Подключение электродвигателей для струнонавивального станка

Условия для подключения электродвигателя

Основным условием для нормальной работы трехфазных двигателей является стабильность напряжения и тока в каждой из фаз электрической сети. Обрыв хотя бы одной фазы приведет к тому, что двигатель потеряет значительную часть мощности и при нагрузке на валу свыше 50 % нормативной остановится и выйдет из строя. Пуск на двух фазах возможен только при полном отсутствии нагрузки и только в то время, когда ротор сохраняет хотя бы небольшую угловую скорость.

Асинхронный двигатель

К сведению! В момент пуска асинхронный двигатель потребляет ток, в 3-5 раз превышающий номинальный до тех пор, пока ротор не наберет определенные обороты. Это явление исходит из принципа работы двигателя.

Таким образом, если в рабочем режиме ток двигателя позволяет использовать обычные автоматические выключатели, то для обеспечения нормального пуска коммутацию следует производить через мощный контактор (магнитный пускатель).

Магнитный пускатель

В отдельных случаях возможно подключение трехфазного двигателя в бытовую однофазную сеть. При этом сильно падают мощностные характеристики. Такая ситуация возникает очень часто, когда необходимо использовать промышленный привод в бытовых условиях. Используя специальную схему включения, обеспечивают нормальную работу мотора с учетом снижения мощности.

Функции

У аппарата СГА-1 предусмотрено два механизма работы, а именно механический и автоматический. При первом варианте работы весь процесс полностью контролируются оператором, а во втором случае исполнитель лишь подает заготовки и снимает готовые изделия.

Для гибки какой арматуры

При помощи СГА-1 можно обрабатывать такие виды арматуры как:

• рабочая;
• конструктивная;
• монтажная;
• анкерная.

Примеры возможностей гибки

Максимальное сечения прутка заготовки:

• А-I – 40 мм;
• А-II – 36 мм;
• А-III – 32 мм.

Резюмируем. Станок может работать с арматурой со средним размером поперечного сечения, которой изготовлена из стандартных углеродистых и легированных сталей. В принципе его мощности будет недостаточно для того, чтобы гнуть очень жесткие металлические прутья, но большинство типов арматуры делаются именно из мягких сталей.

ВНИМАНИЕ! Ни в коем случае не пытайтесь установить одновременно две заготовки между валиками, даже если их суммарная плотность будет меньше, чем указано в спецификации к станку. Дело в том, что валики рассчитываются с учетом нагрузки на одну точку, и установив две заготовки, вы нарушаете режим работы, что приводит к поломке оборудования.

Проверка электротехнической части

По электрике надо проверить соответствие параметров.

При этом необходимо:

• Измерить сопротивление изоляции мегомметром на напряжение 500 в. Элек­тродвигатель с сопротивлением изоляции обмоток ниже 0,5 Мом должен быть просушен. Минимальное сопротивление изоляции обмотки статора после сушки при температуре 60° С должно быть не менее 0,5 Мом;
• проверить, соответствует ли напряжение сети напряжению, указанному на шильдике (в паспорте) электродвигателя;
• проверить по схеме, приложенной к электродвигателю, правильность будущих подсоединений всех выводов электродвигателя к сети.

Конструктивные особенности

Перед тем как приступать к работе, разберитесь с конструкцией АД (асинхронный двигатель).

Устройство состоит из двух элементов — ротора (подвижная часть) и статора (неподвижный узел).

Статор имеет специальные пазы (углубления), в которые и укладывается обмотка, распределенная таким образом, чтобы угловое расстояние составляло 120 градусов.

Обмотки устройства создают одно или несколько пар полюсов, от числа которых зависит частота, с которой может вращаться ротор, а также другие параметры электродвигателя — КПД, мощность и другие параметры.

При включении асинхронного мотора в сеть с тремя фазами, по обмоткам в различные временные промежутки протекает ток.

Создается магнитное поле, взаимодействующее с роторной обмоткой и заставляющее его вращаться.

Другими словами, появляется усилие, прокручивающее ротор в различные временные промежутки.

Если подключить АД в сеть с одной фазой (без выполнения подготовительных работ), ток появится только в одной обмотке.

Создаваемого момента будет недостаточно, чтобы сместить ротор и поддерживать его вращение.

Вот почему в большинстве случаев требуется применение пусковых и рабочих конденсаторов, обеспечивающих работу трехфазного мотора. Но существуют и другие варианты.

Схемы подключения однофазных асинхронных двигателей

С пусковой обмоткой

Для подключения двигателя с пусковой обмоткой потребуется кнопка, у которой один из контактов после включения размыкается. Эти размыкающиеся контакты надо будет подключить к пусковой обмотке. В магазинах есть такая кнопка — это ПНВС. У нее средний контакт замыкается на время удержания, а два крайних остаются в замкнутом состоянии.

Внешний вид кнопки ПНВС и состояние контактов после того как кнопка «пуск» отпущена»

Сначала при помощи измерений определяем какая обмотка рабочая, какая — пусковая. Обычно вывод от мотора имеет три или четыре провода.

Рассмотрим вариант с тремя проводами. В этом случае две обмотки уже объединены, то есть один из проводов — общий. Берем тестер, измеряем сопротивление между всеми тремя парами. Рабочая имеет самое меньшее сопротивление, среднее значение — пусковая обмотка, а наибольшее — это общий выход (меряется сопротивление двух последовательно включенных обмоток).

Если выводов четыре, они звонятся попарно. Находите две пары. Та, в которой сопротивление меньше — рабочая, в которой больше — пусковая. После этого соединяем один провод от пусковой и рабочей обмотки, выводим общий провод. Итого остается три провода (как и в первом варианте):

• один с рабочей обмотки — рабочий;
• с пусковой обмотки;
• общий.

С этими тремя проводами и работаем дальше — исползуем для подключения однофазного двигателя.

Со всеми этими

Подключение однофазного двигателя с пусковой обмоткой через кнопку ПНВСподключение однофазного двигателя

Все три провода подключаем к кнопке. В ней тоже имеется три контакта. Обязательно пусковой провод «сажаем на средний контакт (который замыкается только на время пуска), остальные два — на крайние (произвольно)

К крайним входным контактам ПНВС подключаем силовой кабель (от 220 В), средний контакт соединяем перемычкой с рабочим (обратите внимание! не с общим). Вот и вся схема включения однофазного двигателя с пусковой обмоткой (бифолярного) через кнопку

Конденсаторный

При подключении однофазного конденсаторного двигателя есть варианты: есть три схемы подключения и все с конденсаторами. Без них мотор гудит, но не запускается (если подключить его по схеме, описанной выше).

Схемы подключения однофазного конденсаторного двигателя

Первая схема — с конденсатором в цепи питания пусковой обмотки — хорошо запускаются, но при работе мощность выдают далеко не номинальную, а намного ниже. Схема включения с конденсатором в цепи подключения рабочей обмотки дает обратный эффект: не очень хорошие показатели при пуске, но хорошие рабочие характеристики. Соответственно, первую схему используют в устройствах с тяжелым пуском (бетономешалки, например), а с рабочим конденсором — если нужны хорошие рабочие характеристики.

Схема с двумя конденсаторами

Есть еще третий вариант подключение однофазного двигателя (асинхронного) — установить оба конденсатора. Получается нечто среднее между описанными выше вариантами. Эта схема и реализуется чаще всего. Она на рисунке выше в середине или на фото ниже более детально. При организации данной схемы тоже нужна кнопка типа ПНВС, которая будет подключать конденсатор только не время старта, пока мотор «разгонится». Потом подключенными останутся две обмотки, причем вспомогательная через конденсатор.

Подключение однофазного двигателя: схема с двумя конденсаторами — рабочим и пусковым

При реализации других схем — с одним конденсатором — понадобится обычная кнопка, автомат или тумблер. Там все соединяется просто.

Подбор конденсаторов

Есть довольно сложная формула, по которой можно высчитать требуемую емкость точно, но вполне можно обойтись рекомендациями, которые выведены на основании многих опытов:

• рабочий конденсатор берут из расчета 0,7-0,8 мкФ на 1 кВт мощности двигателя;
• пусковой — в 2-3 раза больше.

Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше, чем напряжение сети, то есть, для сети 220 В берем емкости с рабочим напряжением 330 В и выше. А чтобы пуск проходил проще, в пусковую цепь ищите конденсатор специальный конденсатор. У них в маркировке присутствует слова Start или Starting, но можно взять и обычные.

Изменение направления движения мотора

Если после подключения мотор работает, но вал крутится не в том направлении, которое вам надо, можно поменять это направление. Это делают поменяв обмотки вспомогательной обмотки. Когда собирали схему, один из проводов подали на кнопку, второй соединили с проводом от рабочей обмотки и вывели общий. Вот тут и надо перекинуть проводники.

Как все может выглядеть на практике

Частотный преобразователь для электродвигателя: назначение и функции

Инверторный преобразователь частоты — электронное устройство для изменения частоты электрического тока и напряжения. Пределы изменений солидные. Частота может меняться от 1 Гц до 500 Гц. И это не максимум, а предел регулировки нормального частотника. Современные частотные инверторы делают на основе электроники, что позволяет точно поддерживать частоту и напряжение. При желании можно создать условия для плавного старта. Все это позволяет применять относительно недорогие электромоторы постоянного тока там, где раньше это было невозможно.

Некоторые частотные преобразователи управляются микропроцессорами

Частотный инвертор с асинхронным электромотором

Асинхронные двигатели при включении потребляют в разы больше энергии чем при штатной работе. Пусковые токи могут быть в 6-8 раз выше рабочих. Такие мгновенные скачки просаживают сеть. Напряжение резко падает, потом также скачкообразно восстанавливается. При включении особо мощного движка, сетевые параметры изменяются настолько сильно, что воспринимаются чувствительной техникой как пропадание. В результате перезапускается компьютерная техника, моргают или совсем гаснут лампы, перегорают блоки питания у котлов отопления и т.д.

Раньше остроту проблемы снижали установкой конденсаторов, которые сглаживали скачки. Но конденсаторы требуются большой емкости — по 70 мкФ на каждый киловатт мощности, плюс такую же емкость необходимо подключать для нейтрализации пускового тока. Но даже в этом случае скачки были, как и перегрузки двигателя на старте. К тому же подключение через емкость «съедало» значительную часть мощности мотора. Для компенсации потери необходимо было покупать более мощные агрегаты, ставить более мощные пусковые конденсаторы. В общем, решение не лучшее, но другого по сути, не было.

Преобразователи частоты выбирают по мощности подключаемого оборудования (должен быть запас не менее 20%) и по току (тоже с запасом)

С появлением преобразователей частоты (ПЧ) проблема решается намного эффективнее. Основная функция этого оборудования — плавный и постепенный разгон двигателя с нуля до полной мощности. На протяжении определенного промежутка времени (может задаваться, а может быть фиксированной величиной), подаваемый на двигатель ток плавно изменяет свои параметры, выводя движок на рабочий режим. Никаких перегрузок, влияния на сети. И конденсаторы не нужны, значит мощность двигателя может быть примерно на 40% меньше чем раньше (именно настолько она снижалась с конденсаторами). Точно так же, постепенно, происходит отключение. Электромотор постепенно замедляется, затем останавливается. В общем, частотный преобразователь для электродвигателя продлевает срок его эксплуатации, убирает проблему пусковых токов, стабилизирует параметры сети.

Что дает применение частотного инвертора с синхронным двигателем

Синхронные электродвигатели постоянного тока имеют несложное устройство, после выхода на требуемую скорость работают стабильно. Недостатки — сложности с пуском и невозможность регулирования частоты вращения вала. Проблему пуска давно научились обходить — делают асинхронную пусковую обмотку, которой разгоняют до нужной частоты. А вот невозможность менять скорость очень сильно ограничивает область применения. Не так много устройств, в которых нет необходимости в разных скоростных режимах работы двигателя. Это вентсистемы, кулеры.

Таблица с несколькими моделями, их параметрами и ценами

Если с синхронным электродвигателем использовать частотный преобразователь, проблема изменения скоростей решается на раз. Причем эта связка  работает настолько удачно, что японцы уже выпустили новые электропоезда на такой тяге. Стало появляться и другое подобное оборудование. Причем не только тяговое — новые электроинструменты некоторые производители стали выпускать с такими моторами. Да, стоит такое оборудование дороже, но имеет хороший КПД, работает стабильно.

Заводы-производители

• Машстройконструкция
• ПромСтройМаш
• РусИнСтрой
• Гигант (Станкокомпания)

Все производственные мощности вышеперечисленных компаний располагаются на территории России. Этим обусловлена невысокая цена и быстрая скорость доставки. Тем не менее серия СГА пожалуй единственная, которая нашла применение за рубежом.

Данные производители сертифицированные имеют в распоряжении все необходимые документы и сертификаты на продажу их станки проходят процедуру контроля качества и пригодности к работе.

ВНИМАНИЕ! Если вы приобретаете б/у оборудование и продавец отказывается предоставлять сертификаты или документы, которые подтверждают факт приобретения станка на заводе, скорее всего перед вами подделка.

Как я сам изготовил частотный преобразователь

Я изготовил преобразователь частоты и асинхронный привод для моего товарища. Ему нужен был привод для пилорамы, мощный и хороший. Так как я любил заниматься электроникой, то сразу предложил ему такую схему:

Трехфазный мост на транзисторах с диодами обратной связи я использовал, которые имелись. Управление осуществил через оптодрайвер HCPL 3120 микроконтроллером PIC16F628A. У входа припаял гасящую емкость, чтобы электролиты заряжались плавно. Затем припаял шунтовое реле. Еще установил триггер защиты тока от замыкания и перегрузки. Для управления установил две кнопки и выключатель для обратного вращения.

Силовую часть я собрал на навесном монтаже.

Резисторы, соединил параллельно по 270 кОм с помощью затворных проходных конденсаторов, позади платы их напаял. Моя плата показана на внешнем виде:

Вид этой моей платы с другой стороны:

Для подключения питающего напряжения я собрал блок питания, работающий на импульсах, обратноходовой. Вот привожу схему этого блока питания:

Как я запрограммировал микроконтроллер? Простые моргалки для меня не представляли какой-то проблемы. Получились константы в виде матрицы, над которой работал мой контроллер. Частота и напряжение были заданы этими величинами. Всю схему работы проверил на моторчике вентилятора небольшой мощности, 200 Вт. Эта моя конструкция выглядела так:

Начальные эксперименты дали хороший результат. Затем доработал программу. Раскрутил двигатель на 4 кВт, и пошел собирать управление пилорамой.

При монтаже у нас с товарищем случайно произошло замыкание и сработала защита, проверили ее работу. Мотор на 2 кВт 1500 оборотов с легкостью пилил доски. Сейчас программа еще дорабатывается для раскрутки двигателя выше номинала. Характеристики: частота от 2 до 50 герц с шагом 1,5 герц, синхронная частота, постоянно меняется, разбег от 1500 до 3500 герц, управление скалярного типа U/F, мощность мотора до 5 кВт.

Удерживаем кнопку RUN и разгоняем двигатель. Отпускаем, частота держится на уровне. Когда загорается светодиод, то привод готов к запуску.

Высокомоментные двигатели постоян­ного тока

Высокомоментные двигатели постоян­ного тока с возбуждением от постоянных магнитов имеют низкую номинальную частоту враще­ния. Низкие номинальные скорости вращения позволяют устанавли­вать их в станки и механизмы без редукторов. Это довольно существенно упрощает конструк­цию электроприводов и дает возможность приблизить источник движения к исполнительному органу станка. Номинальная частота вращения высокомоментных двигателей составляет обычно 1000 об/мин. Он мо­жет работать значительное время при больших перегрузках.

Обычно высокомоментные дви­гатели выпускают со встроенными электромагнитным тормозом, тахогенератором и датчиком положения. На рис. 2.3 показан пример компоновки такого двигателя.

Рисунок 2.3. Высокомоментный двигатель постоянного тока

где: 1 — корпус, 2 — постоянные магниты, 3 — якорь, 4 — электромагнитный тормоз, 5 — тахогенератор, 6 — датчик положения (резольвер), 7 — механическая передача, 8 — соединительная муфта. Тормоз 4 служит для предотвращения аварий в случае отключения напряжения питания сети, а также для быстрого торможения подвижных узлов станка. Тахогенератор 5 является датчиком скорости двигателя в системе обратной связи его управления. Для обратной связи при управлении двигателем служит также и датчик положения 6, выдающий электрический сигнал, пропорциональный углу поворота вала двигателя. Такая | встроенная конструкция позволяет не только снизить габаритные I размеры привода, но и в результате упрощения связей повысить точность позиционирования.

В свою очередь, наличие постоянных магнитов позволяет умень­шить габаритные размеры системы возбуждения и самого двигателя и улучшить его энергетические и динамические характеристики. Таким образом, эффект от применения высокомагнитных двига­телей в станках складывается из повышения производительности станка и упрощения его кинематической схемы. Повышение же производительности двигателя достигается в результате увеличения скорости быстрых перемещений, большого диапазона регулирова­ния скорости и малой его инерционности.

Отечественной промышленностью для работы в электроприводах станков выпускают высокомоментные двигателя серий ПВБ, ПВ и ДК, отличающиеся формой и материалом постоянных магнитов и якоря. Эти отличия вызваны стремлением снизить диаметр якоря и соответственно момент его инерции. Наличие встроенных устройств, а также степень их защиты и габаритные размеры указываются в условном обозначении типа двигателя. Например, ПБВ160ЬСУЗ — двигатель постоянного тока (П). исполнение — закрытое (Б); высоко­моментный,  возбуждение производится от постоянных магнитов (В).  Высота оси вращения 160 мм, второй длины (Ь). Имеет в наличии встроенный тахогенератор (С). Климатическое исполнение и категория размеще­ния УЗ.

Преимущества станка для загиба прутков

Учитывая активное развитие научно-технического прогресса, нужно понимать, что большинство нововведений, выпускаемых производителями по всему миру, является модификацией простых механизмов, которые были открыты более века тому назад.

Сразу же встаёт логичный вопрос: настолько ли рационально использовать станки для гибки арматуры и труб, как это заявляют производители?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно обратиться к статистике об объемах производства до 1915 года, ведь именно в тот момент начали масштабно внедрять автоматические и полуавтоматические станки для гибки металлов. Сложно поверить, но до этого момента металлические изделия гнулись вручную, а иногда, для того, чтобы выполнить обработку прута арматуры, требовалась усилия 3 или даже 4 человек.

Отсюда следует первый плюс, а именно ускорение рабочего процесса и увеличения объемов производства.

Если станок такой эффективный, то у него должен быть какой-то минус, например большие габариты или сложная схема подключения. Несмотря на то, что аппарат относится к категории бюджетных, его транспортировка, установка и подключения не вызывает никаких неудобств, схемы интуитивно понятные, а если уж и этого недостаточно, то в комплекте со станком приложена схема подключения и инструкция.

Второй плюс – легкость в транспортировке и установке.

Всё налажено, материала в достатке, электроэнергия подведена. Механизм оборудован панелью управления, при помощи которой можно контролировать режим работы, задавать различные параметры и в любой момент остановить процесс подготовки изделия. Поэтому управлять станком совсем несложно.

Станок для гибки арматуры СГА-1. Производство — Россия. Фото ВсеИнструменты.ру

Третий плюс – лёгкость эксплуатации и удобство в работе.

Также стоит отметить экономический фактор. Большинство современных станков с большой мощностью потребляют колоссальное количество энергии, тем не менее, их КПД от этого не возрастает. Модель СГА-1 выполнена с учетом данного фактора и не расходует электроэнергию выше нормы.

Четвёртый плюс — экономия.

Еще один неоспоримый плюс — это использование червячной передачи. Такой фактор продлевает срок работы аппарата и снижает шанс поломки механизма подачи.

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.

Поэтому место расположения тумблера реверса на станке необходимо выбирать так, чтобы исключить случайное оперирование им во время работы. Устанавливайте его в углублениях конструкции.