для управления двигателем

Рассмотрим две схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором (АД КЗ). Начнем с более простой, нереверсивной схемы. Данная схема обеспечивает только пуск и останов двигателя, в ней применяется нереверсивный пускатель. Итак, изображаем схему.

Основные конструктивные элементы схемы:

• АВ – автоматический выключатель;
• Д – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
• кнопка «стоп» — нормально замкнутый контакт;
• кнопка «пуск» — нормально разомкнутый контакт;
• T – тепловое реле;
• КТ – контакт теплового реле;
• ЭM – электромагнит пускателя;
• КС — силовые контакты;
• КР – дополнительный (вспомогательный) нормально разомкнутый контакт.

Кнопки пуск и стоп расположены на кнопочной станции. Они предназначены для дистанционного управления АД КЗ. Что значит нормально замкнутый контакт? Это контакт, который изначально находится в разомкнутом состоянии, при нажатии на кнопку он замыкается. Нормально замкнутый контакт, наоборот: вначале он замкнут, при нажатии на кнопку он размыкается.

Рассмотрим подробнее принцип работы схемы, в которую включен нереверсивный пускатель, то есть предназначенную, как отмечалось ранее, только для пуска и останова двигателя.

Питание сети трехфазное, напряжением 380 В. Для подачи питания предусмотрен трехфазный автоматический выключатель АВ. При его включении двигатель Д не начинает вращения, так как силовые контакты магнитного пускателя КС разомкнуты. Электромагнит пускателя ЭM рассчитан на напряжение питания 380 В, поэтому включаем цепь управления в две любые фазы, в данном случае А и В.

Для запуска двигателя необходимо нажать кнопку «пуск». Что при этом происходит? Ток идет по цепочке: фаза А, замкнутый контакт кнопки «стоп», замкнутый нажатием контакт кнопки «пуск», электромагнит ЭМ, замкнутый контакт теплового реле КТ. ЭМ, при прохождении через него тока, притягивает силовые контакты пускателя КС, при этом также замыкается дополнительный, нормально разомкнутый контакт КР. Двигатель получает питание и начинает вращаться. Если вы отпустите кнопку пуск, то напряжение на катушку ЭМ будет продолжать поступать, так как будет замкнут вспомогательный контакт магнитного пускателя КР. Если данный контакт не включить в схему, то двигатель будет получать питание только если постоянно держать нажатой кнопку пуска, что крайне неудобно (если в данном случае ее отпустить, цепь управления разомкнется). Вот зачем нужны вспомогательные контакты.

Для того чтобы остановить двигатель нажимаем кнопку «стоп». При этом катушка ЭМ теряет питание, то есть она перестает втягивать контакты КС и КР. Двигатель останавливается, потеряв питание.

Тепловое реле предназначено для защиты асинхронного двигателя от перегрузки. Например, в нормальном режиме нагрузка двигателя 20 А, уставка теплового реле также 20 А. Допустим двигатель приводит в движение конвейер, в какой-то момент на конвейер попадает тяжелый груз, который создает дополнительную нагрузку на электродвигатель. Вследствие этого по обмоткам двигателя будет протекать ток выше номинального, например 27 А. При этом биметаллическая пластина теплового реле начинает нагреваться, если ток в обмотках не снизится, то по истечению определенного промежутка времени контакт теплового реле разомкнется, разорвав цепочку питания схемы управления, то есть катушка потеряет питание и двигатель остановится.

Реверсивная схема подключения магнитного пускателя для управления двигателем

Далее рассмотрим схему подключения реверсивного пускателя, предназначенную не только для пуска и останова двигателя, но и для изменения направления его вращения, то есть для реверса.

Для данной схемы можно использовать два нереверсивных пускателя, если нет реверсивного, на работе схемы это никак не отразится. Реверсивный пускатель – это два нереверсивных пускателя в одном корпусе, то есть компактная конструкция. Изображаем данную схему.

Принципиальное отличие данной схемы от предыдущей – это наличие еще одной катушки, дополнительного нормально разомкнутого и силовых контактов. Также добавлены дополнительные нормально замкнутые контакты. Пунктиром показаны механические связи. Проще говоря, контакты, соединенные пунктиром – это одна кнопка.

Возьмем кнопку вперед, на ней есть одна пара нормально замкнутых одна пара нормально разомкнутых контактов. То есть при нажатии на кнопку одни контакты замыкаются, а другие размыкаются. Зачем это нужно? Для защиты и для удобства управления. Далее рассмотрим принцип работы данной схемы, где подробно укажем, какие функции выполняют данные вспомогательные контакты.

В первую очередь, включаем автомат питания схемы АВ. Для запуска двигателя нажимаем кнопку «вперед», катушка ЭМ1 получает питание, замыкает силовые и дополнительные контакты КС1 и КР1 соответственно. Ток течет по цепочке фаза А, замкнутый контакт кнопки «стоп», нормально замкнутый контакт кнопки «назад» КЗН, замкнувшийся контакт кнопки «вперед» (после того, как ее отпустим ток будет проходить через контакт КР1), электромагнит ЭМ1, замкнутый контакт теплового реле КТ и фазу С (в этом случае для питания схемы управления выбраны фазы А и С) При нажатии кнопки «стоп» цепь размыкается и двигатель останавливается.

Для того чтобы двигатель вращался в обратную сторону нажимаем кнопку «назад». По аналогии ток течет по цепи: фаза А, кнопка «стоп», нормально замкнутый контакт кнопки вперед КЗВ, замкнувшийся контакт кнопки «назад» (после того, как отпустим ее, ток будет протекать через замкнувшийся дополнительный контакт КР2), катушку ЭМ2, замкнутый контакт теплового реле КТ. При этом замыкаются силовые контакты КС2. Обратите внимание на чередование фаз. В предыдущем случае, при замыкании контактов КС1, на двигатель приходило питание А, В, С. При нажатии кнопки назад на двигатель приходит питание С, В, А, поэтому двигатель вращается в противоположную сторону.

А что, если при вращении двигателя вперед, нажать кнопку «назад», предварительно не останавливая его нажатием на кнопку стоп? При нажатии на кнопку «назад» замкнутся ее нормально разомкнутые контакты, одновременно разомкнутся нормально замкнутые контакты КЗН. То есть катушка ЭМ1 потеряет питание до того, как питание поступит на катушку ЭМ2. Соответственно, если нажать кнопку «вперед» при вращении двигателя в обратную сторону, нормально замкнутые контакты кнопки вперед КЗВ разомкнут цепь, которая питает катушку ЭМ1, которая перестанет замыкать контакты КС1.

Если не использовать в схеме контакты КЗН и КЗВ, то при случайном нажатии кнопки «назад» при вращении двигателя вперед и наоборот, произойдет короткое замыкание, так как замкнутся силовые контакты КС1 и КС2. На короткое замыкание отреагирует автомат, обесточив цепь, а при его отказе отключится вышестоящий автомат, например главного ввода, что приведет к обесточению других потребителей. Для того чтобы избежать аварийных режимов достаточно применить нормально замкнутые контакты кнопок «вперед» и «назад».

Как отмечалось ранее, данные контакты обеспечивают удобство управления: для того, чтобы двигатель вращался в обратную сторону достаточно нажать соответствующую кнопку, предварительно не останавливая его кнопкой «стоп».

Подключение цепей индикации и сигнализации

Дополнительных контактов в магнитном пускателе несколько, как нормально разомкнутых, так и нормально замкнутых. В вышеприведенных схемах нормально разомкнутые контакты (контакты КР) применялись для поддержания питания электромагнита после того, как будет отпущена кнопка для запуска двигателя. Еще одну пару вспомогательных разомкнутых и нормально замкнутых контактов можно применить для индикации включенного или отключенного положения двигателя, а также для сигнализации. Приведем пример индикации работы приточно-вытяжной вентиляции в помещении аккумуляторной батареи распределительной подстанции.

Двигатель приточно-вытяжной вентиляции находится на некотором расстоянии и управляется дистанционно. То есть для его управления применяется схема реверса, принцип работы которой приведен выше. Для работы вентиляции в приточном режиме нажимается кнопка «приточная», для «вытяжной» — соответственно «вытяжная». Для удобства необходима индикации режима, в котором работает вентиляция. Как это осуществить? Рассмотрим более подробно.

Для питания цепи индикации предусмотрен оперативный ток в распределительном щите подстанции. Приведем схему индикации режима работы вентиляции. Схему управления двигателем приводить повторно не будем, так как она идентична. Единственно отличие – это название кнопок управления двигателем. Будем считать, что кнопка «вперед» — это «приточная», кнопка назад соответственно «вытяжная».

На схеме изображены две лампочки, сигнализирующие о режиме работы вентиляции, дополнительные нормально разомкнутые контакты магнитного пускателя 2КР1 и 2КР2, которые замыкаются электромагнитами ЭМ1 и ЭМ2 соответственно.

Схема достаточно проста. При запуске приточной вентиляции электромагнит ЭМ1 получает питание, притягивает силовые и дополнительные контакты, в том числе и контакт 2КР1. Последний замыкает цепь индикации и загорается соответствующая лампа, что свидетельствует о том, что двигатель вентиляции начал вращение.

Такой же принцип работы схемы при запуске вытяжной вентиляции. В данном случае контакт 2КР2 замыкается воздействием на него электромагнита ЭМ2.

Индикации работы двигателя свидетельствует также о том, что двигатель действительно получил питание. Представьте, если двигатель находится на таком расстоянии, что его работу не слышно в том помещении, откуда им дистанционно управляют. При нажатии на кнопку запуска вентиляции замыкается цепь управления, напряжение на катушку подается, но она не втягивает контакты (ни силовые, ни вспомогательные), так как перегорела. В данном случае двигатель не запустится. Если предусмотрена индикация работы двигателя, то будет видно, что двигатель не запущен, так как не горит соответствующая лампа.

Кроме индикации, можно осуществить сигнализацию работы двигателя. Это необходимо в том случае, если двигатель запускается автоматически. Например, автоматический пуск обдува силового трансформатора. В данном случае также применяются дополнительные контакты магнитного пускателя. То есть, при запуске двигателей (обдув трансформатора осуществляется несколькими куллерами), замыкаются дополнительные контакты пускателя, которые воздействуют на схему сигнализации. Персонал, обслуживающий данную электроустановку слышит сигнал и видит на панели сигнализации сообщение о том, что запущен обдув.

В данной статье приведены простейшие схемы подключения двигателя для его управления, а также индикации. Существуют более сложные схемы, например схема фрезерного станка в которой, несколько двигателей, множество блокировок, кнопок, переключателей режимов работы и т.д. Не смотря на сложность той или иной схемы, принцип запуска двигателя при помощи магнитного пускателя не меняется. Все те же нормально разомкнутые и замкнутые контакты кнопок, силовые контакты и т.п.

Что такое нереверсивный двигатель

Цель работы получить практические навыки в собирании схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью магнитных пускателей. Изучить на практике принцип действия реверсивной и нереверсивной схем управления АД. Изучить конструкцию и принцип действия магнитных пускателей. Освоить назначение и принцип действия аппаратов управления. Закрепить навыки по чтению электрических схем.

Оборудование и материалы: магнитный пускатель, асинхронный двигатель, соединительные провода.

Теоретические сведения

Магнитный пускатель. Такое название получили трех полюсные контакторы переменного тока со встроенными в фазах тепловыми реле для защиты ЭД от перегрузки недопустимой продолжительности. В магнитных пускателях предусмотрена также нулевая защита, предотвращающая произвольное включение пускателей при восстановлении питания.

Электрическая схема магнитного пускателя и его конструкция изображена на рисунке 3. При нажатии кнопки «Пуск» SB₁ подаётся питание на катушку пускателя KV через размыкающие контакты тепловых реле KK₁, KK₂ и кнопка «Стоп» SB₂.

Якорь 6 электромагнита 5 притягивается к сердечнику 4. При этом неподвижные контакты 2 замыкаются подвижным мостиком 8. Нажатие в контакторах обеспечивается пружиной 9. Одновременно замыкаются блок-контакты KV, которые шунтируют кнопку «Пуск» SB1. При перенапряжении ЭД сработают два или одно тепловое реле 11, цепь катушки размыкается контактами KK₁ и KK₂. При этом якорь 6 больше не удерживается сердечником и под действием собственного веса и пружины 7 подвижной системы переходит в отключенное положение.

Двукратный разрыв в каждой фазе и закрытая камера 10 обеспечивают гашение дуги без особых устройств.

Нереверсивный пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Схема приведена на рисунке 1. Для работы сети необходимо включить рубильник (Q). При нажатии кнопки «пуск» (SB1) катушка контактора (KM) получает питание и замыкает главные контакты в силовой цепи, тем самым происходит подключение двигателя к сети. Одновременно замыкается блок-контакт (KM) цепи управления, которые шунтирует кнопку пуск (SB1).

Если температура обмотки двигателя превысит допустимые значения, то сработает тепловое реле и разомкнет свои контакты в цепи управления (KK1, KK2), тем самым обесточит катушку контактора (KM) и двигатель остановиться.

Для отключения необходимо нажать кнопку «стоп» (SB2).

Для защиты двигателя от токов короткого замыкания служат плавкие предохранители (FU).

Для защиты двигателя от перегрузок и от потери фазы применяют тепловые реле (KK1, KK2), которые включаются непосредственно в силовую цепь двигателя

Работа реверсивной схемы управления АД.

Данная схема (смотри рисунок 2) управления АД с короткозамкнутым ротором обеспечивает вращение двигателя как в одну, так и другую сторону.

Силовая часть схемы (включается в сеть переменного тока автоматическим выключателем QF) состоит из электродвигателя М, обмотка статора которого включается в сеть через две группы силовых контактов: контактов КМ1, при замыкании которых ротор электродвигателя вращается в одном направлении (вперед), и контактов КМ2, при замыкании которых ротор электродвигателя вращается в другом направлении (назад) и тепловые реле КК.

Схема управления состоит из магнитных пускателей КМ1, КМ2 и их блок-контактов КМ1, КМ2; пусковых кнопок SB2 «Вперед» и SB3 «Назад»; кнопки «Стоп» SB1.

Для запуска электродвигателя сначала включают автоматический выключатель QF, потом нажимают кнопку SB2 или SB3 (в зависимости от выбранного направления вращения ротора электродвигателя). При нажимании кнопки SB2 включается магнитный пускатель КМ1, который своими главными контактами подключает двигатель к сети, тем самым осуществляя его пуск. Замыкающий блок-контакт КМ1 шунтирует при этом пусковую кнопку. Выключение двигателя осуществляется кнопкой SB1. Для пуска двигателя в другом направлении необходимо нажать кнопку SB3, которая включает магнитный пускатель КМ2.

Размыкая блок-контакт SB2 и SB3, которые подключены к цепи катушек магнитных пускателей КМ2 и КМ1 соответственно, предотвращают одновременное включение обоих магнитных пускателей, которое может привести к короткому замыкании в цепи двигателя.

Защита электродвигателя от перенапряжения осуществляется тепловыми реле КК, которые срабатывают, и разомкнут свои размыкающие контакты КК, и отключат катушку магнитного пускателя и электродвигатель остановится, потому что будет отключен от сети.

Рисунок 3. Магнитный пускатель: а) электрическая схема; б) конструкция: 1 — основание; 2 — неподвижные контакты; 3 — пружина; 4 — магнитный сердечник; 5 — катушка; 6 — якорь; 7 — возвратная пружина; 8 — контактный мостик; 9 — пружина; 10 — дугогасительная камера; 11 — нагревательный элемент

Ход работы

1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия магнитного пускателя (рисунок 3).

2. Ознакомиться со схемой исследования. Определить назначение и принцип действия отдельных элементов схемы и их контактов (рисунок 1).

3. Собрать цепь для нереверсивного управления ЭД соответственно рисунка 1. После проверки схемы преподавателем провести опыт.

4. Собрать цепь реверсивного управления ЭД соответственно рисунка 2. После проверки схемы преподавателем провести опыт.

5. Сделать вывод соответственно выполненной работы и полученных результатов проведенного опыта.

Содержание отчета

Отчет должен содержать: тему лабораторной работы, цель работы, схему электрических соединений магнитного пускателя и реверсивную схему управления ЭД, описание проведенного опыта управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью магнитных пускателей, вывод.

Вывод:

Дать ответ на контрольные вопросы:

1. Какой магнитный пускатель называется

2. Объясните работу схемы при пуске, реверсе и остановке электродвигателя.

3. Зачем шунтируют кнопку SB2 и SB3?

4. Какие виды защиты электродвигателя предусмотрены в данной схеме управления.

5. Какие аппараты использовались при сборке электрических схем?