Включение асинхронного двигателя в холостую

Существуют требования, которым должен отвечать запуск асинхронного двигателя. Во-первых, это отсутствие необходимости в использовании специальных устройств. Во-вторых, это сведение пусковых токов до минимума и пускового момента (далее Мпуск) до максимума. Рассмотрим способы пуска асинхронного двигателя, удовлетворяющие выдвинутым требованиям.

Прямой пуск

Подразумевает подключение намоток статора к электросети без «посредников». Подходит моторам с короткозамкнутым ротором. Это двигатели небольшой мощности, у которых при подключении напрямую к электросети статорных обмоток, образующимися пусковыми токами не вызывается перегрев, способный вывести технику из строя.

В асинхронных двигателях соотношение индуктивности обмоток к их сопротивлению (L/R) небольшое. И оно тем меньше, чем меньше мощность устройства. Поэтому во время запуска образующийся свободный ток быстро затухает, и им можно пренебречь. Брать в учет будет только ту силу тока, которая установилась в результате переходного процесса.

Ниже на рисунке (а) представлена схема магнитного пускателя, обозначенного буковой К. Технически это электромагнитный выключатель, часто применяемый при запуске электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Он необходим для автоматического разгона по естественной механической характеристике (обозначим М) от начала запуска (точка П) до момента, когда М станет равным моменту сопротивления (Мс).

На картинке (б) представлен график зависимости пускового тока от начального момента. Исходя из него, ускорение разгона равно разности абсцисс графиков М и М(с).

В таком случае, если Мпуск будет меньше Мс, то разогнаться у электродвигателя не получится.

Чтобы получить оптимальное для разгона значение Мпуск для мотора с короткозамкнутым ротором используйте формулу (коэффициент скольжения s равен единице):

Отношение Мпуск к номинальному (Мном) – это величина, определяемая как кратность начального момента. Обозначается kпм. Коэффициент для двигателей с короткозамкнутым ротором входит в диапазон от 1 до 1,8 и устанавливается ГОСТом.

Пример. Если kпм=1,4, а Мном=5000 Н*м, то прямой запуск должен начинаться с Мп = 7000 Н*м.

Внимание! Нельзя превышать установленные ГОСТом нормы. Это ведет к повышению активного сопротивления на вращающемся элементе мотора.

Прямой запуск двигателя обладает преимуществами:

• Дешевизна;
• Простота;
• Минимальный нагрев обмоток при запуске.

Недостатки метода:

• Величина Мпуск составляет до 300% от Мном;
• Пусковой ток составляет до 800% от номинального (смотрите графики снизу).

Даже с перечисленными недостатками прямой запуск остается наиболее предпочтительным для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, т.к. обеспечивает высокие энергетические показатели.

Пуск с понижением напряжения

Подходит для запуска электродвигателя высокой мощности, но так же оптимален для аналогов средней, если напряжение в рабочей сети не позволяем разогнать мотор с помощью прямого пуска.

Для понижения напряжения существует три способа:

1. Переключение намоток статора с треугольника (нормальная схема) на звезду (пусковая схема). Запуск начинается со звезды, а при достижении номинальной частоты происходит переключение на треугольник. При этом напряжение, питающее фазы статорных обмоток, падает в 1,73 раз. Это позволяет уменьшиться во столько же раз фазным токам, а линейные сокращаются втрое.
2. Запуск с добавочным сопротивлением, приводящим к падению вольтажа на статорной обмотке (рисунок а). На момент пуска в электроцепь включают реакторы или резисторы (реактивное и активное сопротивление соответственно).
3. Пуск с подключением через трансформатор понижающего типа с несколькими автоматически переключаемыми ступенями (рисунок б).

Главное преимущество – возможность разгона двигателя почти при том же напряжении, которое необходимо для нормальной работы. К недостаткам относится лишь падение Мп и Ммакс (максимальный момент). Эти величины прямо пропорционально зависят от напряжения: чем меньше Вольт, тем меньше моменты. Поэтому с нагрузкой мотор не запустится.

Соединение ротора с реостатом во время включения

Метод подходит для включения в работы моторов с фазным ротором. Если роторная цепь включает в себя реостат, то активное сопротивление повышается. При этом точка К на рисунке а ниже перемещается ближе к О и обозначается К`.

Это не приводит к уменьшению Ммакс, зато обеспечивает повышение Мпуск. Вместе с этим критическое скольжение увеличивается, и зависимость момента от s смещается к зоне больших скольжений.

Число же оборотов смещается в зону меньших вращательных частот (рисунки б и в).

Обычно реостат, используемый для пуска мотора, имеет от 3 до 6 ступеней (смотрите рисунок а ниже). Пусковое сопротивление плавно уменьшается, что обеспечивается большой Мпуск.

Изначально мотор приводится в ход по четвертой характеристике, проиллюстрированной на рисунке б.

Она соответствует сопротивлению запускающего реостата и обеспечивает максимальную пусковую мощность.

Вращающий момент (Мвр) уменьшается с ростом оборотов. При некотором минимальном значении необходимо отключить часть реостата, чтобы Мвр возрос снова до максимального (смотрите третью характеристику).

Но обороты растут, поэтому Мвр снова уменьшается. Тогда отключается еще одна часть реостата, и начинается работа по второй характеристике. Когда реостат двигателя с фазным ротором отключают вовсе, пусковой процесс завершается.

Мотор продолжает работу по характеристике 1.

Запуск в ход таким методом характеризуется изменением Мвр от максимального до минимального значения. Сопротивление в данном случае уменьшается ступенчато по ломаной кривой линии (выделена жирным на графике). Выключение частей реостата осуществляется автоматически или вручную.

Преимущество запуска электродвигателя с фазным ротором с использованием реостата заключается в возможности включать его при Мпуск, близком к Ммакс. Пусковые токи при этом минимальны. Изменение силы тока проиллюстрировано на рисунке в.

Недостатков хватает. Во-первых, это сложность включения. Во-вторых, это необходимость использования совсем не дешевых моторов с фазным ротором.

Характер работы хуже, чем у аналогов с короткозамкнутым ротором при мощности одинакового значения – это третий минус.

Это объясняет, почему электродвигатели с фазным ротором используют преимущественно в случае возникновения сложностей с запуском других двигателей.

Запуск в ход однофазного мотора

Для включения в работу асинхронного двигателя с питанием от однофазной сети используют вспомогательную намотку. Она должна лежать перпендикулярно относительно рабочей статорной намотки.

Но для создания вращающегося магнитного поля необходимо соблюдение еще одного условия.

Это сдвиг по фазе тока, протекающего по вспомогательной намотке, относительного тока, возникающего в рабочей обмотке.

Для обеспечения сдвига фаз в момент подключения к однофазной сети в электроцепь вспомогательной обмотки включают специальный элемент. Это может быть резистор, конденсатор или дроссель. Но распространенными элементами являются только первые два.

После разгона мотора до значения частоты, равной установившейся, дополнительную намотку выключают. Это можно сделать вручную или автоматически. В начале двигатель работает по двухфазной, а после установления частоты – по однофазной характеристике.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Использование конденсатора

Метод отличается от предыдущего тем, что мотор с расщепленной фазой при подключении к однофазной линии, имеет высокое сопротивление только в момент запуска.

Для обеспечения наибольшего значения Мпуск необходимо круговое и вращающееся магнитное поле. Для этого токи в рабочей и дополнительной обмотках смещают на 90 градусов. Такое смещение может обеспечить только конденсатор. Его использование помогает достичь хорошей пусковой характеристики асинхронного двигателя, питающегося от однофазной электросети.

Выбор способа пуска асинхронного электродвигателя зависит от того, к какой сети он включается: к однофазной или трехфазной. Влияет также мощность мотора и его конструкция.

Ещё по теме:— Схемы подключения асинхронного и синхронного однофазных двигателей— Схемы подключения электродвигателя через конденсаторы— Реверсивная схема подключения электродвигателя— Плавный пуск электродвигателя своими руками—В чем разница асинхронного и синхронного двигателей— Реверсивное подключение однофазного асинхронного двигателя своими руками— Как проверить электродвигатель— Ремонт электродвигателей

Как рассчитать ток холостого хода асинхронного электродвигателя

Холостой ход

Само понятие холостой ход появилось намного позже, чем появились первые двигатели. Сегодня человек, который мало-мальски разбирается в технике, скажет, что это режим работы двигателя, в котором он работает без нагрузок.

Но если вы хотите разобраться больше в этом вопросе, то и информации нужно знать больше.
Когда мотор уже работает, то главным заданием есть создание крутящего момента. Быстрый крутящейся момент возможен на средних и высоких оборотах.

Чтобы дать мотору или двигателю хорошую нагрузку, должен уже быть стабильный крутящийся момент. Для этого и используется холостой ход. Чтобы разогнать работу двигателя к необходимым оборотам.

В ином случае, без холостого хода и разгона двигателя к нужным оборотам – при включении крутящего момента двигатель может просто заглохнуть. Холостыми называют рост оборотов до того момента, когда двигатель сможет выдерживать нагрузки. Обороты повыше уже называются рабочими.

По оборотах также можно следить, в порядке ли система питания в вашем автомобиле. Есть два вида карбюраторов. Первый это простой — механичные карбюратор. Тут водитель сам контролирует мощность оборотов. Сам определяет, до каких скоростей на холостом доводить двигатель, чтобы он был готов к нагрузкам.

Другой карбюратор – электронный. Тут водитель не участвует в работе механизма. Система сама поддерживает нужные обороты. Всегда постепенно повышаются обороты и наращивается мощность, чтобы не дать двигателю заглохнуть и чтобы мотор всегда был готов к малой или большой нагрузке.

Электродвигатель

Специальный механизм, который превращает электроэнергию в крутящийся момент и позволяет двигать аппарат, на котором и установлен двигатель.

Все эти действия происходят благодаря двум деталям: когда между собой взаимодействует магнитное поле статора и ротора. Даже электродвигателей существует много разных видов.

Они различаются своей конструкцией, принципом превращения энергии в движение, да и самой работой двигателя.

• В зависимости от напряжения есть три типа двигателей:
• — Электродвигатель постоянного тока;
• — Двигатель переменного тока;
• — Универсальные электрические машины.
• Классификация электродвигателей:
• — с последовательным возбуждением
• — с параллельным возбуждением
• — со смешанным возбуждением
• — с постоянными магнитами
• — Универсальные
• — Синхронные
• — Индукционные
• — Однофазные
• — Трёхфазный

Разновидностей этих двигателей очень много. Начиная от ценового диапазона, где есть как простые и дешевые двигатели. И не всегда дёшево означает плохо. Ведь этот тип двигателей – электрический, именно этим и популярен.

Своей простотой конструкции, надежностью в работе и относительно небольшой ценой. Также важным фактором при выборе электродвигателя является климатический фактор. Этому уделяется очень много внимания. Работа может происходить при разных температурах.

Насколько меняется максимальная и минимальная температура. Какой уровень влаги в местах, где будет работать двигатель.

Что такое ток холостого хода

Ток холостого хода подразумевает собой режим работы, в котором  вторичная электрическая обмотка двигателя разомкнута, с другой стороны вторая обмотка и её сила тока в этом случае равняется нулю.

Наблюдение за работой холостого хода трансформатора позволяет определить действительный коэффициент трансформации, силу тока, реальные потери и электрическое сопротивление холостого хода трансформатора.

Величина и форма тока холостого хода определяются магнитным потоком трансформатора и свойствами его магнитной системы.

Как рассчитать ток холостого хода асинхронного электродвигателя

В режим холостого хода электродвигатель переходит в момент, когда снимается рабочая нагрузка с его вала. В таком режиме работы можно определить, насколько хорошо функционирует двигатель по разным показателям. Насколько хорошо намагнитившийся ток работает.

Насколько мощным есть двигатель и сколько  теряется в элементах привода конструкции. В целом именно с помощью холостого хода определяется, насколько исправно устройство и какие механизмы не работают на полную мощность.

Например, в режиме холостого хода электродвигатель не должен нагреваться. Но бывают определённые моменты, когда повышается температура привода, это означает, что есть неполадки. В режиме холостого хода нет нагрузки на рабочий вал.

Поэтому и энергии используется намного меньше, что является идеальным режимом для работы двигателя и поддержания нужных оборотов.

Холостой ход асинхронного двигателя в исправном режиме достигает 20-40% от номинального тока статора.

Если ток холостого хода электродвигателя имеет повышенное значение, чем это предусмотрено характеристикой, это может означать только то, что между статором и ротором имеется воздушный зазор.

Лучше всего устранять такие проблемы, ведь зазор может только становиться больше. Поэтому и будет тратиться больше энергии впустую.

Что делать, если греется двигатель на холостом ходу

Вообще не принято, чтобы электрический двигатель грелся на холостом ходу. Не критическими будут незначительные повышения температуры,  и то только в отдельных случаях. Сильный нагрев — прямой сигнал о неполадках в работе двигателя.

Причиной такого нагревания скорее всего может быть замыкание в обмотках. Такие факторы показывают, что в срочном порядке нужно проводить ремонт механизма. Ведь такое  небольшое короткое замыкания двигателя со временем может привести к замыканию целой системы. Выгорает обмотка.

Поэтому в данном случае нужно отключить питание и сразу устранить неполадки.

Способы пуска асинхронных двигателей

• АД при пуске имеет две проблемы:
• 1) малый пусковой момент Мп;
• 2) большой пусковой ток Iп.
• Если мал пусковой момент Мп, то двигатель долго разгоняется, что снижает его производительность.
• Большой пусковой ток Iп плохо влияет на внешнюю сеть — возможна посадка напряжения.
• 1) ПРЯМОЙ ПУСК

При пуске АД с короткозамкнутым ротором применяют прямое включение. Напряжение сети равно номинальному напряжению АД, непосредственно подводимого к статорной обмотке.

1. Такой способ пуска применяют для АД с малой мощностью.
2. Если P>100 кВт, то пуск АД производят при пониженном напряжении.
3. 2) АВТОТРАНСФОРМАТОРНЫЙ СПОСОБ ПУСКА

Автотрансформатор (АТ) подключают к обмотке статора

где kA — коэффициент трансформации АТ.

Соответственно

Следовательно пусковой ток уменьшается в kA2 раз.

Отметим, что поскольку , следовательно пусковой момент также уменьшается в kA2 раз.

Поэтому такой способ пуска возможен только при пуске АД без нагрузки, т.е. на холостом ходу.

• 3) ПУСК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ОБМОТКИ СТАТОРА
• СО ЗВЕЗДЫ НА ТРЕУГОЛЬНИК
• Если в процессе работы АД обмотка статора должна быть соединена треугольником, то во время пуска ее соединяют звездой.

В положении 1 обмотка статора соединена звездой при пуске. Когда скорость АД примерно равна номинальной, то рубильник переключают в положение 2.

4) ПУСК АД С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Для улучшения пусковых характеристик АД выполняют с фазным ротором (см. схему в начале лекции 13).

Пуск АД с фазным ротором производят вручную или автоматически.

Ручной пуск осуществляют с помощью пускового реостата. При заданном моменте Мпер переход с одной характеристики на другую происходит в момент исключения соответствующей ступени реостата (его сопротивление уменьшается).

При пуске АД сопротивление пускового реостата Rд2 выбирается так, чтобы пусковой ток не превышал допустимого значения и чтобы пусковой момент АД был равен максимальному.

Затем выводится первая ступень пускового реостата и его сопротивление уменьшается до величины Rд1. При этом двигатель переходит на следующую характеристику и т.д. до полного вывода пускового реостата Rд=0.

1. Введение реостата в цепь ротора позволяет:
2. 1) уменьшить пусковой ток двигателя;
3. 2) увеличить пусковой момент двигателя.

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться.

Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения.

Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке).

По обмотке статора проходит ток холостого хода I0, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора).

Для уменьшения тока I0 в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие.

Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

Но одновременно увеличивается частота n1— n персечения вращающимся полем проводников обмотки ротора, а следовательно, э. д. с. Е2, индуцированная в этой обмотке, ток в роторе I2 и образованный им электромагнитный вращающий момент М.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока электромагнитный момент двигателя M не сравняется с нагрузочным моментом Мвн.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки.

При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться.

Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

f2/f1 = (n1— n)/n1= s или f2 = f1s (83)

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Поэтому

• M = cмФтI2 cosφ2 (84)
• где
• Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;
• cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором.

Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср.

Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы.

Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

При s < 10-20% увеличение скольжения приводит к незначительному уменьшению cos φ2, вследствие чего активная составляющая тока в обмотке ротора I2cos φ2 и электромагнитный момент М возрастают.

При некотором критическом скольжении sкр двигатель развивает наибольший момент Мmax, который определяет его перегрузочную способность.

При дальнейшем увеличении скольжения (большем sкр) происходит резкое уменьшение cos ?2, поэтому активная составляющая тока I2cos φ2 и электромагнитный момент М уменьшаются.

Номинальный вращающий момент Мном двигатели средней и большой мощности развивают при скольжении Sном = 2-4%.

Согласно государственным стандартам на асинхронные двигатели отношение Mmax/Mном = 1,8-2,5. Критическое скольжение sкр для мощных двигателей составляет 5—10%, для двигателей средней и малой мощности — от 10 до 20 %.

Асинхронный двигатель, как и любая электрическая машина, может работать в генераторном режиме, создавая тормозной момент. Этот режим используется для электрического торможения приводов.

Режим пуска.

В начальный момент пуска ротор двигателя неподвижен: скольжение s=1, магнитное поле пересекает ротор с максимальной частотой, индуцируя в нем наибольшую э. д. с. Е2. Так как ток в роторе I2 определяется значением э. д. с. Е2, то в начальный момент пуска он будет наибольшим. Наибольшим будет и ток в статоре.

Обычно пусковой ток двигателя в 5—7 раз больше номинального. Вращающий момент Мп при пуске называется пусковым. Он обычно меньше наибольшего момента, который может развить двигатель. Для двигателей различных типов и мощностей отношение Мп/Мном = 0,7 – 1,8.

Пуск асинхронного двигателя

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

ПРЯМОЙ ПЛАВНЫЙ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК ЧЕРЕЗ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

• 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.

1. Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.
2. 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.
3. Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора.
4. Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.
5. Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя.
6. 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.

1. 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.
2. 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).

© 2012-2022 г. Все права защищены.

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