Несколько способов пуска асинхронного двигателя

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 М_пуск) 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 (М_с).

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 М_пуск будет меньше М_с, то разогнаться у электродвигателя не получится. Чтобы получить оптимальное для разгона значение М_пуск для мотора с короткозамкнутым ротором используйте формулу (коэффициент скольжения s равен единице):

Отношение М_пуск к номинальному (М_ном) – 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 М_ном=5000 Н*м, то прямой запуск должен начинаться с М_п = 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.

• Величина М_пуск составляет до 300% от М_ном;
• 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 М_п и М_макс (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 М_макс, зато обеспечивает повышение М_пуск. 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 М_пуск. Изначально мотор приводится в ход по четвертой характеристике, проиллюстрированной на рисунке б. Она соответствует сопротивлению запускающего реостата и обеспечивает максимальную пусковую мощность.

Вращающий момент (М_вр) уменьшается с ростом оборотов. При некотором минимальном значении необходимо отключить часть реостата, чтобы М_вр возрос снова до максимального (смотрите третью характеристику). Но обороты растут, поэтому М_вр 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 М_вр 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 М_пуск, близком к М_макс. 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 М_пуск 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.

Ступенчатый пуск короткозамкнутого асинхронного двигателя в функции времен (рисунки 20.1, 20.2, 20.3.)

5.12. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором переключением со «звезды» на «треугольник» (рисунок 21)

Для уменьшения пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором прибегают к снижению напряжения, подводимого к обмотке статора. Одним из способов снижения напряжения во время пуска служит переключение обмоток статора со «звезды» на «треугольник»

(у “звезды” , у ”треугольника” ).

При включении трехполюсного автоматического выключателя QF и нажатии кнопки SB2 замыкается цепь катушки контактора КМ1, который срабатывает и силовыми контактами КМ1.1 замыкает первую ступень цепи питания двигателя, а блок–контактом KMI.2 шунтирует кнопку SB2. Одновременно подключаются к сети катушки реле времени КТ1 и контактора КМЗ; последний срабатывает и замыкает при помощи силовых контактов КМЗ.I обмотку статора «звездой» (рисунок 21 а, б). Двигатель включается и разгоняется при пониженном напряжении.

Через заданный промежуток времени срабатывает реле времени KTI, размыкает контакт КТ1.2 и замыкает КТ1.1. При этом цепь катушки контактора КМЗ размыкается, а цепь катушки контактора KМ2 замыкается: двигатель подключается треугольником с помощью силовых контактов КМ2.1 контактора КМ2 (рисунок 21 а, в).

Так как в цепи катушки контактора КМ2 находится блок–контакт КМ3.2, включение контактора КМ2 не может произойти раньше отключения контактора КМЗ. И наоборот, включение контактора КМЗ не может произойти раньше отключения контактора КМ2 за счет его размыкающего контакта КМ2.2 в цепи катушки контактора КМ3.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором в функции времени (рисунок 22)

В целях уменьшения пускового тока и повышения пускового момента двигателя в цепь фазного ротора вводится пусковой трехфазный трехступенчатый реостат R1-R2-R3. По мере разгона двигателя реостат автоматически выводится из цепи ротора путем закорачивания его ступеней R1, R2, R3. Выдержка времени, необходимая для закорачивания отдельных ступеней пускового реостата, обеспечивается реле времени, число которых равно числу ступеней.

Работа схемы осуществляется следующим образом. При включении трехполюсного автоматического выключателя QF и нажатии на кнопку SB1 замыкаются цепи катушек контактора КМ1 и реле времени КТ1. Контактор срабатывает, включая своими контактами KM1.1 статор двигателя в сеть. Пусковой реостат при этом введен в цепь ротора полностью.

Через заданный интервал времени реле времени КТ1 замыкает свой контакт КT1.1 в цепи катушек контактора КМ2 и реле времени КТ2. Контактор КМ2 срабатывает и контактами КМ2.1 замыкает накоротко первую секцию R1 пускового реостата в цени ротора. А реле времени КТ2 замыкает с замедлением свой контакт KT2.1 и включает под напряжение катушки контактора КМЗ и реле времени КТЗ. Контакты KM3.1 контактора КМЗ закорачивает вторую ступень R2 пускового реостата.

Далее с замедлением времени замыкается контакт КТЗ.1 реле времени КТЗ, включающий под напряжение катушку контактора КМ4, который срабатывает и контактами КM4.I закорачивает последнюю ступень R3 пускового реостата. Пуск завершен. Двигатель работает как с короткозамкнутым ротором.

Останов двигателя производят кнопкой SB2. При перегрузках и коротких замыканиях двигатель отключается автоматическим выключателем QF. Пря этом отключается контактор КМ1, размыкается его блок–контакт KM1.2 и реле времени без выдержки времени размыкают свои контакты, отключая контакторы КМ2, КМ3 и КМ4. Схема готова к следующему пуску.

Студенту предлагается дополнить рассмотренную схему диаграммой пуска двигателя, вспомнить механическую характеристику двигателя и зависимость критического скольжения от сопротивления цепи ротора, и увязать с работой схемы — рисунка 22.

Управление двигателем постоянного тока параллельного возбуждения в функции времени (рисунок 23)

В целях уменьшения пускового тока двигателя в цепь его якоря при пуске вводится дополнительное сопротивление, роль которого в рассматриваемой схеме выполняет пусковой двухступенчатый реостат RI-R2.

Включением автоматического выключателя QF двигатель подготавливается к пуску. Обмотка возбуждения LМ двигателя так же оказывается включенной под напряжение Ток протекает также по цепи, состоящей из катушки реле времени КТ1, якоря двигателя М и двух ступеней пускового реостата R1, R 2. Вследствие большого сопротивления катушки реле времени КТ1, ток в этой цепи весьма мал и никакого действия на двигатель не оказывает, но само реле срабатывает и его размыкающий контакт КТ1.1 в цепи катушки контактора КМ2 размыкается.

В обмотку второго реле времени КТ2, включенную параллельно сопротивлению RI ответвляется столь малый ток, что сработать оно не может. Пуск двигателя выполняется нажатием кнопки SB2. Замыкается при этом цепь катушки контактора КМ1, который срабаты­вает и замыкает свой контакт KM1.1 в цепи якоря двигателя, закорачивая катушку реле времени КТ1. Сопротивление цепи якоря резко падает.

Большой пусковой ток в цепи якоря ограничивается двумя ступенями реостата R1 и R2. Часть этого тока ответвляется в катушку реле времени КТ2, и оно, срабатывая, размыкает свой контакт КТ2.1. в цепи контактора КМ3.

Через заданный промежуток времени при возврате реле времени KT1 в исходное состояние замкнет свой контакт КТ1.1 в цепи катушки контактора КМ2. Контактор срабатывает и своим контактом KM2.1 закоротит первую ступень R1 пускового реостата и обмотку реле времени КТ2. С замедлением при возврате его рабочий контакт КТ2.1 включит контактор КМ3, который своим контактом КМ3.1 закоротит вторую ступень R2 пускового реостата. На этом пуск двигателя заканчивается.

При нажатии на кнопку SB1 контактор KМ1 обесточится и разомкнет свой главный контакт КМ1.1 в цепи якоря. Якорь остается под напряжением, но оказывается включен последовательно с обмоткой реле времени КТ1, благодаря чему через него проходит незначительный ток. Реле KTI сработает, разомкнет свой контакт КТ1.1 в цепи контакторов КМ2 и KM3, они отключатся и разомкнут свои контакты KM2.I и КМЗ.1, закорачивающие сопротивления R1 и R2. Произойдет останов двигателя, но его обмотка возбуждения остается подключенной к сети и двигатель тем самым подготовлен для следующего пуска.

Полное отключение двигателя выполняют выключением автоматического, выключателя QF.

Список используемой литературы

1.Александров К.К., Кузьмина Е.Г., Электротехнические чертежи и схемы, — М.: Энергоатомиздат; 1990-288с.

2.Пижурин А.А. Электрооборудование и электроснабжение лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий – М.: Лесная промышленность, I987-296c.

3. Ушев Н.И. Развитие навыков чтения электрических схем управления.

Николай Иванович Ушев

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

к практическим занятиям

по развитию навыков чтения принципиальных

электрических схем управления электродвигателями

для самостоятельной работы студентов

и строительного факультетов

Формат 1/16 Объём 2 п.л. Т. 50 экз. Бесплатно

Брянская государственная инженерно–технологическая академия

г. Брянск, проспект Станке Димитрова, 3,

Подразделение оперативной печати

Дата добавления: 2015-07-26 ; просмотров: 179 ; Нарушение авторских прав