Способы пуска асинхронного двигателя

Существуют различные способы пуска асинхронного двигателя. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Существуют различные способы пуска асинхронного двигателя. Непосредственное подключение агрегата к сети – это прямой пуск асинхронного двигателя, который применим для моторов с короткозамкнутым ротором. При проектировании подобных устройств специалисты разрабатывают конструктивное решение, при котором пусковые токи, возникающие в обмотке статора, не провоцируют большое механическое усилие и не перегревают обмотку.

В связи с этим прямой пуск асинхронного двигателя высокой мощности невозможен, поскольку он приводит падению напряжения (больше 15%) в сети. Это, в свою очередь, ведет к неустойчивой работе пусковой аппаратуры, провоцирует подгорание контактов и, как результат – пуск асинхронного двигателя становится невозможен.

Для снижения пускового тока пуск асинхронного двигателя производится при пониженном напряжении.

Пуск асинхронного двигателя, который работает при соединении обмотки статора треугольником и фазное напряжение соответствует напряжению сети, производится путем переключения обмотки статора со звезды на треугольник.

В момент подключения переключатель устанавливается в положение, когда обмотка статора соединена звездой. Это приводит к уменьшению фазного напряжения на статоре и тока в фазных обмотках мотора.

В положении «звезда» фазный ток равен линейному, тогда как в положении «треугольник» он ниже линейного. Таким образом, при включении, когда ротор наберет скорость близкую к номинальной, переключатель переводят в положение треугольник. Возникающий перепад тока, как правило, невелик и не оказывает воздействия на работу сети питания.

Поскольку снижение фазного напряжения приводит к существенному уменьшению пускового момента, это является серьезным недостатком.

Пуск асинхронного двигателя может производиться при помощи автотрансформаторов и реакторов. Как и прочие способы пуска асинхронного двигателя, он основан на уменьшении подводимого напряжения и характеризуется снижением пускового момента.

Схема пуска асинхронного двигателя разрабатывается таким образом, чтобы создавать при небольшом токе большой пусковой момент. В отличие от прямого подключения специальное устройство пуска асинхронного двигателя обеспечивает постепенный разгон и торможение двигателя, что достигается благодаря подаче линейно изменяющегося напряжения от начального до номинального значения.

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя в высокой степени снижает вероятность механического повреждения привода и вала электродвигателя, уменьшает электромеханические усилия в обмотках мотора. Сочетает функциональность и высокую надежность, простоту в настройках и эксплуатации.

Услуги МИГ Электро

Узнайте больше у консультантов МИГ Электро по предложенным телефонам, либо электронной почте:

Москва:          Тел.: (495) 989 7780 [email protected]

Санкт-Петербург:                  Тел.: (812) 640 5906 [email protected]

Екатеринбург:                   Тел.: (343) 384 7780 [email protected]

Способы пуска асинхронного двигателя — прямой пуск ~ Электропривод

При применении асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, очень остро встает вопрос ограничения пусковых токов. Для ограничения пусковых токов применяются различные схемы пуска асинхронного двигателя.

Пусковой ток

При подаче на электродвигатель напряжения, в цепи статора двигателя возникают скачки тока, именуемые пусковым током или током заторможенного ротора. Пусковой ток при пуске трехфазного асинхронного двигателя может превышать в 5 – 7 раз выше номинального, хотя действует кратковременно. После окончания пуска двигателя, и выхода двигателя на номинальные обороты, ток падает до номинального, как показано на рис.

В каждом отдельном случае необходимо принимать меры, для снижения пусковых токов, используя различные способы пуска. Кроме этого необходимо принять специальные меры для стабилизации питающего напряжения.

Пусковые периоды

Рассматривая различные способы пуска трехфазного асинхронного двигателя, которые снизить пусковой ток, нужно следить за тем, чтобы период пуска не был слишком долгим. Потому что продолжительное время пуска двигателя может вызвать перегрев обмоток.

Способы пуска трехфазного асинхронного двигателя

Следует знать основные достоинства и недостатки различных способов пуска трехфазного асинхронного двигателя. В данной таблице представлены сравнительные характеристики часто используемых способов пуска.

Прямой пуск

Что такое прямой пуск? Как следует из названия, прямой пуск трехфазного асинхронного двигателя означает, что электродвигатель подключается к сети на номинальное напряжение. Прямой пуск в англоязычной аббревиатуре обозначается как (direct-on-line starting – DOL). Его обычно применяют при стабильном питании двигателя, если вал двигателя жестко привязан к приводу, например привод вентилятора или насоса.

Преимущества

Прямой пуск трехфазного асинхронного двигателя от сети (DOL), на сегодняшний день является самым дешёвым и простым. Поэтому он получил и самое большое распространение в промышленности. Кроме того, он даёт минимальное увеличение температуры электродвигателя при пуске по сравнению со всеми другими способами пуска. Если величина пускового тока не ограничивается специальными нормами, то такой способ является наиболее предпочтительным, но не самым экономичным. Если величина пускового тока ограничена параметрами сети, то необходимо выбирать другие способы пуска. Простейшая схема управления трехфазным асинхронным двигателем M включает в себя силовой контактор KM, устройство зашиты от перегрузок QF тепловое реле KT и кнопки управления SB1, SB2.

Недостатки

В схемах прямого пуска асинхронных двигателей пусковой момент составляет 150% -300% номинального, при этом пусковой ток может достигать 300% — 800% тока номинального.

2. Пуск ад с короткозамкнутым ротором может быть:

1. Прямым включением в сеть. При этом пуске кратность пускового тока достигает (5 ÷ 7) I_ном По этому этот пуск может применяться для двигателей малой и средней мощности при мощной сети питания. Если сеть не большой мощности, то при данном пуске происходит понижение напряжения сети, что отрицательно сказывается на работе других двигателей.

2. Пуск при пониженном напряжении реализуется:

а) путем переключения обмоток статора со схем Δ на в момент пуска. При этом напряжение уменьшается в раз, а момент и ток в 3 раза.

б) введением в цепь статора реактора или автотрансформатора.

При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник1. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторыР, на которых происходит падение напряженияjI_nx_p (гдех_р — индуктивное сопротивление реак­тора, Ом). В резуль­тате на обмотку ста­тора подается пони­женное напряжениеU^’₁=U_ном –jI_nx_p. После разгона ро­тора двигателя включают рубиль­ник2и подводимое к обмотке статора напряжение оказы­вается номиналь­ным.

Недостаток это­го способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения вU^’₁/U_номраз сопровождается уменьшением пускового моментаМ_пв (U^’₁/U_ном)²раз.

Рис. 15.5. Схемы реакторного (а) и автотранс­форматорного (б) и с тиристорным регулятором напряжения (в ) в цепи статора.

При пуске двигателя через понижающий автотрансформа­тор (рис. 15.5, б) вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубиль­ник

2и двигатель оказывается подключенным на пониженное на­пряжениеU^’₁. При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается вК_Aраз, гдеК_A— ко­эффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансфор­матора, то он уменьшается вК_A²раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного вК_Aраз и поэтому уменьшение пускового то­ка при автотрансформаторном пуске составляет К_AК_A=К_A²раз. Например, если кратность пускового тока асинхронного двигателя при непосредственном его включении в сеть составляет I_п/I_1ном = 6, а напряжение сети 380 В, то при автотрансформатор­ном пуске с понижением напряжения до 220 В кратность пусково­го тока в сетиI^’_п/I_1ном = 6/(380/220)²= 2.

После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением ру­бильника3на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U₁= (0,50÷0,60) U_1ном, на второй —U₁= (0,70÷0,80) U_1номи, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напря­жениеU_1ном.

Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряже­нии, автотрансформаторный способ пуска сопровождается умень­шением пускового момента, так как значение последнего прямопропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьше­ния пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в пи­тающей сети уменьшается в U^’₁/U_номраз, а при автотрансформа­торном — в (U^’₁/U_ном)²раз. Но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (пони­жающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) не­сколько ограничивают применение этого способа пуска асинхрон­ных двигателей.

Способы запуска трехфазных асинхронных двигателей

Доброго времени суток, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru

Двигатели трехфазные

В рубрике «Общее» рассмотрим способы запуска трехфазных асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором. В настоящее время используются различные способы запуска асинхронных двигателей. При запуске двигателя должны удовлетворяться основные требования. Запуск должен происходить без применения сложных пусковых устройств. Пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи как можно меньше. Современные электродвигатели являются энерго-эффективными двигателями и имеют более высокие пусковые токи, что заставляет уделять большее внимание их способам запуска. При подаче на двигатель напряжения питания возникает скачок тока, который называют пусковым током.

Пусковой ток обычно превышает номинальный в 5 – 7 раз, но действие его кратковременное. После того как двигатель вышел на номинальные обороты, ток падает до минимального. В соответствии с местными нормами и правилами, для снижения пусковых токов, и используются разные способы запуска асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором. Вместе с этим необходимо уделять внимание и стабилизации напряжения сетевого питания. Говоря о способах запуска, которые уменьшают пусковой ток, следует отметить, что период запуска не должен быть слишком долгим. Слишком продолжительные периоды запуска могут вызвать перегрев обмоток.

 Прямой запуск

 Самый простой и наиболее часто применяемый способ запуска асинхронных двигателей – это прямой пуск. Прямой пуск означает, что электродвигатель запускается прямым подключением к сетевому напряжению питания. Прямой пуск применяется при стабильном питании двигателя, жестко связанного с приводом, например насоса. На (Рис.1) приведена схема прямого пуска асинхронного двигателя. 

Прямой пуск

Подключение двигателя в электрическую сеть происходит при помощи контактора (пускателя). Реле перегрузки необходимо для защиты двигателя в процессе эксплуатации от перегрузки по току. Двигатели малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при прямом подключении обмоток статора к сетевому питанию пусковые токи, возникающие при запуске, не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры на двигатель, с точки зрения механической и термической прочности. Переходной процесс в момент запуска характеризуется очень быстрым затуханием свободного тока, что позволяет пренебречь этим током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса. На графике (Рис. 1) приведена характеристика пускового тока при прямом запуске асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором.

Прямой запуск от сети питания является самым простым, дешёвым и наиболее часто применяемым способом запуска. При таком запуске происходит наименьшее повышение температуры в обмотках электродвигателя во время включения по сравнению со всеми остальными способами запуска. Если нет жестких ограничений по току, то такой метод запуска является наиболее предпочтительным. В разных странах действуют различные правила и нормы по ограничению максимального пускового тока. В таких случаях, необходимо использовать другие способы запуска.

Для небольших электродвигателей пусковой момент будет составлять от 150% до 300% от номинального момента, а пусковой ток будет составлять от 300% до 700% от номинального значения или даже выше.

 Запуск «звезда – треугольник»

 Запуск переключением «звезда – треугольник» используется для трёхфазных индукционных электродвигателей и применяется для снижения пускового тока. Следует отметить, что запуск переключением «звезда – треугольник» возможен только в тех двигателей, у которых  выведены начала и концы всех трех обмоток. Пульт для запуска «звезда – треугольник» состоит и следующих комплектующих, трех контакторов (пускателей), реле перегрузки по току и реле времени, управляющего переключением пускателей. Чтобы можно было использовать этот способ запуска, обмотки статора электродвигателя, соединенные по схеме «треугольник», должны быть рассчитаны на работу в номинальном режиме. Обычно электродвигатели рассчитаны на напряжение 400 В при соединении по схеме «треугольник» (∆) или на 690 В при соединении по схеме «звезда» (Y). Такая унифицированная схема соединения может быть также использована для пуска электродвигателя при более низком напряжении. Схема запуска переключением «звезда – треугольник» показана на (Рис. 2)

Пуск звезда треугольник

В момент пуска электропитание к обмоткам статора подключено по схеме «звезда» (Y) Замкнуты контакторы К1 и К3. По истечении определённого периода времени, зависящего от мощности двигателя и времени разгона, происходит переключение на режим запуска «треугольник» (∆). При этом контакты пускателя K3 размыкаются, а контакты пускателя K2 замыкаются. Управляет переключением контактов пускателей K3 и K2 реле времени. На реле выставляется время, в течение которого происходит разгон двигателя. В режиме запуска «звезда – треугольник» напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в корень из трех раз, что приводит к уменьшению фазных токов тоже в корень из трех раз, а линейных токов в 3 раза. Соединение по схеме «звезда – треугольник» дает более низкий пусковой ток, составляющий всего одну треть тока при прямом запуске. Запуск «звезда – треугольник» особенно хорошо подходят для инерционных систем, когда происходит «подхватывание» нагрузки после того, как произошел разгон двигателя.

Запуск «звезда – треугольник» также понижает и пусковой момент, приблизительно на треть. Данный метод можно использовать только для индукционных электродвигателей, которые имеют подключение к напряжению питания по схеме «треугольник». Если переключение «звезда – треугольник» происходит при недостаточном разгоне, то это может вызвать сверхток, который достигает почти такого же значения, что и ток при «прямом» запуске. За время переключения из режима «звезда» в «треугольник» двигатель очень быстро теряет скорость вращения, для ее восстановления необходим мощный импульс тока. Скачок тока может стать ещё больше, так как на время переключения двигатель остается без сетевого напряжения.

 Запуск через автотрансформатор

Данный способ запуска осуществляется при помощи автотрансформатора, последовательно соединённого с электродвигателем во время запуска. Автотрансформатор понижает подаваемое на электродвигатель напряжение (приблизительно на 50–80% от номинального напряжения), чтобы произвести запуск при более низком напряжении. В зависимости от заданных параметров напряжение снижается в один или два этапа. Понижение напряжения, подаваемого на электродвигатель одновременно, приведёт к уменьшению пускового тока и вращающего пускового момента. Если в определённый момент времени к электродвигателю не подаётся питание, он не потеряет скорость вращения, как в случае с запуском «звезда – треугольник». Время переключения от пониженного напряжения к полному напряжению можно корректировать. На (Рис. 3) приведена характеристика пускового тока при запуске асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором при помощи автотрансформатора.

Пуск через автотрансформатор тока

Помимо уменьшения пускового момента, способ запуска через автотрансформатор имеет и недостаток. Как только электродвигатель начинает работать, он переключается на сетевое напряжение, что вызывает скачок тока. Вращающий момент зависит от напряжения подаваемого на двигатель. Значение пускового момента пропорциональны квадрату напряжения.

Плавный пуск 

В устройстве «плавный пуск» используются те же IGBT транзисторы, что и в частотных преобразователях. Данные транзисторы через цепи управления, понижают начальное напряжение, поступающее на электродвигатель, что приводит к уменьшению пускового момента в электродвигателе. В процессе запуска «плавный пуск» постепенно повышает напряжение электродвигателя, что позволяет электродвигателю разогнаться до номинальной скорости вращения, не образуя большого момента и пиков тока. На (Рис. 4) приведена характеристика пускового тока при запуске асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором с помощью устройства «плавный пуск». Плавный запуск может использоваться также для управления торможением электродвигателя. Устройство «плавный пуск» дешевле преобразователя частоты. Использование устройства «плавного пуска» для асинхронных двигателей значительно увеличивают срок службы электродвигателя, а с ним и насоса находящегося на валу этого двигателя.

Диаграмма для плавного пуска двигателя

У «плавного пуска» существуют те же проблемы, что и у частотных преобразователей: они создают наводки (помехи) в систему электроснабжения. Данный способ также обеспечивает подачу пониженного напряжения к электродвигателю во время запуска. При плавном запуске электродвигатель включается при пониженном напряжении, которое затем увеличивается до напряжения сетевого питания. Напряжение в плавном пускателе уменьшается за счет фазового сдвига. Данный способ пуска не вызывает образования скачков тока. Время запуска и пусковой ток можно задавать.

 Запуск при помощи частотного преобразователя

Частотные преобразователи предназначены не только для запуска, но и управления электродвигателем. Инвертор позволяет снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом. На (Рис. 5) приведена характеристика пускового тока при запуске асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя.

Пуск двигателя с преобразователем частоты

Преобразователи частоты остаются все еще дорогими устройствами, и также как и плавный пуск, создают дополнительные помехи в сеть электропитания.

 Заключение

 Задача любого из способов запуска электродвигателя заключается в том, чтобы согласовать характеристики вращающего момента электродвигателя с характеристиками механической нагрузки, при этом необходимо, чтобы пиковые токи не превышали допустимых значений. Существуют различные способы запуска асинхронных двигателей, каждый их которых имеет свои плюсы и минусы. И в заключении приведена небольшая таблица, где в краткой форме указаны преимущества и недостатки наиболее распространённых способов запуска асинхронных электродвигателей.

Таблица 1

 

Способы запуска	Преимущества	Недостатки
Прямой запуск	Простой и экономичный. Безопасный запуск Самый большой пусковой момент	Высокий пусковой ток
Запуск «звезда – треугольник»	Уменьшение пускового тока в три раза.	Скачки тока при переключении «звезда – треугольник». Не подходит, если нагрузка без инерционная. Пониженный пусковой момент.
Запуск через автотрансформатор	Уменьшение пускового тока на U2.	Скачки тока при переходе от пониженного напряжения к номинальному напряжению. Пониженный пусковой момент.
Плавный запуск	Отсутствуют скачки тока. Небольшой гидравлический удар при запуске насоса. Уменьшение пускового тока на требуемую величину, обычно в 2-3 раза.	Пониженный пусковой момент.
Запуск при помощи частотного преобразователя	Отсутствуют скачки тока. Небольшой гидравлический удар при запуске насоса. Уменьшение пускового тока, обычно, до номинального. Напряжение питания на двигатель можно подавать постоянно.	Пониженный пусковой момент. Высокая стоимость.

Спасибо за оказанное внимание.

P.S. Понравился пост?  Порекомендуйте его в социальных сетях своим друзьям и знакомым.

Еще похожие посты по данной теме:

Устройства и способы пуска асинхронного электродвигателя — прямой, звезда-треугольник, плавный и через частотный преобразователь

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором благодаря своей крайней простоте получили широкое распространение, особенно в трехфазных сетях, где им не требуются дополнительные пусковые или смещенные по фазе обмотки.

При правильной эксплуатации асинхронный электродвигатель становится практически вечным – единственное, что в нем может потребовать замены, это подшипники ротора.

Однако ряд особенностей асинхронных двигателей определяет специфику их пускового режима: отсутствие обмотки якоря означает отсутствие противоЭДС индукции в момент включения обмоток статора, а следовательно – высокий пусковой ток.

Если для маломощных электрических двигателей это не критично, то в промышленных электродвигателях пусковые токи могут достигать очень высоких значений, что приводит к просадкам напряжения в сети, перегрузкам подстанций и электропроводки.

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.

Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.

Включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора.

Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.

Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя.

В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.

ПЛАВНЫЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Логичным способом снижения пускового тока стало снижение напряжения, подаваемого на статор в момент запуска, с его постепенным увеличением при разгоне двигателя.

Простейший и наиболее старый способ плавного пуска – реостатный пуск электродвигателя: в цепь статора последовательно включается несколько мощных резисторов, последовательно закорачиваемых контакторами.

Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.

Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:

Проблематичность автоматизации.

Работа контакторов не привязывается к реальному значению тока, они либо переключаются вручную, либо перебираются с помощью реле времени автоматически.

Усложнение пуска под нагрузкой.

Так как крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения питания, снижение напряжения в момент пуска в 2 раза приведет к снижению крутящего момента в 4 раза. Применение плавного пуска с электродвигателями, напрямую подключенными к нагрузке, значительно увеличивает время выхода на рабочие обороты.

Совершенствование силовой электроники позволило создать компактные автоматические устройства плавного пуска (также называемые софтстартерами от английского soft start – «мягкий пуск») для асинхронных электродвигателей, устанавливаемые на стандартную монтажную рейку электрощитов.

Они обеспечивают не только плавный разгон, но и торможение двигателя, позволяя регулировать параметры токов пуска и остановки в различных режимах:

Постоянное токоограничение.

В момент запуска ток ограничивается на заданном превышении номинального и удерживается на этой величине все время разгона двигателя. Обычно используется ограничение на уровне 200-300% номинального тока. Перегрузка становится малозначительной, хотя ее длительность возрастает.

Формирование тока.

В данном случае токовая кривая в момент включения двигателя имеет больший наклон, после чего софтстартер переходит в режим токоограничения.

Такой метод плавного пуска применяется при подключении к маломощным подстанциям или генераторам для снижения стартовой нагрузки, однако пусковой момент электродвигателя в данном случае минимален. Для устройств, лишенных холостого хода электродвигателя, использовать формирование тока с пологой стартовой кривой невозможно.

Ускоренный пуск (кик-старт).

Применяется с двигателями, напрямую приводящими нагрузку, так как иначе их пусковой крутящий момент может оказаться недостаточным для страгивания ротора.

В этом случае устройство плавного пуска допускает кратковременное превышение пускового тока в несколько раз (фактически осуществляется прямая коммутация), по истечении заданного времени ток снижается до двух-трехкратного превышения номинала.

Останов на выбеге.

При отключении двигателя напряжение с него снимается полностью, вращение якоря продолжается по инерции. Наиболее простой способ коммутации, применимый при небольших мощностях и малой инерции привода.

Однако в момент разрыва цепи происходит сильный индуктивный выброс, приводящий к сильному искрению в контакторах. На мощных электродвигателях, а также при высоких рабочих напряжениях данный способ отключения неприемлем.

Линейное снижение напряжения.

Применяется для более плавной остановки двигателя. Нужно помнить, что крутящий момент двигателя при этом снижается нелинейно из-за квадратичной зависимости момента от напряжения, то есть снижение момента происходит наиболее резко в начале кривой.

Отключение питания происходит при минимальном токе в обмотке, соответственно коммутирующие выключатели практически не изнашиваются образованием искры между контактами.

Для снижения нагрузок при остановке применяется управляемое снижение напряжения:

• вначале ток снижается минимально;
• затем кривая начинает снижаться круче.

Снижение крутящего момента электродвигателя при этом близко к линейному. Этот способ управления остановом электродвигателя применяется в устройствах с высокой инерционностью привода.

При использовании такого рода устройств плавного пуска пусконаладочные работы заключаются в настройке нужного типа кривой пускового тока и, в случае использования режимов формирования тока или ускоренного старта, настройке длительности временного интервала начального участка кривой.

Применение устройств плавного пуска позволяет автоматизировать пусковой режим, но его главный минус остается – либо приходится закладывать в устройство возможность холостого хода электродвигателя, либо допускать кратковременные перегрузки сети, раскручивая мотор и нагрузку с кик-стартом.

ПУСК ПО СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК

Другим способом запуска, использующимся на трехфазных двигателях, является перекоммутация обмоток: в момент пуска обмотки соединяются звездой, по мере разгона ротора обмотки переводятся в нормальное включение треугольником.

Такой метод пуска фактически является частным случаем способа пуска асинхронного электродвигателя на пониженном напряжении, так как напряжение на обмотках при этом снижаетсяпримерно в 1,73 раза.

Подобный способ пуска может быть легко реализован с помощью набора контакторов с ручным управлением или с приводом от реле времени, поэтому достаточно дешев и распространен. Основные недостатки этого способа:

1. При отказе одного из контакторов произойдет нарушение коммутации, в результате чего либо станет невозможным пуск, либо значительно снизится мощность двигателя.
2. Снижение напряжения и тока является фиксированным.
3. Крутящий момент двигателя при включении обмоток звездой уменьшается, поэтому запуск желательно также производить без нагрузки.

ПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧЕРЕЗ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Наиболее гибкий способ управления не только режимом пуска, но и рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя – это применение частотного преобразователя. По своей сути частотный преобразователь представляет собой узкоспециализированный инвертор:

• входное напряжение в нем выпрямляется;
• затем заново преобразуется в переменное, но уже с заданной частотой и амплитудой.

Это происходит благодаря работе генератора широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который создает серию прямоугольных импульсов заданной частоты и скважности (отношения длительности импульса к его периоду). Генерируемые импульсы управляют силовыми ключами, коммутирующими выпрямленное напряжение питания на обмотки выходного трансформатора.

Как осуществляется плавный пуск через частотный преобразователь?

В данном случае становится возможным плавное изменение не только напряжения, но и частоты питающего электродвигатель напряжения. Благодаря тому, что ШИМ-генератор частотного преобразователя легко может управляться с обратной связью по потребляемому току, становится возможным пусковой режим, в котором ток не превышает номинальный – таким образом перегрузка питающей сети фактически отсутствует.

Однако такой пусковой режим требует значительного усложнения частотного преобразователя, поэтому для управления асинхронными электродвигателями обычно используется комбинация с отдельным устройством плавного пуска (УПП).

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Пуск трехфазных асинхронных двигателей | Эксплуатация электрических машин и аппаратуры | Архивы

Страница 10 из 74

  При включении трехфазных асинхронных двигателей в сеть возникает вопрос о схеме соединения фаз статорной обмотки. В коробке выводов двигателя обычно шесть концов от трех фаз, что позволяет включать двигатель на два разных напряжения. Выбор схемы соединения — звездой или треугольником фаз двигателя зависит от номинального напряжения сети и номинального напряжения двигателя.
Схему соединения нужно выбрать такую, чтобы на фазу статорной обмотки приходилось номинальное напряжение. Напряжение на фазе двигателя по схеме звезда в 1,73 раза меньше напряжения сети, а по схеме треугольник напряжение на фазе двигателя равно напряжению сети. Так, двигатель с напряжением 380/22С в по схеме звезда должен включаться в сеть с напряжением 380 в и по схеме треугольник — в сеть с напряжением 220 в.
Если выводы фаз имеют обозначения, то соединение по схеме звезда пли треугольник не представляет трудностей. Чтобы фазы соединить звездой, нужно концы С4, С5 и С6 соединить в одну точку, а к началам фаз С1, С2 и С3 подвести напряжение сети. Для соединения фаз обмотки двигателя в треугольник нужно конец одной фазы С4 соединить с началом другой фазы С2, а конец ее С5 соединить с началом третьей фазы С3, конец которой С6 соединить с началом первой фазы. В результате получается три точки (вершины): С1 — С6; С2 — C4 и С3 — С5 к которым подвести напряжение сети.
Труднее со схемами соединения фазных обмоток при отсутствии маркировки выводных концов.
Выводы фаз обмотки проходят через два отверстия в корпусе, в одном из них при правильном распределении выводов будут начала, в другом — концы фаз. Соединение обмотки в звезду в этом случае не представляет трудностей: нужно три вывода из любого отверстия соединить в одну точку. Для соединения схемы треугольником нужно с помощью контрольной лампы определить парные выводы, принадлежащие каждой фазе, и соединить треугольник, помня, что в данном отверстии три начала, в другом — три конца фаз.
Если через три отверстия в корпусе двигателя выходят по два вывода в каждом, один из которых является началом одной фазы, а другой концом следующей фазы, то для получения схемы треугольник необходимо попарно соединить выводы из каждого отверстия. Для соединения схемы в звезду нужно с помощью контрольной лампы определить выводы, принадлежащие каждой из фаз. Затем по одному выводу из каждого отверстия, принадлежащего трем разным фазам, надо соединить в одну точку.
В случае незамаркированных выводов обмотки, выходящих без всякой системы из корпуса двигателя, для правильного соединения схемы можно поступить следующим образом: контрольной лампой определяют выводы каждой фазы, произвольно придав им начало и конец. Далее соединяют соответствующую схему обмотки и включают двигатель в сеть. Если двигатель нормально «не разворачивается», то переключают (перевертывают) одну из фаз и подают питание. Если двигатель все же «не разворачивается», то перевернутую фазу включают по-старому, а другую фазу перевертывают и включают двигатель. После трех таких присоединений исправный асинхронный двигатель нормально «разворачивается».
Пусковые свойства асинхронных двигателей оценивают пусковыми характеристиками:
величиной пускового тока Iп или его кратностью К i, величиной пускового момента Мп или его кратностью продолжительностью и плавностью пуска; экономичностью пусковой операции, то есть сложностью схемы пуска; стоимостью пусковой аппаратуры.
Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором осуществляют с помощью пускового реостата, включаемого в цепь роторной обмотки через щетки и контактные кольца при подключении к статору полного напряжения сети (рис. 33). Введение сопротивления в цепь ротора уменьшит пусковой ток и увеличит’ пусковой момент двигателя.
Пусковой реостат увеличивает общее активное и полное сопротивление роторной цепи. Поэтому уменьшается ток ротора при пуске, что уменьшает пусковой ток двигателя (в статоре).
Пусковой момент двигателя имеет выражение

Рис. 33. Схема пуска фазного асинхронного двигателя.

При наличии пускового реостата пусковой ток ротора уменьшается, cos Ψ2π за счет введенного активного сопротивления увеличивается. Кроме этого, несколько увеличивается магнитный поток вследствие уменьшения пускового тока. В результате пусковой момент двигателя увеличивается по сравнению с пуском без пускового реостата.
При разбеге двигателя скорость ротора увеличивается, скольжение, э. д. с. и ток ротора уменьшаются Это вызывает уменьшение момента двигателя. Чтобы не затягивать пуск, нужно выводить сопротивление пускового реостата отдельными ступенями (или плавно), чтобы ток ротора при пуске был бы примерно постоянным, а момент двигателя — близким к максимальному. После полного выведения пускового реостата контактные кольца коротко замыкаются и на этом пуск двигателя закапчивается. В двигателях средней и большой мощности есть щеткоподъемный механизм, с помощью которого поворотом рукоятки кольца замыкают накоротко и поднимают щетки.
Малый пусковой ток и большой пусковой момент — достоинство фазных асинхронных двигателей перед короткозамкнутыми.

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей осуществляется при полном номинальном и пониженном напряжении на обмотке статора.
Прямой пуск короткозамкнутых двигателей (рис 34) характеризуется простотой операции. Для пуска достаточно подать напряжение на статорною обмотку включением рубильника, магнитного пускателя.
Существенный недостаток этого способа — большой пусковой ток, он превышает номинальный в 4—7 раз. Большой ток при прямом пуске асинхронного двигателя не опасен для обмотки статора, так как пусковой ток протекает кратковременно, температура нагрева обмотки не успевает достичь значительной величины.

Рис. 34. Схема прямого пуска короткозамкнутого двигателя.

Большой пусковой ток вызывает большую потерю напряжения в питающей сети. Колебание напряжения в сети отрицательно отражается на других потребителях этой сети, особенно это нежелательно при частых пусках двигателей. Включенные лампы сильно уменьшают свой накал, работающие двигатели уменьшают момент и могут остановиться, их перегрузочная способность уменьшается в зависимости от квадрата снижения напряжения. Кроме того, пускаемый двигатель при тяжелых условиях может «не развернуться». В связи с увеличением мощности источников питания и улучшением сетей прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей в настоящее время самый распространенный.
Другие способы пуска короткозамкнутых асинхронных двигателей вызывают уменьшение пускового тока, что достигается уменьшением напряжения на фазе статорной обмотки.

Реакторный способ пуска (рис. 35) осуществляется с применением индуктивного сопротивления. Запускают двигатель так.

Сначала замыкают рубильник 1, ток к статору течет через реактор. Величина пускового тока в этом случае меньше, чем при прямом пуске, так как к двигателю подводится пониженное напряжение за счет потери напряжения в сопротивлении реактора. После разворота ротора реактор шунтируют включением рубильника 2 и на двигатель подают полное напряжение сети.

Недостаток этого способа тот, что уменьшение пускового тока двигателя сопровождается значительным уменьшением пускового момента. Пусковой ток зависит от напряжения в первой степени, а пусковой момент — от квадрата напряжения. Например, если пусковой ток уменьшился в два раза, то пусковой момент уменьшится в четыре раза.

Для уменьшения пускового тока с помощью реактора в общем случае в а раз в сравнении с током прямого пуска двигателя сопротивление реактора подсчитывают по формуле:

где ф — номинальное фазное напряжение двигателя;
Iп — ток двигателя при прямом пуске.

Рис 36. Схема автотрансформаторного пуска двигателя: 1, 2, 3 — рубильники.

Реакторный пуск применяют там, где важно уменьшить пусковой ток, а величина пускового момента не имеет существенного значения.

Автотрансформаторный способ пуска осуществляется от трехфазного автотрансформатора (рис. 36).
Пускают двигатель в такой последовательности. Замыкают рубильник 1, часть обмотки автотрансформатора в этом случае как реактор, двигатель начинает вращаться, если момент сопротивления небольшой.
Затем замыкают рубильник 3, соединяющий звездой обмотки автотрансформатора, и к статору подводят напряжение меньше, чем в сети, в коэффициент трансформации Ка раз. Когда двигатель «развернется» до полного числа оборотов, размыкают рубильник 3 и замыкают рубильник 2 и к двигателю подводят полное напряжение сети.

Рис. 37. Схема пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник.

Автотрансформатор позволяет уменьшить пусковой ток, который потребляет двигатель из сети в К раз. Напряжение на статорной обмотке уменьшается в Ка раз, а пусковой момент в К а раз, то есть при автотрансформаторном пуске ток и момент уменьшаются в одинаковой мере, что выгодно отличает его от реакторного пуска.
Автотрансформатор используют очень кратковременно, в период пуска. Поэтому плотность тока в его обмотках можно допускать значительно большую, чем при работе в обычном режиме. Сложность схемы и большая стоимость аппаратуры ограничивают применение автотрансформаторного пуска лишь двигателями большой мощности.

Рис. 38. Короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами:
а — паз двигателя с двойной клеткой и потоки рассеяния; б — паз двигателя с глубоким пазом и потоки рассеяния; в — распределение пускового тока в стержнях глубокопазного двигателя.

Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 37) применяют для двигателей, работающих при соединении треугольником. Перед пуском двигателя переключатель П ставят в положение звезды, обмотка статора оказывается соединена звездой. Затем включают рубильник Р и двигатель «раскручивается». После того как ротор двигателя развернется до скорости, близкой к номинальной, переключатель быстро переводят в положение треугольник.
Этот способ пуска уменьшает пусковой ток в три раза, но и пусковой момент уменьшается также в три раза. Пуск двигателя переключением статорной обмотки со звезды на треугольник равноценен автотрансформаторному пуску с коэффициентом трансформации автотрансформатора 1,73. Значительное снижение пускового момента ограничивает применение этого способа лишь для двигателей, пускаемых в холостую или под очень незначительной нагрузкой.
В ряде случаев пусковые характеристики асинхронных двигателей с нормальной клеткой не удовлетворяют требования, что привело к созданию двигателей с улучшенными пусковыми свойствами, большим пусковым моментом при малом пусковом токе.

Двигатели с двойной клеткой.

 Ротор такого двигателя с двумя клетками: наружной (пусковой) и внутренней (рабочей), отделенные узкой щелью (рис. 38).
Пусковую клетку делают малого сечения из бронзы или латуни. Рабочую клетку делают большого сечения из меди. Как видно из распределения потоков рассеяния (рис. 38, а), пусковая обмотка обладает малым, рабочая — большим индуктивным сопротивлением.
При пуске момент двигателя обусловлен главным образом пусковой клеткой. По мере разбега двигателя частота в роторе уменьшается, снижается индуктивное сопротивление. Токи в клетках распределяются обратно пропорционально активным сопротивлениям: в рабочей клетке больше, чем в пусковой. В рабочем режиме момент двигателя обусловлен главным образом током нижней клетки. В момент включения двигателя в сеть, когда частота в роторе равна частоте сети, в рабочей клетке за счет большого индуктивного сопротивления ток небольшой, а в пусковой обмотке за счет большего активного сопротивления ток малый. Сравнительно малые токи в роторе обусловливают не очень большой ток статорной обмотки при пуске двигателя. Двигатели с двойной клеткой имеют кратность пускового тока Кi =3—5,5 и кратность пускового момента Кп = 1—3.

Двигатели с глубоким пазом

Двигатели с глубоким пазом имеют узкие и высокие стержни, уложенные в соответствующего сечения пазы ротора (рис. 38, б). В глубоком пазу отдельные элементы стержня по его высоте сцеплены с разным потоком рассеяния, что приводит к вытеснению тока из нижней в верхнюю часть стержня (рис. 38, в). Вытеснение тока тем эффективнее, чем больше частота в роторе. В момент пуска двигателя частота в роторе равна частоте сети. Поэтому вследствие вытеснения ток будет протекать, главным образом в верхней части стержня. В этом случае активно используют лишь часть поперечного сечения стержня, активное сопротивление роторной обмотки возрастает, что равноценно введению сопротивления в цепь ротора в фазном двигателе. По этой причине уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. По мере раскручивания ротора частота уменьшается, вытеснение тока ослабевает, он начинает протекать по все большему сечению стержня, что эквивалентно уменьшению активного сопротивления роторной цепи, как это бывает при выведении сопротивления пускового реостата е фазном двигателе. В рабочем режиме, когда частота в роторе равна нескольким герцам, вытеснение тока практически отсутствует и двигатель работает как обычный короткозамкнутый.
Пусковые свойства глубокопазных двигателей несколько хуже, чем двухклеточных: при одинаковой кратности пускового тока кратность пускового момента глубокопазного двигателя меньше, чем двухклеточного.
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами имеют и недостатки: пониженные cos φ и перегрузочная способность из-за большей индуктивности роторной обмотки; пониженный к. п. д. из-за большого активного сопротивления роторной обмотки.

Прямой и реостатный пуск асинхронного двигателя

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором можно осуществлять различными способами. Все они отличаются друг от друга и хороши в различных ситуациях по-своему. Мы рассмотрим некоторые из них.

Прямой пуск

Наиболее распространенным способом запуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является прямой пуск. Говоря о прямом пуске, мы имеем виду прямое включение в сеть асинхронного двигателя, на номинальном напряжении и постоянной частоте. При этом двигатель достаточно быстро набирает номинальные обороты. Такой способ является наиболее экономически выгодным, потому что не требует затрат на дополнительные устройства.

Прямой пуск применяется в основном для маломощных двигателей, потому что они создают относительно небольшой момент сопротивления в момент запуска. Но даже для его преодоления двигателю требуется произвести значительную работу. Ведь при запуске даже таких маломощных двигателей прямым пуском, можно получить пусковые токи которые превышают номинальные в 10-12 раз! Несомненно, это сказывается на питающей сети, а также кабелях подключенных к АД. Также высокие пусковые токи оказывают значительное влияние на обмотку самого двигателя, что тоже отрицательно на ней сказывается. Еще одним минусом прямого пуска является высокая нагрузка на механическую часть двигателя.

Схема прямого пуска выглядит следующим образом (k – магнитный пускатель)

Реостатный пуск

Если не требуются большие значения пусковых моментов, то на практике часто прибегают к реостатному способу пуска.

Схема реостатного пуска:

Суть способа состоит в том, что в момент пуска, двигатель подсоединен к реостатам, затем с помощью контактора k2, реостаты закорачиваются. Таким образом, часть напряжения питающей сети падает на них, при этом двигатель разгоняется на пониженном напряжении. Это позволяет снизить практически в два раза пусковые токи, по сравнению с токами на полном напряжении и в квадрат раз снизить пусковой момент. Естественно, это лишает этот метод некоторых недостатков, которые присутствуют при прямом пуске. А именно — снижаются нагрузки на механическую часть и просадки напряжения питающей сети. Реостатный пуск довольно распространен на практике.

Рекомендуем к прочтению статью — устройство плавного пуска асинхронного двигателя.

Просмотров: 10028

Три наиболее распространенных метода пуска для двигателей с короткозамкнутым ротором

Три наиболее распространенных метода пуска для двигателей с короткозамкнутым ротором — это PWS (запуск с частичной обмоткой), WDS (запуск по схеме звезда-треугольник) и электронный плавный пуск. Каждый из них служит примерно для одной и той же цели, но зависит от количества предоставленных контакторов. Каждый также служит для питания обмоток и постепенного перевода их в рабочий режим.

Начало намотки части (PWS)

Цель использования PWS — уменьшить бросок тока в двигатель, чтобы избежать недопустимого провала напряжения (мерцающие огни, переключение контакторов в выключенное положение), быстрого перегрева и повышенного электрического шума.Только часть обмотки запитывается при пониженном пусковом токе, а затем увеличивается через 2-3 секунды, чтобы перевести обмотку в рабочий режим. PWS имеет шесть выводов, пронумерованных 1, 2, 3, 7, 8 и 9. Выводы 1, 2 и 3 запитаны для запуска. Затем на комбинацию этих шести выводов подается питание для режима работы.
Номера выводов двигателя PWS отличаются от числа выводов двигателя «звезда-треугольник». Использование соединения звезда-треугольник для обмотки, настроенной для работы в режиме PWS, приведет к необходимости переподключения или возврата двигателя.Как отличить PWS от WDS? Пускатель PWS использует два контактора, тогда как WDS использует три с дополнительным контактором, используемым для создания «Y» (звезда) во время запуска.

Пуск WYE-треугольник (WDS)

В методе WDS используется буква «Y» или конфигурация звезды, чтобы запитать всю обмотку при запуске, затем переходит в конфигурацию треугольника для режима работы. На обмотку подается пониженный ток, позволяющий ей оставаться в звездообразном режиме на время пуска.В зависимости от приложения время «старта» может составлять до 30 минут. Крутящий момент двигателя в звездообразном режиме низкий, что предпочтительно для нагрузок, требующих плавного пуска. Это предотвращает запуск двигателя через линию, что может привести к повреждению вала или шестерен.
Шесть выводов для схемы звезда-треугольник пронумерованы 1, 2, 3, 4, 5 и 6, при этом выводы 1, 2 и 3 находятся под напряжением в режиме запуска. Выводы 4, 5 и 6 подключаются звездообразным контактором, после чего на 1-6, 2-4, 3-5 подается питание для режима работы. Как и в PWS, разводка по схеме звезда-треугольник с использованием конфигурации PWS приводит к разборке двигателя и изменению конфигурации проводки.

Электронный плавный пуск

Для поперечной компоновки вы можете использовать метод электронного плавного пуска с одним или двумя вариантами. В одной версии SCR (кремниевые выпрямители) используются последовательно с линией 3-выводного двигателя. Другая версия размещает тиристоры внутри треугольника двигателя, соединенного звездой-треугольником (шесть выводов). Обе версии обеспечивают регулируемое пониженное напряжение на клеммах двигателя при запуске. По сути, двигатель запускается плавно, затем напряжение увеличивается до тех пор, пока двигатель не достигнет номинальной скорости, в конечном итоге минуя устройство плавного пуска и подключая двигатель к сети.

Использование электронного плавного пуска позволяет контролировать пусковой ток, крутящий момент, время и ускорение. Однако инерция нагрузки будет влиять на время пуска независимо от метода пуска с пониженным напряжением или моментом.

Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель похож на многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого короткозамкнута. Таким образом, при нормальном напряжении питания, как в трансформаторах, начальный ток, потребляемый первичной обмоткой, на короткое время очень велик.В отличие от двигателей постоянного тока большой ток при пуске связан с отсутствием обратной ЭДС. Если асинхронный двигатель напрямую включается от источника питания, он потребляет в 5-7 раз больше тока полной нагрузки и развивает крутящий момент, который всего в 1,5-2,5 раза превышает крутящий момент полной нагрузки. Этот большой пусковой ток вызывает большое падение напряжения в линии, что может повлиять на работу других устройств, подключенных к той же линии. Следовательно, не рекомендуется запускать асинхронные двигатели более высоких мощностей (обычно выше 25 кВт) непосредственно от сети.
Ниже описаны различные способы пуска асинхронных двигателей .

Пускатели прямого включения (DOL)

Небольшие трехфазные асинхронные двигатели могут запускаться напрямую от сети, что означает, что номинальное питание подается непосредственно на двигатель. Но, как упоминалось выше, здесь пусковой ток будет очень большим, обычно в 5-7 раз больше номинального тока. Пусковой крутящий момент, вероятно, будет в 1,5–2,5 раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Асинхронные двигатели могут быть запущены непосредственно в сети с помощью пускателя DOL, который обычно состоит из контактора и устройства защиты двигателя, такого как автоматический выключатель.Пускатель DOL состоит из контактора с катушкой, которым можно управлять с помощью кнопок пуска и останова. Когда нажимается кнопка запуска, контактор включается и замыкает все три фазы двигателя на фазы питания одновременно. Кнопка останова обесточивает контактор и отключает все три фазы, чтобы остановить двигатель.
Чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в линии питания из-за большого пускового тока, пускатель прямого запуска обычно используется для двигателей мощностью менее 5 кВт.

Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором

Пусковой пусковой ток в двигателях с короткозамкнутым ротором регулируется путем подачи пониженного напряжения на статор. Эти методы иногда называют методами пониженного напряжения для запуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором . Для этого используются следующие методы:

1. С использованием первичных резисторов
2. Автотрансформатор
3. Выключатели звезда-треугольник

1. Использование первичных резисторов:

Очевидно, что первичные резисторы предназначены для понижения напряжения и подачи пониженного напряжения на статор.Учтите, пусковое напряжение снижено на 50%. Тогда по закону Ома (V = I / Z) пусковой ток также будет уменьшен на такой же процент. Из уравнения крутящего момента трехфазного асинхронного двигателя, пусковой крутящий момент приблизительно пропорционален квадрату приложенного напряжения. Это означает, что если приложенное напряжение составляет 50% от номинального значения, пусковой крутящий момент будет только 25% от его нормального значения напряжения. Этот метод обычно используется для плавного пуска малых асинхронных двигателей .Не рекомендуется использовать метод пуска с резисторами первичной обмотки для двигателей с высокими требованиями к пусковому крутящему моменту.
Резисторы обычно выбираются так, чтобы на двигатель можно было подавать 70% номинального напряжения. Во время пуска полное сопротивление последовательно соединено с обмоткой статора и постепенно уменьшается по мере увеличения скорости двигателя. Когда двигатель достигает соответствующей скорости, сопротивления отключаются от цепи, и фазы статора подключаются непосредственно к линиям питания.

2. Автотрансформаторы:

Автотрансформаторы также известны как автостартеры. Их можно использовать как для двигателей с короткозамкнутым ротором, так и с соединением звездой или треугольником. По сути, это трехфазный понижающий трансформатор с различными ответвлениями, которые позволяют пользователю запускать двигатель, скажем, при 50%, 65% или 80% сетевого напряжения. При пуске автотрансформатора ток, потребляемый из линии питания, всегда меньше тока двигателя на величину, равную коэффициенту трансформации. Например, когда двигатель запускается с ответвлением 65%, приложенное к двигателю напряжение будет 65% от линейного напряжения, а приложенный ток будет 65% от начального значения линейного напряжения, в то время как линейный ток будет 65. % от 65% (т.е. 42%) от начального значения сетевого напряжения. Эта разница между линейным током и током двигателя связана с действием трансформатора. Внутренние соединения автозапуска показаны на рисунке. При запуске переключатель находится в положении «пуск», и на статор подается пониженное напряжение (которое выбирается с помощью ответвителя). Когда двигатель набирает подходящую скорость, скажем, до 80% от его номинальной скорости, автотрансформатор автоматически отключается от цепи, когда переключатель переходит в положение «работа».
Переключатель, изменяющий соединение из положения пуска в положение пуска, может быть пневматическим (малые двигатели) или масляным (большие двигатели) типом. Также предусмотрены условия для обесточивания и перегрузки с цепями выдержки времени на автостартере.

3. Пускатель звезда-треугольник:

Этот метод используется в двигателях, которые предназначены для работы на статоре, соединенном треугольником. Двухпозиционный переключатель используется для соединения обмотки статора по схеме звезды при пуске и по схеме треугольника при работе с нормальной скоростью. Когда обмотка статора соединена звездой, напряжение на каждой фазе двигателя будет уменьшено в 1 / (кв.3) для обмотки, соединенной треугольником. Пусковой крутящий момент будет в 1/3 раза больше, чем для обмотки, соединенной треугольником. Следовательно, пускатель со звезды на треугольник эквивалентен автотрансформатору с соотношением 1 / (квадрат 3) или пониженным напряжением на 58%.

Пуск электродвигателей с фазным ротором

Электродвигатели с контактным кольцом запускаются с полным линейным напряжением, так как внешнее сопротивление может быть легко добавлено в цепь ротора с помощью контактных колец. Реостат, соединенный звездой, соединен последовательно с ротором через контактные кольца, как показано на рис.Введение сопротивления в ток ротора уменьшит пусковой ток в роторе (и, следовательно, в статоре). Кроме того, улучшается коэффициент мощности и увеличивается крутящий момент. Подключенный реостат может быть ручным или автоматическим.
Поскольку введение дополнительного сопротивления в ротор улучшает пусковой момент, электродвигатели с фазным ротором могут запускаться под нагрузкой.
Вводимое внешнее сопротивление предназначено только для запуска и постепенно отключается по мере увеличения скорости двигателя.

Двигатели с короткозамкнутым ротором — Способы пуска и система контроля скорости

Пуск асинхронных двигателей

В принципе работы асинхронных двигателей уже говорилось, что ротор можно рассматривать как вращающийся трансформатор.Но ротор асинхронного двигателя имеет короткозамкнутую вторичную обмотку трансформатора. Следовательно, если к стационарному двигателю подается нормальное напряжение питания, то, как и в случае с трансформатором, первичная обмотка принимает очень большой начальный ток в течение короткого периода времени. Это потому что; во время пуска нет обратной ЭДС, чтобы противодействовать начальному вливанию тока. Таким образом, асинхронные двигатели при подключении «напрямую к сети» потребляют в 5–7 раз больше первоначального тока полной нагрузки. На данный момент они развиваются только 1.В 5–2,5 раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Это внезапное начальное потребление тока асинхронным двигателем приводит к сильному нежелательному провалу напряжения, который влияет на другие электрические механизмы. Следовательно, любой асинхронный двигатель мощностью от 25 до 40 кВт не должен запускаться непосредственно в сети.

Итак, каковы другие методы запуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

Это

1. Первичные резисторы (или реостат) или реакторы,

2. Автотрансформатор или автоматический пускатель,

3. Переключатели звезда-треугольник.

1. Первичные резисторы : Эти резисторы понижают некоторое напряжение и, следовательно, уменьшают напряжение, приложенное к клеммам двигателя. Таким образом уменьшается начальный ток, потребляемый двигателем. Этот метод полезен при запуске только небольших двигателей, потому что, когда приложенное напряжение на клеммах двигателя уменьшается на 50%, ток, потребляемый двигателем, также уменьшается на 50%, но крутящий момент уменьшается до 25% от полной нагрузки. стоимость. Таким образом, этот метод используется только для запуска небольших двигателей.

2. Автотрансформаторы : Они также называются «автостартеры» или «компенсаторы», состоят из автотрансформатора с необходимыми переключателями. С помощью необходимых соединений и переключателей напряжение, подаваемое на клеммы двигателя, можно изменять или уменьшать до тех пор, пока двигатель не достигнет 80% своей полной номинальной скорости. Как только двигатель достигает своей полной номинальной скорости, просто путем переключения переключателей на клеммы двигателя подается полное напряжение питания.Для небольших двигателей перестановочные переключатели могут быть «воздушными переключателями», но для более крупных двигателей переключатель обычно погружается в масло, чтобы предотвратить искрение. В схему могут быть включены защитные устройства двигателя, такие как защита от перегрузки и обесточивания.

3. Пускатели звезда-треугольник: Этот пускатель используется, если двигатель предназначен для работы с обмоткой статора, соединенной треугольником. Этот стартер состоит из двухпозиционного переключателя, который можно переключать со звезды на треугольник во время работы.В начале обмотка соединена звездой, так что приложенное напряжение на каждой фазе обмотки статора уменьшается b

ya коэффициент 1 / √3, и, следовательно, развиваемый крутящий момент становится 1/3 развиваемого крутящего момента. если двигатель

подключен напрямую по схеме треугольник. Таким образом, линейный ток снижается до 1/3. Таким образом, во время пуска двигатель, подключенный звездой, потребляет только 1/3 пускового тока и развивает 1/3 крутящего момента при прямом подключении по схеме

, треугольник.

Существуют также другие методы запуска, такие как «электронное» устройство плавного пуска и метод раздельной обмотки.

Контроль скорости асинхронных двигателей:

В отличие от двигателей постоянного тока, асинхронные двигатели переменного тока не подходят для регулируемых скоростей. Их контроль скорости и регулировка сравнительно сложны по сравнению с двигателями постоянного тока. Вот некоторые из методов, которые обычно используются для управления скоростью асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

1. Изменение приложенного напряжения

2. Изменение приложенной частоты

3. Изменение количества полюсов статора

Три указанных выше методы наиболее часто используются для регулирования скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

1. Изменение приложенного напряжения: Этот метод, даже самый простой, используется редко. Причины: (а) для небольшого изменения скорости должно быть большое изменение напряжения. (b) Это большое изменение напряжения приведет к значительному изменению плотности магнитного потока, тем самым серьезно нарушив магнитное распределение / состояние двигателя.

2. Изменение прикладываемой частоты: Все мы знаем, что синхронная скорость асинхронного двигателя определяется выражением Ns = 120f / P.Таким образом, из этого соотношения очевидно, что синхронная скорость и, следовательно, скорость асинхронного двигателя могут изменяться в зависимости от частоты питания. У этого метода есть свои ограничения. Скорость двигателя можно уменьшить, уменьшив частоту, если асинхронный двигатель является единственной нагрузкой на генераторы. Даже в этом случае диапазон, в котором можно изменять скорость, очень меньше. Этот метод известен на некоторых судах с электрическим приводом, но не распространен на берегу.

3. Изменение числа полюсов статора : Как мы знаем, связь между синхронной скоростью и числом полюсов, т.е.е. Ns = 120f / P. Таким образом, количество полюсов обратно пропорционально скорости двигателя. Это изменение числа полюсов может быть достигнуто за счет размещения двух или более полностью независимых обмоток статора в одних и тех же пазах. Каждая обмотка имеет разное количество полюсов и, следовательно, разную синхронную скорость. Например, для того же мотора, если нет. число полюсов = 2, 4 или 6, которые могут быть изменены в соответствии с требованиями к скорости, и, допустим, частота питания f = 50 Гц,

Затем для

No.Число полюсов P = 2, тогда Ns = 120 * 50/2: Итак, Ns = 3000 об / мин

Число полюсов P = 4, затем Ns = 120 * 50/4: Итак, Ns = 1500 об / мин

Число полюсов P = 6, тогда Ns = 120 * 50/6: Итак, Ns = 1000 об / мин.

Таким образом, регулирование скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть выполнено легко, но в виде ступеней пониженной скорости. Этот метод используется для двигателей лифтов, тяговых двигателей, а также для станков.

Кредиты на изображения и контент

Веб-сайт Clayton Engineering

A.Машины C & D.C. by Dr. Theraja

Авто Трансформаторный запуск ротора с короткозамкнутым ротором Асинхронный двигатель.

Автоматический пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с помощью трансформатора используется для обеспечения безопасного пуска асинхронного двигателя за счет снижения пускового пускового тока в асинхронном двигателе. Автоматический пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором работает по принципу пониженного напряжения на клеммах статора, то есть понижает напряжение питания на статоре. Таким образом, напряжение выборочно преобразуется в низкое во время подачи заявления, а затем восстанавливается нормальное напряжение, когда двигатель работает нормально.

Принцип действия Автотрансформатора

Снижение напряжения питания достигается с помощью автотрансформатора с фиксированным ответвлением или более дорогого автотрансформатора с несколькими ответвлениями, или даже с помощью трансформатора переменного напряжения.

Во время пуска с автотрансформатором двигатель подключается к одному отводу автотрансформатора (выключатель только магнитный замкнут, KA замкнут, KY замкнут), что снижает сетевое напряжение на коэффициент «k» и втягивает двигатель. ток, уменьшенный во столько же раз по сравнению с током, который мог бы поглотить двигатель при непосредственном питании с полным номинальным напряжением.

В результате ток в первичной обмотке трансформатора и, следовательно, в линии должен быть уменьшен на k2. Вследствие снижения напряжения на коэффициент k, пусковой момент также уменьшается на k2 по сравнению с запуском при полном напряжении. Когда двигатель достигает примерно от 80% до 90% своей установившейся скорости, контактор KY размыкается, и на двигатель продолжает подаваться пониженное напряжение за счет индуктивности обмоток автотрансформатора. В этот момент контактор KL замыкается, а контактор KA размыкается, так что двигатель питается напрямую от сети.

Запуск с автоматическими трансформерами считается довольно дорогостоящим, безусловно, более дорогостоящим, чем запуск по схеме Y / Δ, и применяется к двигателям с короткозамкнутым ротором средней / высокой мощности с высокой инерцией.

автоматический пуск трансформатора асинхронного двигателя ротора с короткозамкнутым ротором

Дополнительная литература

Способы запуска трехфазного асинхронного двигателя

Основная цель пускателя трехфазного асинхронного двигателя — максимально снизить пусковой ток и в то же время обеспечить соответствующий крутящий момент, соответствующий требованиям нагрузки.В этой статье рассматриваются несколько методов пуска трехфазного асинхронного двигателя, а также их применение:

Прямой запуск

Пуск звезда-треугольник

Первичное сопротивление

Пускатели с металлическим резистором

Пускатели с жидким резистором

Автотрансформатор

Мягкий старт

Сопротивление вторичной обмотки

Когда трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором подключается непосредственно к источнику питания, он потребляет большой пусковой ток.Этот ток, который обычно длится всего одну или две секунды, может в семь раз превышать ток полной нагрузки двигателя.

На рисунке 1 показаны характеристики тока и крутящего момента для стандартного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Видно, что ток почти пропорционален скольжению ротора; по мере того, как двигатель набирает скорость, скольжение уменьшается, а ток уменьшается.

Рисунок 1 Зависимость скорости от тока и крутящего момента для стандартного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Основная цель пускателя асинхронного двигателя — максимально снизить пусковой ток и в то же время обеспечить соответствующий крутящий момент, соответствующий требованиям нагрузки.

Это будет компромисс, потому что для уменьшения пускового тока необходимо уменьшить напряжение, подаваемое на двигатель. Однако снижение напряжения также приведет к уменьшению крутящего момента, поскольку крутящий момент двигателя пропорционален квадрату доли напряжения. То есть:

Это означает, что при 100% номинального напряжения будет доступно 100% номинального крутящего момента, однако, если на двигатель подается 90% номинального напряжения, крутящий момент будет уменьшен до (90%) ² = 81 % доступного крутящего момента.Если асинхронный двигатель запускается без нагрузки, этого будет достаточно, но если двигатель нагружен, крутящего момента может не хватить для преодоления нагрузки, и двигатель остановится.

Прямой запуск

Пуск от сети (DOL) — это самый простой способ пуска трехфазного асинхронного двигателя. Полное напряжение подается прямо на обмотки статора стационарного двигателя. Эффект часто бывает тяжелым. В момент подключения к источнику питания статор полностью размагничивается, и из-за низкого сопротивления обмотки возникает сильный бросок тока от сети.

При включении стержни ротора ведут себя как закороченная вторичная обмотка трансформатора и усугубляют эффект. Пусковой ток обычно в семь раз превышает нормальный ток полной нагрузки.

Возникающий пусковой крутящий момент в два-три раза больше крутящего момента при полной нагрузке. Это значение крутящего момента передается на валы, подшипники, ремни и ведомую машину так быстро, что на все соединенные части передается значительный механический удар.Если асинхронный двигатель способен запускать подключенную нагрузку, ускорение будет быстрым. Для очень больших асинхронных двигателей (что подразумевает большую нагрузку) механический удар от прямого запуска может привести к срезанию валов или серьезному проскальзыванию ремня, что приводит к ускоренному износу.

Приложения

Пуск от сети обычно ограничивается двигателями сравнительно небольшого размера. Асинхронные двигатели до 4 кВт обычно запускаются прямым пуском, но в особых случаях двигатели до 25 кВт запускаются таким образом.

Пуск

DOL обычно ограничивается ситуациями, когда на двигатель при запуске оказывается небольшая нагрузка или она отсутствует. Прямой запуск центробежного насоса — это один из случаев, когда основная часть нагрузки возникает после запуска двигателя, когда нагрузка постепенно увеличивается за счет увеличения давления жидкости, проталкиваемой через насос.

Пуск звезда – треугольник

Для пуска со звезды на треугольник шесть концов трех обмоток должны быть выведены на клеммы двигателя.Сниженное напряжение на обмотках достигается первым соединением обмоток по схеме звезды, а затем переключением на треугольник для подачи номинального напряжения, когда двигатель набирает обороты.

Для обмотки на 400 В подаваемое напряжение для каждой фазы снижается до 230 В или 58% от номинального напряжения. Фактически это снижает пусковой крутящий момент до 33% ( T ∞ V ² ) от крутящего момента, полученного при прямом пуске.

Рисунок 2 Сравнение характеристик тока и момента для соединений звезды и треугольника

Если соединение звездой имеет достаточный крутящий момент для работы асинхронного двигателя примерно до 75% или 80% скорости при полной нагрузке, то двигатель можно повторно подключить в конфигурации треугольником, чтобы он мог разогнаться до полной скорости для нормальной работы.Это также означает, что между периодами запуска и работы должен быть небольшой временной интервал, в то время как обмотки двигателя изолированы от источника питания и повторно подключены по схеме треугольника.

При соединении звездой линейный и фазный токи равны, но при повторном соединении обмоток в конфигурации треугольником это условие больше не применяется. Фазное напряжение увеличивается на коэффициент √3 или на 173%. Следовательно, фазные токи увеличиваются в таком же соотношении.Линейный ток увеличивается в три раза по сравнению с его значением при соединении звездой. Эти значения показаны на рисунке Рисунок 3 для полного сопротивления обмотки 24 Ом.

Рисунок 3 Сравнение пуска по схеме звезды и треугольника в трехфазном асинхронном двигателе

В переходный период инерция двигателя и подключенной машины должна обеспечивать свободный ход с небольшим замедлением. Это также означает, что при «движении по инерции» он может генерировать собственное напряжение и при повторном подключении к источнику питания это напряжение может произвольно добавляться или вычитаться из приложенного линейного напряжения.

В большинстве случаев он вызывает переходный ток, который может в двадцать раз превышать нормальный рабочий ток. Хотя он длится всего несколько миллисекунд, он все равно вызывает скачки напряжения или скачки напряжения в линиях питания. Они называются переходными процессами переключения.

Стремясь устранить любые переходные процессы переключения, возникающие во время интервала холостого хода, была разработана переходная схема замкнутой цепи звезда-треугольник. Он имеет резисторы, включенные параллельно каждой фазной обмотке.Резисторы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать пусковые токи.

В этом методе, когда нейтраль обмоток разомкнута для повторного включения в треугольник, нейтраль резистора остается замкнутой, и ток течет через резисторы и обмотки последовательно. Это снижает склонность двигателя к замедлению и устраняет многие переходные процессы. После подключения по схеме треугольник резисторы закорачиваются, чтобы исключить протекание через них тока.

Этот пускатель намного дороже обычного пускателя со звезды на треугольник.Требуется как минимум один дополнительный контактор, а также дополнительные резисторы. Из-за дороговизны и относительно небольшого количества преимуществ стартер используется редко. Это упомянуто здесь только для иллюстрации того, что переходные процессы могут создавать проблемы в установке.

Приложения

Пуск со звезды на треугольник — это относительно простой способ довести трехфазный асинхронный двигатель до нужной скорости, не вызывая чрезмерных пусковых токов. Его можно использовать в любом приложении, где двигатель может запускаться «без нагрузки».

Другие области применения включают привод центробежных насосов, где требуется небольшой пусковой крутящий момент, пока насос не наберет нужную скорость и не заработает. Другое применение — насосы для дамбы на фермах, и в конце длительных пробегов, когда пуск прямого тока может вызвать заметное падение напряжения.

Другое применение — в токарных станках, где в механизм встроена муфта. Трехфазный асинхронный двигатель запускается, а затем включается муфта, чтобы вращать токарный станок. Многие большие вентиляторы или нагнетатели можно запустить с помощью пускателя со звезды на треугольник.

Первичное сопротивление

Для запуска через сопротивление первичной обмотки резисторы подключаются последовательно между линиями питания и выводами двигателя, хотя иногда вместо резисторов используются индукторы. Намерение состоит в том, чтобы снизить фактическое напряжение на клеммах двигателя и, таким образом, ограничить пусковой ток. Одновременно снижается пусковой крутящий момент.

Традиционный метод запуска первичного сопротивления заключается в установке металлических резисторов последовательно с источником питания для запуска (см. Рисунок 4 ).

Когда асинхронный двигатель разгоняется примерно до 75–80% от его номинальной скорости, на двигатель подается полное напряжение. Обычно это делается путем короткого замыкания резисторов в каждой фазе. Хотя этот тип стартера дороже, чем стартер типа DOL, у этого метода есть преимущества.

Рисунок 4 Основная силовая цепь для запуска асинхронного двигателя с первичным сопротивлением

По мере разгона двигателя его пусковой ток уменьшается.Это, в свою очередь, вызывает уменьшение падения напряжения на резисторах и повышение напряжения на клеммах двигателя.

Общий эффект заключается в увеличении крутящего момента при ускорении двигателя. Этому противодействует нагревание резисторов во время процесса запуска и небольшое увеличение их сопротивления.

Поскольку двигатель не отключается от источника питания, когда резисторы закорочены при переключении между пусковыми и рабочими соединениями, переходный ток отсутствует.

Пускатели с жидким резистором

В аналогичной технике вместо металлических резисторов используются жидкости. Емкости для жидкости намного больше и менее прочны, чем металлические резисторы, но современные жидкие электролиты обладают способностью уменьшать свое сопротивление, поскольку они нагреваются пусковыми токами, протекающими в жидкости.

По сравнению со старыми типами, в которых металлические электроды вручную наматывали в жидкость для ускорения асинхронного двигателя, в современных типах стартеров используется жидкость, содержание которой можно регулировать в соответствии с конкретными приложениями.

Часто не вызывает коррозии, помещается в герметичные и изолированные контейнеры для уменьшения контакта с атмосферой. Иногда на поверхность можно нанести инертное масло, чтобы дополнительно изолировать электролит от атмосферы и предотвратить испарение.

Электроды постоянно погружены в жидкость (см. Рисунок 5 ). После установки они не нуждаются в дальнейшей регулировке. В зависимости от производителя пластины могут быть плоскими и параллельными или состоять из серии коротких концентрических цилиндров, помещенных друг в друга.Каждая фазная обмотка имеет отдельный контейнер и набор электродов.

Рисунок 5 Типовой пускатель сопротивления жидкости для трехфазного асинхронного двигателя

При первом запуске трехфазного асинхронного двигателя сопротивление жидкости изменяется в зависимости от области применения. Пусковой ток и крутящий момент ограничены заданными значениями. Напряжение, возникающее на обмотках двигателя, уменьшается, а также уменьшается пусковой момент. При правильной настройке асинхронный двигатель может плавно запускаться и ускоряться без механических ударов.

По мере протекания пускового тока жидкость нагревается, и ее внутреннее сопротивление уменьшается. Следовательно, напряжение на двигателе увеличивается, и это действие является прогрессивным, вплоть до примерно от 80 до 90 процентов скорости при полной нагрузке, когда сопротивление жидкости стабилизируется. Затем таймер включает контактор, который замыкает электроды в жидкости, и двигатель может разгоняться до полной скорости.

Пускатель с сопротивлением первичной обмотки потребляет больше мощности от сети, чем некоторые пускатели, но с более высоким коэффициентом мощности.Жидкостный пускатель, возможно, увеличивает скорость ускорения асинхронного двигателя, так что он быстрее достигает скорости полной нагрузки.

Как и пускатель с металлическим резистором, здесь отсутствует переходная ступень холостого хода, поэтому он устраняет переходные процессы как в пусковом токе, так и в крутящем моменте. В первом методе используется металлический резистор с положительным температурным коэффициентом, а во втором методе используется жидкий элемент с отрицательным температурным коэффициентом. Именно этот факт позволяет жидкостному пускателю сопротивления первичной обмотки иметь преимущество перед металлическим резистором.

Приложения

Из-за пониженного пускового момента метод первичного сопротивления для пуска трехфазных асинхронных двигателей ограничен нагрузками, в которых требования к начальному пусковому моменту сравнительно низки, то есть нагрузкам, при которых рабочий крутящий момент вступает в игру только на полной скорости. Такие применения, как вентиляторы, воздуходувки и водяные насосы, являются обычными применениями.

Пример 1

Трехфазный асинхронный двигатель 415 В потребляет 160 А при подключении DOL.Если к двигателю подключен пускатель с сопротивлением первичной обмотки, чтобы напряжение на двигателе было снижено до 291 В для запуска, определите:

(a) Процент номинального напряжения, приложенного к двигателю во время пуска
(b) Пусковой ток, потребляемый двигателем
(c) Процент от создаваемого пускового момента прямого включения.

(a) Номинальное напряжение в процентах:

(б) Пусковой ток:

(c) Пусковой крутящий момент в процентах:

Автотрансформатор

Автотрансформатор В пускателях обычно используются два автотрансформатора, соединенные по схеме «открытый треугольник», чтобы обеспечить пуск при пониженном напряжении.На трансформаторах обычно имеются ответвители, позволяющие выбрать требуемый пусковой крутящий момент. Принцип показан на рисунке Рисунок 6 .

Рисунок 6 Пусковые соединения для трехфазного асинхронного двигателя с использованием трансформатора открытого треугольника

Следует отметить:

1. Пусковой ток двигателя напрямую зависит от приложенного напряжения двигателя.
2. Линейный ток изменяется как квадрат напряжения двигателя.
3. Крутящий момент изменяется пропорционально напряжению двигателя.

Точка 2 означает, что пусковой ток у автотрансформаторного пускателя меньше, чем у пускателя сопротивления первичной обмотки. В этом его главное преимущество: при одинаковом пусковом токе крутящий момент двигателя увеличивается.

Точка 3 означает, что если выбрано 50% ответвлений напряжения, то результирующий пусковой крутящий момент составляет 25% крутящего момента при полной нагрузке. Необходимо выбрать минимальное количество ответвлений, позволяющее асинхронному двигателю запускаться против его нагрузки.

Основные характеристики данного типа стартера:

1. Низкий линейный ток
2. Низкий линейный ток
3. Низкий коэффициент мощности
4. Переходные периоды холостого хода
5 . Ускорение происходит в несколько этапов; он не является непрерывным или плавным.

Отводы на трансформаторах позволяют выбирать напряжения (и, следовательно, токи) для пусковых целей.

Использование трансформатора позволяет уменьшить входной ток линии с большей скоростью, чем то, при котором уменьшается крутящий момент. С трансформатором:

Во время пуска на асинхронный двигатель подается пониженное напряжение В ₂ , что снижает пусковой ток I ₂ . Однако из-за действия трансформатора входной ток еще больше снижается. Это можно проиллюстрировать на следующем примере.

Пример 2

Трехфазный асинхронный двигатель 415 В потребляет 160 А при подключении DOL. Если для пуска двигателя используется пускатель автотрансформатора с двигателем, подключенным к отводу 70%, определите:

(a) Напряжение, подаваемое на двигатель во время пуска
(b) Пусковой ток, потребляемый двигателем
(c) Пусковой ток, потребляемый от источника питания.

(a) Для 70-процентной нарезки резьбы:

(b) Для 70-процентной нарезки резьбы:

(в) Для трансформатора

Рисунок 7 Принципиальная схема для примера 2

Обратите внимание, что напряжение асинхронного двигателя было снижено на 70% до 290 В.Поскольку I ∞ В ² , крутящий момент будет снижен до (70%) ² = 49% от значения прямого тока. В то время как ток двигателя был снижен до 70% от значения прямого тока, входной ток линии был снижен до 49% от значения прямого тока за счет действия трансформатора.

Чтобы пускатель с сопротивлением первичной обмотки давал такое же снижение входного линейного тока, необходимо снизить напряжение, подаваемое на двигатель, до 49% от значения прямого тока, дополнительно уменьшая пусковой крутящий момент.

Для сравнения см. Таблица 1 .

Таблица 1 Сравнение первичного сопротивления и запуска автотрансформатора

Тип стартера	Напряжение на двигателе	Пусковой ток	Пусковой момент
Первичное сопротивление	49%	49%	(49%) 2 = 24%
Автотрансформатор	70%	49%	(70%) 2 = 49%

Пускатель Korndorfer — более дорогая форма автотрансформаторного пускателя, предназначенная для решения проблемы переходных процессов холостого хода.В нем используются три автотрансформатора и дополнительный контактор. Его использование ограничено приложениями, где нет разумной альтернативы. Он поддерживает постоянный крутящий момент в переходные периоды повторного включения (см. Рисунок 8 ).

Рисунок 8 Автотрансформатор переключателя Корндорфера

Из диаграммы в Рисунок 8 видно, что во время переходного периода асинхронный двигатель подключается к источнику питания посредством части обмоток трансформатора, которые действуют как последовательные индукторы во время переходного периода.

Приложения

Из-за высокой стоимости автотрансформаторных пускателей их использование ограничивается тяжелыми нагрузками, которые необходимо запускать из состояния покоя. Такими приложениями являются холодильные агрегаты и воздушные компрессоры более крупного типа, в которых двигатель может запускаться при значительном напорном давлении. В некоторых случаях может также потребоваться установка предохранительных клапанов с электрическим приводом для сброса давления напора, чтобы асинхронные двигатели могли запускаться.

Мягкий старт

Трехфазные асинхронные двигатели предназначены для работы при стандартных сетевых напряжениях и частотах.В Австралии асинхронные двигатели предназначены для работы от трехфазного линейного напряжения (обычно) 400 В и частоты 50 Гц. Это приводит к тому, что плотность потока в воздушном зазоре двигателя находится в определенных пределах.

Любой пускатель двигателя, предназначенный для снижения сетевого напряжения на двигателе, также имеет тенденцию уменьшать ток, протекающий к двигателю, тем самым уменьшая пусковой момент.

Автотрансформаторный метод пуска частично решает проблему поддержания пускового момента и тока при пониженном напряжении, но этот метод также имеет недостатки.

Было высказано предположение, что если пусковым током асинхронного двигателя можно управлять для удовлетворения вышеуказанных требований, то можно также управлять напряжением и частотой. Эта линия рассуждений привела к созданию пускателя с электронным управлением. В него были включены такие уточнения, как контроль над:

1. Пусковые токи
2. Токи перегрузки
3. Мониторинг повышенного и пониженного напряжения
4. Защита двигателя
5. Частота
6. Изоляция двигателя
7. Последовательность других двигателей
8. Динамическое торможение
9. Работа на низкой скорости
10. Компенсация скольжения (более высокая скорость Положения)
11. Удаленное компьютерное управление.

В пускателе с электронным управлением (см. Рисунок 9 на обратной стороне) цепи управления задействованы больше, чем в обычном пускателе с релейным управлением.Общий принцип заключается в преобразовании источника переменного тока в постоянный, который затем пропускается через фильтр для удаления большей части переходных процессов. Затем постоянный ток подается на инвертор для преобразования постоянного тока обратно в переменный с использованием высокоскоростной последовательности переключения. Это показано в виде блок-схемы на рисунке Рисунок 10 .

Рисунок 9 Электронное устройство плавного пуска для трехфазного асинхронного двигателя

Рисунок 10 Блок-схема электронного управления двигателем

Блоки можно запрограммировать на отслеживание и управление токами двигателя во время пуска и останова.Это привело к появлению термина «нарастание». Это просто термин для управления током двигателя во время последовательностей пуска и останова.

Если построен график зависимости тока двигателя от времени, характеристика представляет собой прямую линию. Таким образом, асинхронный двигатель может увеличиваться или уменьшаться, как показано на рис. , рис. , , 11, . Эти линейные характеристики очень изменчивы и зависят от информации, запрограммированной в устройстве.

Рисунок 11 Управление темпом в трехфазном асинхронном двигателе

Программирование пускателя регулируется таким образом, чтобы ток двигателя оставался в пределах двух значений:

1., чтобы ток никогда не превышал заданное максимальное значение.
2. , чтобы обеспечить достаточное минимальное значение тока, чтобы гарантировать, что двигатель имеет достаточный крутящий момент для запуска.

Во время последовательности запуска, когда двигатель разгоняется до скорости и ток двигателя имеет тенденцию к уменьшению, пускатель увеличивает доступный ток и, следовательно, доступный крутящий момент поддерживается постоянным, чтобы двигатель разгонялся до скорости, регулируемой частотой поставлять.

Во время остановки асинхронный двигатель отключается от источника питания и запускается пускателем для быстрого и управляемого останова; то есть она снижается. На производственной линии время, затрачиваемое на ожидание остановки машины по инерции до остановки, является потерей времени и обычно недопустимо.

В пускателе этого типа существует значительная взаимосвязь между приложенным напряжением, током двигателя и частотой, генерируемой пускателем. Электронно все три контролируются в пускателе, и в результате напряжение и частота, подаваемые на двигатель, соответствуют преобладающим условиям двигателя.

Например, повышенное напряжение приведет к увеличению пускового тока (скажем, на 10%), а увеличение частоты уменьшит пусковой ток (примерно на 5%). Это два противоположных эффекта. Точно так же увеличение приложенного напряжения приведет к увеличению пускового момента, но увеличение частоты приведет к уменьшению пускового момента.

Инвертор и постоянный ток, подаваемый на инвертор, должны постоянно контролироваться. Инвертор также выполняет задачу преобразования постоянного тока в переменный. Он делает это, разбивая постоянный ток на небольшие блоки любой полярности.Результирующая волна переменного напряжения лишь отдаленно похожа на синусоидальную волну и в результате генерирует гармоники с коэффициентом, во много раз превышающим основную частоту. Форма волны тока до некоторой степени фильтруется за счет индуктивности обмоток двигателя и ближе к синусоидальной форме.

Приложения

Этот метод может быть более дорогим способом пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, хотя первоначальные затраты постоянно снижаются, а для пускателей двигателей меньшего размера начальная стоимость сейчас приближается к сопоставимой величине.

Следует проявлять осторожность при выборе асинхронных двигателей для использования с этими типами пускателей. Пускатели могут работать с трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором на скоростях значительно выше и ниже их расчетных уровней.

В обстоятельствах, когда необходимо запускать их регулярно или работать на медленных скоростях в течение продолжительных периодов времени, необходимо учитывать требования к охлаждению.

Агрегаты могут изготавливаться мощностью более 300 кВт.Поскольку стоимость устройств высока, необходимо внимательно рассмотреть возможность их использования. Центробежные вентиляторы — одно из возможных применений, и их использование более чем оправдано в типографских цехах, где печатный станок должен набирать скорость медленно и плавно из-за пропускаемых через него рулонов бумаги.

Другое типичное применение — на производственных линиях, где необходимо управлять несколькими асинхронными двигателями и интегрировать их скорости для обеспечения плавной и скоординированной обработки.

Сопротивление вторичной обмотки

Несмотря на преимущественное использование трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и их улучшенные методы пуска, все еще существуют приложения, в которых двигатель с фазным ротором имеет преимущества, которые более чем компенсируют их первоначальную стоимость.Помимо высоких характеристик пускового момента, все еще существуют ограничения по выбросам тока, которые не могут быть выполнены асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в сочетании с любым из вышеперечисленных пускателей.

Характеристика скорости-момента любого трехфазного асинхронного двигателя в значительной степени зависит от относительных пропорций сопротивления и реактивного сопротивления в цепи ротора. Когда сопротивление ротора равно индуктивному реактивному сопротивлению ротора, создается максимальный крутящий момент.

В момент пуска, когда ротор все еще неподвижен, частота токов в роторе будет равна частоте сети.Это вызывает повышенное индуктивное сопротивление в цепи ротора. При введении внешнего сопротивления в цепь с фазным ротором можно отрегулировать сопротивление и импеданс ротора для получения максимального крутящего момента при запуске и в то же время минимизировать пусковые токи (см. , рисунок , , 12, ).

Рисунок 12 Основная силовая цепь для запуска асинхронного двигателя с вторичным сопротивлением

Способы пуска трехфазного асинхронного двигателя и их сравнение

Для пуска трехфазного асинхронного двигателя используются следующие типы пускателей:

Пуск при полном напряжении:

1. Прямой доступ (Д.O.L) стартер (пуск при полном напряжении)

Пуск с пониженным напряжением:

1. Пускатель автотрансформаторный.
2. Пускатель звезда-треугольник (пуск пониженным напряжением).
3. Пускатель сопротивления ротора (Используется для двигателей с контактным кольцом).

Первые три пускателя используются как для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, так и для электродвигателя с контактным кольцом.

Поэтому рекомендуется запускать большие трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором с пониженным напряжением, подаваемым на клеммы статора при запуске.Однако малые двигатели мощностью менее 5 л.с. можно запускать напрямую от сети (DOL).

Пуск при полном напряжении:

я. DOL Starter (прямой онлайн-пускатель):

Для двигателей малой мощности и мощностью менее 5 л.с. двигатели могут выдерживать высокие пусковые токи благодаря прочной конструкции. Двигатели подключаются напрямую к линиям питания, поэтому пускатель называется Direct Online Starter.

Пуск пониженного напряжения:

я. Автоматический пускатель трансформатора:

Напряжение, подаваемое на статор, может быть уменьшено до желаемого значения с помощью 3-фазного автотрансформатора, соединенного звездой.Он содержит подходящий переключатель, как показано на рисунке ниже.

Когда переключатель находится в положении «ПУСК», на обмотку статора подается пониженное напряжение. Величиной приложенного напряжения можно управлять, изменяя ответвления на автотрансформаторе. Когда двигатель достигает 80% своей нормальной скорости, переключатель переводится в положение «РАБОТА».

В положении РАБОТА номинальное напряжение подается на обмотку статора, и автотрансформатор отключается от цепи.Срабатывание переключателя происходит автоматически с использованием таймеров и реле. Пускатели этого типа подходят как для двигателей с пуском, так и для двигателей, подключенных по схеме треугольник. Схема подключения автотрансформатора показана ниже.

Соотношение между пусковым моментом и крутящим моментом при полной нагрузке:

Пусть ‘x’ будет коэффициентом трансформации автотрансформатора. Таким образом, напряжение, приложенное к статору, уменьшается на долю «х». Итак, если I

_sc — пусковой ток с номинальным напряжением, то пусковой ток двигателя

Пусковой крутящий момент уменьшается на X

² , если подаваемое напряжение уменьшается на долю «x».

ii. Стартер звезда-треугольник:

Фазные обмотки статора сначала соединяются звездой, и полное напряжение подается на его свободные выводы. По мере того, как двигатель набирает скорость, обмотки подключаются через переключатель, и они повторно подключаются по схеме треугольника через клеммы питания. Ток, потребляемый двигателем из линий, уменьшается до 1 / √3 по сравнению с током, который он потреблял бы при соединении по схеме треугольника.

iii. Стартер сопротивления ротора (для электродвигателя с контактным кольцом):

В резистивном статоре ротора переменное сопротивление подключено к цепи ротора для ограничения тока ротора.Расположение показано на рисунке выше. Внешнее сопротивление вводится в каждую фазу цепи ротора через контактные кольца и щетку. При запуске сопротивление поддерживается на максимальном значении. По мере того, как двигатель набирает скорость, сопротивление постепенно снижается до низкого значения и, наконец, отключается.

Когда двигатель достигает нормальной скорости, обмотки ротора замыкаются накоротко через контактные кольца и щетки, так как внешнее сопротивление снимается. Эта операция может быть ручной или автоматической.

Этот метод не только ограничивает пусковой ток, но также увеличивает пусковой момент из-за дополнительного сопротивления ротора. Этот стартер не подходит для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку внешнее сопротивление не может быть вставлено в ротор с короткозамкнутым ротором.

Сравнение различных стартеров:

Прямой онлайн запуск	Автоматический пуск трансформатора	Звезда-треугольник Начиная с
1.Во время запуска двигателя на двигатель подается полное напряжение.	1. Пусковое напряжение можно регулировать в зависимости от запуска.	1. Каждая обмотка получает 58% (1 / √3) номинального напряжения сети во время пуска.
2. Пусковой ток в 5-6 раз превышает ток полной нагрузки.	2. Пусковой ток можно уменьшить по желанию.	2.Пусковой ток снижен до 1/3 от тока прямого пуска.
3. От мотора нужно вывести только три провода.	3. От мотора нужно вывести только три провода.	3. От мотора вывести шесть проводов.
4. Низкая стоимость.	4. Высокая стоимость.	4.Бюджетный.
5. Очень простое управление.	5. Не так просто работать, нужен опытный оператор.	5. Не так просто работать, так как соединения сначала должны быть выполнены по схеме «звезда», а затем по схеме «треугольник» вручную или автоматически.
6. Используется для двигателей мощностью до 5 л.с.	6. Используется для двигателей большой мощности.	6.Используется до 10 л.с. моторы.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

— обзор

4.2.1 Создание сетки

В случае асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором геометрия является регулярной и периодической. Это было использовано в стратегии генерации сетки. Сетка была сформирована с использованием функции отображения, которая подразделяла каждую область двигателя. Области определены на Рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1. Топологические области асинхронного двигателя

Самая внутренняя область — это сердечник ротора.Эта область представляет собой пространство между двумя цилиндрами, одним из которых является вал двигателя, а другим — дно пазов ротора. Внутренний круг разделен на количество равных частей, задаваемых пользователем. Каждый паз ротора и корень зуба также разделены на определенное пользователем количество сегментов. Затем указывается количество промежуточных слоев и веса. Результирующая сетка создается слой за слоем от внутреннего круга до внешнего круга. В этом методе используется весовая функция (Hwang, Salon and Palma, 1988), которая относится к рисунку 4.2.2.

Рисунок 4.2.2. Разделение двигателя на слои

(4.2.1) W = R + AB / NBR + GH / NA

, где AB и GH относятся к длинам дуги, NB и NA — указанное количество сегментов вдоль этих дуг, а R как показано на рисунке 4.2.2. Общее количество слоев тогда составляет

(4.2.2) N = NINT [log (AB / NBGH / NA) log W]

, где NINT возвращает ближайшее целое число к аргументу. Длина, d ₁ , находится как

(4.2.3) d1 = (W − 1) * RWN − 1

Количество сегментов на этом слое составляет

(4.2.4) N1 = NA + NINT (NB − NA) * d1 / R)

Чтобы найти следующий слой, мы повторно вычисляем W, заменяем N на N-1 и R на R −d ₁ и так далее. Первым шагом в прогнозировании характеристик магнитной вибрации конкретной электрической машины является анализ динамического магнитного поля, действующего в машине. Затем данные магнитного поля можно использовать для вычисления сил и распределения сил, которые затем, в свою очередь, применяются к механической модели машины и используются для прогнозирования вибраций.

Рассмотрим случай, показанный на рисунке 4.2.2, с сегментами NA на внутреннем круге и сегментами NB на внешнем сегменте. Все внутренние узлы будут размещены на кругах, радиус которых полностью определяется количеством слоев и весами. Осталось только определить количество узлов (или сегментов) на каждом круге.

Зуб и паз ротора симметричны на каждом половинном шаге паза. Геометрия указана на рисунке 4.2.3.

Рисунок 4.2.3. Паз и зуб

Количество слоев и вес задаются, как и в случае сердечника ротора, а сетка создается для полуслота с использованием уравнения (4.2.4). Затем сетка отражается вокруг центральной линии прорези и повторяется N _r раз, где N _r — количество прорезей ротора. Области сетки отличаются от областей материала. Свойства материала указываются независимо. Благодаря этой дополнительной гибкости область зацепления ротора содержит один слой элементов в воздушном зазоре, как показано выше. Причина этого выбора будет объяснена ниже при обсуждении движущейся сетки.

Область воздушного зазора представляет собой кольцевую область, аналогичную сердечнику ротора, и имеет такую ​​же сетку.Обратите внимание, что область сетки docs воздушного зазора не точно соответствует воздушному зазору, поскольку один слой фактического воздушного зазора находится в зацеплении с ротором, а другой — со статором.

Область зуба и паза статора (и один слой элементов в воздушном зазоре) обрабатывается так же, как и область зуба и паза ротора выше. Область сердечника статора рассматривается как область сердечника ротора.

По мере вращения ротора элементы воздушного зазора необходимо постоянно заменять. В последующем анализе мы покажем, что для электромагнитных целей ротор моделируется в своей собственной системе отсчета.

No related posts.