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:
- 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.
- 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).
- 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
Способы эффективного пуска асинхронного электродвигателя
Асинхронный двигатель представляет собой довольно сложную систему, которая характеризуется многими параметрами, среди которых – универсальность. Агрегаты приводят в действие разные компоненты оборудования и могут запускаться разнообразными методами. Самые популярные из них мы сегодня и рассмотрим.
Конденсатор на асинхронный двигатель
Электрический двигатель, как и любая сложная электротехническая система, регулируется определенными требованиями и стандартами, с помощью которых достигается безопасность и результативность работы. Касаются такие параметры множества аспектов мотора, в том числе и его пуска.
Первое, что должно быть соблюдено – отсутствие дополнительного инструментария, старт должен осуществляться посредством имеющихся средств. Второе – сведение к минимуму токов пуска и самого пускового момента.
Далее в статье мы опишем вкратце основные методы, реализация которых полностью соответствует вышеописанным требованиям.
Старт напрямую
В основе данного распространенного метода – подсоединение статорных обмоток к электрической сети питания без элементов – «посредников».
Чаще всего такой пуск имеет место в моторах с роторами короткозамкнутого типа.
Такие силовые агрегаты обладают малой мощностью, при прямом подключении к сети питания их обмоток статора не возникает перегрева из-за пусковых токов. Благодаря этому техника не выходит из строя.
Уровень соотношения индуктивности катушек в асинхронных электродвигателях к уровню сопротивления – довольно маленькое. Данное число становится еще меньше, когда устройство обладает меньшей номинальной мощностью.
Это обусловливает быстрое затухание свободного тока, который генерируется в процессе запуска. Такая особенность позволяет пренебрегать таким током, не включая его в расчет.
Учитывать стоит только ту силу, которая установился в процессе реализации переходного процесса.
Прямой пуск асинхронного двигателя
Как можно видеть на изображении магнитного пускателя – компонент осуществляет автоматический разгон с применением естественной механической характеристики (М на схеме).
Реализуется это от точки П (непосредственного начала запуска) и до того момента, при котором М выйдет на уровень, равный показателю сопротивления (Мс).
Сам же магнитный пускатель конструктивно представляет собой выключатель электромагнитного типа, устанавливаемый на силовые агрегаты с роторами короткозамкнутого действия.
На второй части картинки вы можете видеть график зависимостей пускового тока от первого момента. Зная это, можно утверждать, что ускорение для разгона равен разнице абсцисс двух графиков: М и Мс.
Исходя из этого, если М пусковой будет меньшим Мс, тогда достаточного разгона не получится. Для того, чтобы его все-таки реализовать, нужно иметь оптимальное значение для Мпуск.
В случае с силовым агрегатом с короткозамкнутым ротором лучше всего применять специальные формулы, вот одна из них:
При этом, стоит учитывать, что коэффициент скольжения s в формуле стабильный и равен единице.
Соотношение М пускового и М номинального представляет собой величину, которая определяется кратностью стартового момента. Для удобства это результирующее число указывается как Кпм. В случае с электромоторами, оборудованными короткозамкнутыми роторами, данный коэффициент достигает числа 1,8, регулируется государственными стандартами.
- Например, в ситуациях, когда Кпм равен 1,5, а М номинальный – 5000 Нм, прямой запуск начинается с Мп – 7000 Нм.
- Стоит также отметить, что не нужно превышать показатели, заданные ГОСТом, ведь это чревато резким увеличением активных сопротивлений на вращающихся компонентах электродвигателя.
- К преимуществам принципиальной схемы прямого запуска мотора относят:
- низкая стоимость реализации;
- простота конструкции;
- минимум нагрева у обмоток в процессе запуска.
Отметим также и недостатки такого движения:
- М пусковой в 3 раза превышает М номинальной;
- стартовый ток достигает и вовсе показателя в 800% от уровня номинального.
Но, несмотря на слабые стороны такой схемы запуска и торможения мотора, она остается одной из самых предпочтительных для реализации в асинхронных электродвигателях.
Особенно прямой старт выгодно реализовывать с роторами короткозамкнутого типа, ведь он обеспечивает силовому агрегату высокие энергетические характеристики.
Также в такой схеме используется одна кнопка или сразу несколько, отвечающих за «старт» и «стоп».
Старт путем понижения напряжения
Данный метод плавно запустить мотор используется с двигателями, которые работают на высоких мощностях. Также способ подходит и для агрегатов со средней мощностью, но при условии, что уровень напряжения рабочей сети питания не дает возможности проводить разгон, используя вышеописанный метод прямого пуска.
Для того, чтобы понизить напряжение в агрегате, можно использовать один из трех способов:
- осуществить переключение статорных обмоток с нормальной схемы типа треугольник на пусковую схему «звезда». Старт необходимо начать именно с последней, а когда устройство достигнет номинальной частоты, стоит переключиться на треугольник. В такой ситуации напряжение, которое обеспечивает питание фаз обмоток статора, снижается приблизительно в 1,73 раза. Это дает возможность сократить показатели фазных токов, а линейные сократить в 3 раза;
- старт при помощи добавочного сопротивления, которое способствует общему сокращению вольтажа на обмотке статора. Когда реализуется пуск, в электрическую цепь подключают резисторные компоненты или реакторы, которые обеспечат активное или реактивное сопротивление;
- запуск при помощи подключения двигателя через трансформатор. При этом используется сразу несколько степеней, переключающихся в автоматическом режиме.
Второй (реакторный) и третий (трансформаторный) способ отображены на рисунке:
Основная выгода от реализации такого метода – предоставление возможности для разгона силового агрегата при уровне напряжения, практически равному тому, которое требуется для обеспечения нормального функционирования.
К слабым сторонам автотрансформаторного пуска стоит отнести весомое снижение уровней Мп и максимального момента. Эти показатели напрямую зависят от уровня напряжения питания: чем меньше ток в вольтах, тем меньше будут эти моменты. Исходя из этого, можно говорить о том, что при таких условиях агрегат с нагрузкой просто не произведет самозапуск.
Применение реостата
Этот способ подразумевает реализацию подключения ротора при помощи реостата в момент его включения. Метод реализуется для запуска моторов, ротор которых фазного типа.
В ситуациях, когда конструкция роторной цепи уже включает реостат, показатель активного сопротивления растет. При этом, точка К приближается к точке О и маркируется уже К’. Это не способствует снижению максимального М, но увеличивает М пусковое.
Это можно наглядно увидеть на рисунке «а», который расположен ниже.
Соединение ротора с реостатом схемы
Параллельно с этим критическое скольжение увеличивается, а зависимость момента от показателя s смещается к области более сильных скольжений. Точное количество оборотов двигается по направлению к сфере более слабых частот вращения. На рисунке данные ситуации продемонстрированы на графиках «б» и «в» соответственно.
Как правило, реостат, который применяется чтобы уменьшить время запуска мотора, имеет в своей конструкции от 3 до 6 ступеней.
Стартовое сопротивление постепенно снижается, что напрямую обеспечивается большей М пусковой. В самом начале двигатель приводится в действие посредством четвертого параметра (ниже на рисунке Б).
Данное число полностью отвечает сопротивлению применяемого реостата и демонстрирует наивысшую мощность пуска.
Момент вращения (далее Мвр) постепенно снижается по мере того, как растет количество оборотов движимых элементов. При достижении определенного минимального значения, нужно провести отключение реостата, для того, чтобы Мвр восстановился до максимального (характеристика №3).
Но, исходя из того, что количество оборотов все-таки возрастает, момент вращения уменьшается. В таком случае происходит отключение еще одного компонента реостата, после чего работа агрегата производится уже по второму параметру.
Когда же происходит полное отключение и реостата и фазного ротора, тогда мы имеем завершение пускового процесса. Силовой агрегат целиком работает по первой характеристике.
Запуск мотора в ход таким способом имеет в основе изменение параметра Мвр — от наивысшего до минимального значений. Уровень сопротивления снижается ступенчато, полностью соответствуя ломаной кривой. Исключение реостатных частей реализуется ручным методом или же автоматически.
К плюсам такого метода относят возможность применения с электрическими двигателями, в основе которых – фазные роторы. Здесь оператор имеет возможность проводить включение агрегата при М пуск, который предельно близок к уровням М макс. при этом, стоит отметить, что стартовые токи имеют минимальные показатели. Изменить их силы можно так, как указано на изображении В.
Несмотря на довольно внушительные преимущества, недостатки также есть. К ним относят:
- сложное присоединение;
- потребность в применении в системе более дорогих моторов, включающих уже знакомый нам фазный ротор;
- рабочие характеристики хуже, чем у моторов с аналогичными параметрами, но с короткозамкнутым ротором.
Преимущественно из-за недостатков, большинство применяется фазные двигатели только при возникающих сложностях с агрегатами других типов.
Однофазный двигатель
Вспомогательная обмотка – ключевой элемент при обеспечении запуска асинхронного мотора на 1 фазу. Созданный элемент должен располагаться перпендикулярно по отношению к рабочей намотке статора.
Но этого недостаточно для генерирования оборачиваемого магнитного поля. Необходимо, чтобы был реализован сдвиг по токовой фазе, который протекает по дополнительной обмотке.
Сдвиг относится к относительному току, который возникает в рабочих катушках при обеспечении старта.
Чтобы обеспечить фазовый сдвиг в момент соединения агрегата к однофазной сети, необходимо включить специальный компонент в электрическую цепь. Как правило, для таких целей используют резистор, дроссель или же конденсатор.
После того, как разгон двигателя достигнет требуемых частотных значений, происходит отключение вспомогательной намотки. Осуществляется это либо вручную, либо в автоматическом режиме. Поначалу мотор функционирует по двухфазным характеристикам, а после достижения уровня частоты – по однофазной.
Пример омического сдвига фаз
Стартовое сопротивление
Среди эффективных методов, которые существуют в современной электротехнике стоит выделить использование сопротивления при старте. Актуальна данная технология для моторов, получающих питание от однофазных сетей.
Также важно, чтобы двигатель имел первичную вспомогательную намотку с ротором короткозамкнутого типа.
Зачастую такой агрегат именуется, с расщепленной фазой, электрическая цепь которого обладает высоким активным сопротивлением.
Для того, чтобы запустить такое устройство, необходимо наличие пускового резистора, которое соединяется последовательным методом с намоткой вспомогательного действия. В таком случае будет иметь место сдвиг фаз, который достигнет угла в 30 градусов. Данного показателя с легкостью хватает для осуществления разгона.
В этой схеме можно использовать дополнительную намотку с высоким уровнем сопротивления и с пониженной индуктивностью. Здесь медный компонент с малым количеством витков, провода при этом с меньшим сечением, что является ключевым отличием от рабочих обмоток.
Установка конденсатора
Основное отличие данного способа регулировки от метода пускового сопротивления – наличие высокого сопротивления в момент срабатывания у мотора с расщепленными фазами.
Чтобы обеспечить высокий уровень М пускового, нужно иметь магнитные поля кругового и вращающегося действия. Токи в обмотках двух видов смещаются на 90 градусов. Для этого используется конденсатор.
Компонент обеспечивает высокие пусковые характеристики.
Другие способы запуска
Также стоит перечислить и другие, довольно популярные схемы:
- регулирование реверсивного двигателя с двумя пускателями (или одним реверсивного действия) и с тремя кнопками;
- для реверсивного мотора с применением 2 пускателей и 3 клавиш, среди которых 2 имеют спаренные контакты.
Все варианты управления, так или иначе, похожи друг на друга, но, несмотря на это, каждый из них уникален по-своему. Выбирать точный вариант стоит, ориентируясь на рабочие показатели мотора, который будет приводиться в движение.
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.
- 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:
- При отказе одного из контакторов произойдет нарушение коммутации, в результате чего либо станет невозможным пуск, либо значительно снизится мощность двигателя.
- Снижение напряжения и тока является фиксированным.
- 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
Способы запуска трехфазных асинхронных двигателей
Доброго времени суток, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru
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.
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)
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.
Загрузка...
