Введение

Устройство для регулирования работы двигателя. Контроллер двигателя – это устройство или группа устройств, способных координировать работу электродвигателя в заданном порядке. Контроллер двигателя может включать в себя ручное или автоматическое средство для запуска и остановки двигателя, выбора направления вращения (вперед или назад), выбора и регулирования скорости, регулирования или ограничения крутящего момента, а также защиты от перегрузок и электрических неисправностей. Контроллеры двигателя могут использовать электромеханическое переключение или силовые электронные устройства для регулирования скорости и направления вращения двигателя.

Приложения

Контроллеры двигателей используются как с двигателями постоянного тока, так и с двигателями переменного тока. Контроллер включает в себя средства для подключения двигателя к источнику электропитания и может также включать защиту от перегрузки двигателя, а также защиту от перегрузки по току для двигателя и проводки. Контроллер двигателя может также контролировать обмотку возбуждения двигателя или обнаруживать такие состояния, как низкое напряжение питания, неправильная полярность, неправильная последовательность фаз или высокая температура двигателя. Некоторые контроллеры двигателей ограничивают пусковой ток, позволяя двигателю и подключенной механической нагрузке разгоняться медленнее, чем при прямом подключении. Контроллеры двигателей могут быть ручными, требующими от оператора последовательного переключения пусковых ступеней для разгона нагрузки, или полностью автоматическими, использующими внутренние таймеры или датчики тока для разгона двигателя. Некоторые типы контроллеров двигателей также позволяют регулировать скорость электродвигателя. Для двигателей постоянного тока контроллер может регулировать напряжение, подаваемое на двигатель, или регулировать ток, протекающий в обмотке возбуждения двигателя. Двигатели переменного тока могут слабо или вообще не реагировать на изменение напряжения на клеммах, поэтому контроллеры для двигателей переменного тока вместо этого регулируют сопротивление роторной цепи (для двигателей с фазным ротором) или изменяют частоту переменного тока, подаваемого на двигатель, для регулирования скорости с помощью силовой электроники или электромеханических преобразователей частоты. Физическая конструкция и компоновка контроллеров двигателей столь же разнообразна, как и самих электродвигателей. Для бытового вентиляционного вентилятора может быть достаточно настенного переключателя с соответствующими характеристиками. Электроинструменты и бытовая техника могут иметь выключатель, который просто включает и выключает двигатель. Промышленные двигатели могут использовать более сложные контроллеры, подключенные к системам автоматизации; на заводе может быть установлено большое количество контроллеров двигателей, сгруппированных в центре управления двигателями. Контроллеры для электрических мостовых кранов или электромобилей могут быть установлены непосредственно на подвижном оборудовании. Самые большие контроллеры двигателей используются с насосными двигателями гидроаккумулирующих электростанций и могут иметь мощность в десятки тысяч лошадиных сил (киловатт).

Типы контроллеров двигателей

Контроллеры двигателей могут управляться вручную, дистанционно или автоматически. Они могут включать в себя только средства для запуска и остановки двигателя, либо дополнительные функции. Электродвигатель может быть классифицирован по типу приводимого в действие двигателя, например, с постоянными магнитами, сервопривод, последовательного возбуждения, с независимым возбуждением и переменного тока. Контроллер двигателя подключается к источнику питания, такому как аккумулятор или блок питания, и к управляющей схеме посредством аналоговых или цифровых входных сигналов.

Стартеры двигателей

Небольшой двигатель можно запустить, просто подключив его к источнику питания. Для более крупного двигателя требуется специализированное коммутационное устройство, называемое пускателем двигателя или контактором двигателя. При включении пускатель прямого пуска (DOL) немедленно соединяет клеммы двигателя непосредственно с источником питания. В малых размерах пускатель двигателя представляет собой ручной переключатель; для более крупных двигателей или тех, которые требуют дистанционного или автоматического управления, используются магнитные контакторы. Очень большие двигатели, работающие от источников питания среднего напряжения (тысячи вольт), могут использовать силовые автоматические выключатели в качестве коммутирующих элементов. Пускатель прямого пуска (DOL) или пускатель "в линию" подает полное сетевое напряжение на клеммы двигателя. Это самый простой тип пускателя. Пускатель DOL часто содержит защитные устройства (см. ниже), а в некоторых случаях – системы контроля состояния. Меньшие размеры пускателей прямого пуска управляются вручную; большие размеры используют электромеханический контактор для коммутации цепи двигателя. Существуют также твердотельные пускатели прямого пуска. Пускатель прямого пуска можно использовать, если высокий пусковой ток двигателя не вызывает чрезмерного падения напряжения в питающей сети. По этой причине максимальный размер двигателя, допускаемый для прямого пуска, может быть ограничен поставщиком электроэнергии. Например, поставщик может потребовать от сельских потребителей использовать пускатели с пониженным напряжением для двигателей мощностью более 10 кВт. Пуск DOL иногда используется для запуска небольших водяных насосов, компрессоров, вентиляторов и конвейерных лент. В случае асинхронного двигателя, такого как трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, двигатель будет потреблять высокий пусковой ток до достижения полной скорости. Этот пусковой ток обычно в 6-7 раз превышает номинальный ток. Для снижения пускового тока более крупные двигатели оснащаются пускателями с пониженным напряжением или частотными преобразователями для минимизации просадок напряжения в питающей сети. Реверсивный пускатель может подключить двигатель для вращения в любом направлении. Такой пускатель содержит две цепи DOL – одну для вращения по часовой стрелке и другую для вращения против часовой стрелки, с механическими и электрическими блокировками для предотвращения одновременного замыкания. Вышеуказанная функция достигается с помощью силового контактора и таймера в автоматическом пускателе "звезда-треугольник". Автоматический пускатель "звезда-треугольник" состоит из трех контакторов, таймера и тепловой перегрузки. Контакторы меньше, чем одиночный контактор, используемый в пускателе прямого пуска, поскольку они управляют только токами обмоток. Токи, протекающие через обмотки, составляют 1/корень из 3 (58%) от тока в линии. Есть два контактора, которые замкнуты во время работы, часто называемые главным контактором и контактором "треугольник". Они рассчитаны на AC3 с 58% от номинального тока двигателя. Третий контактор – это контактор "звезда", который несет ток "звезды" только тогда, когда двигатель подключен по схеме "звезда". Ток в схеме "звезда" составляет одну треть тока в схеме "треугольник", поэтому этот контактор может быть рассчитан на AC3 с номинальной мощностью одной трети (33%) от номинальной мощности двигателя. Переход от "звезды" к "треугольнику" может быть разомкнутым или замкнутым. Во время разомкнутого перехода пускатель двигателя на короткое время отключается от двигателя и повторно подключается в конфигурации "треугольник". При замкнутом переходе переход от схемы "звезда" к схеме "треугольник" осуществляется без отключения двигателя. Для этого требуется дополнительный трехполюсный контактор и три резистора.

Приводы с регулируемой скоростью

Регулируемый привод (ASD) или привод с переменной скоростью (VSD) – это взаимосвязанный комплекс оборудования, предназначенный для привода и регулирования рабочей скорости механической нагрузки. Электрический регулируемый привод состоит из электродвигателя и контроллера скорости или преобразователя мощности, а также вспомогательных устройств и оборудования. В обычной практике термин "привод" часто используется для обозначения только контроллера.

Интеллектуальные контроллеры

Интеллектуальный контроллер двигателя (IMC) использует микропроцессор для управления силовыми электронными устройствами, применяемыми для управления двигателем. IMC отслеживают нагрузку на двигатель и, соответственно, подстраивают крутящий момент двигателя под текущую нагрузку. Это достигается путем снижения напряжения на обмотках переменного тока и одновременного уменьшения тока и реактивной мощности. Это позволяет повысить энергоэффективность двигателей, работающих большую часть времени при низкой нагрузке, что приводит к снижению тепловыделения, шума и вибрации, создаваемых двигателем.

Реле перегрузки

Стартер будет содержать защитные устройства для двигателя. Как минимум, это будет реле тепловой перегрузки. Реле тепловой перегрузки предназначено для разрыва пусковой цепи и, следовательно, отключения питания двигателя в случае длительного потребления двигателем тока, превышающего допустимый. Реле тепловой перегрузки имеет нормально замкнутый контакт, который размыкается из-за тепла, выделяемого избыточным током, протекающим по цепи. Тепловые реле перегрузки оснащены небольшим нагревательным элементом, температура которого повышается с увеличением рабочего тока двигателя. Существует два типа реле тепловой перегрузки. В одном типе биметаллическая пластина, расположенная вблизи нагревательного элемента, изгибается при повышении температуры элемента, пока механически не приведет к срабатыванию устройства и размыканию цепи, отключая питание двигателя при перегрузке. Реле тепловой перегрузки допускает кратковременный высокий пусковой ток двигателя, одновременно точно защищая его от перегрузки по рабочему току. Нагревательная катушка и действие биметаллической пластины обеспечивают временную задержку, позволяющую двигателю запуститься и выйти на нормальный рабочий ток без срабатывания реле тепловой перегрузки. Реле тепловой перегрузки может быть с ручным или автоматическим сбросом, в зависимости от области применения, и имеет регулировку для точной настройки на рабочий ток двигателя. Второй тип реле тепловой перегрузки использует эвтектический сплав, подобный припою, для удержания пружинного контакта. Когда через нагревательный элемент проходит слишком большой ток в течение длительного времени, сплав плавится, и пружина освобождает контакт, разрывая цепь управления и отключая двигатель. Поскольку элементы из эвтектического сплава не регулируются, они устойчивы к случайному вмешательству, но требуют замены нагревательного элемента для соответствия номинальному току двигателя.

Временное последовательное расписание автоматического перезапуска нескольких двигателей

После восстановления электропитания (обычно с задержкой от 30 до 60 секунд) автоматически запускается последовательность автоматических перезапусков нескольких двигателей. Без заданного временного графика любая попытка одновременного перезапуска большого количества двигателей может привести к частичному или полному отключению электроэнергии на объекте.

Контроллеры шаговых двигателей

Шаговый двигатель – это синхронный, бесщеточный, многополюсный, многофазный двигатель. Управление обычно, но не исключительно, осуществляется по разомкнутому контуру, то есть предполагается, что положение ротора следует за управляемым вращающимся магнитным полем. Благодаря этому, точное позиционирование с помощью шаговых двигателей проще и дешевле, чем при использовании систем управления с обратной связью. Современные контроллеры шаговых двигателей подают на двигатель значительно более высокое напряжение, чем номинальное, указанное на его паспортной табличке, и ограничивают ток методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Типичная схема состоит в использовании контроллера позиционирования, известного как индексатор, который посылает импульсы шага и направления в отдельную схему привода с более высоким напряжением, отвечающую за коммутацию и ограничение тока.