Запуск трехфазных двухскоростных двигателей. Подключение Даландера

Запуск трехфазных двухскоростных двигателей. Подключение Даландера

19.1 Двухскоростные асинхронные двигатели различных скоростей

Асинхронные трехфазные двигатели могут быть сконструированы более, чем на одну скорость, либо реализованные с различными обмотками, отличающимися числом полюсов, либо только с одной обмоткой, но построенной таким образом, что может подключаться внешне с различным числом полюсов. По этой причине некоторые виды трехфазных асинхронных двигателей с различными скоростями называют также двигатели с переключаемыми полюсами.

На рисунке 19.1 схематически представлены разнообразные типы обмоток и также их подключение, которые в настоящее время наиболее часто употребляются в конструкции двигателей различных скоростей, причем второй является наиболее часто используемым из всех.

Рисунок 19.1 – Системы соединения трехфазных асинхронных двигателей с различными скоростями

Этот тип двигателей имеет короткозамкнутый ротор и в основном применяется в работе станков и вентиляторов, и, что касается видов конструкции, представленных на рисунке 19.1, их главными характеристиками являются следующие:

1. Двигатели с двумя независимыми обмотками. У этих двигателей две скорости и они сконструированы таким образом, что каждая обмотка взаимодействует внутренне с различным количеством полюсов и в зависимости от того, какая обмотка подключена к сети, двигатель будет вращаться с различным числом оборотов. В этом типе двигателей обычно обе обмотки включаются соединением в звезду и наиболее частые сочетания полюсов это: 6/2, 6/4, 8/2, 8/6, 12/2 и 12/4.
2. Двигатели с одной обмоткой с подключением Даландера. Эти двухскоростные двигатели сконструированы с обычной трехфазной обмоткой, но соединенной внутри таким образом, что в зависимости то того, какие внешние потребители подключены в сеть, в двигателе будут происходить переключения с одного на другое количество полюсов, но их соотношение всегда будет 2 к 1; таким образом, у двигателя будут две роторные скорости, одна в два раза превышающая другую. Как показано на рисунке 19.1, подключение обмоток осуществляется треугольником или звездой для меньшей скорости и двойной звездой для большей, наиболее частые сочетания полюсов это: 4/2, 8/4 и 12/6.
3. Двигатели с обмоткой Даландера и другой независимой обмоткой. При помощи этого типа двигателя достигаются три различные скорости, две с обмоткой подключения Даландера и третья с независимой обмоткой, конструкция которой различное количество полюсов, отличное от двух полярностей, полученных с первой. Наиболее часто используемые подключения представлены на рисунке 19.1, и наиболее часто встречающиеся сочетания полюсов: 6/4/2, 8/4/2, 8/6/4, 12/4/2, 12/6/4, 12/8/4, 16/12/8 и 16/8/4.
4. Двигатели с двумя обмотками Даланлера. При помощи двигателей этого типа добиваются четырех скоростей, две с каждой обмотки, которые будут предназначены для полярностей отличных друг от друга, при наиболее часто использующихся сочетаниях: 12/8/6/4 и 12/6/4/2.

19.2 Двухскоростные двигатели с подключением Даландера или с переключением полюсов

Наиболее применяемый вид асинхронных трехфазных двигателей с различными скоростями (можно сказать, что почти единственный применяемый в настоящее время) это двигатель с олной обмоткой с подключением Даландера и именно поэтому этот двигатель будет детально описан. На рисунке 19.2 показана обмотка трехскоростного асинхронного двигателя с подключением Даландера, где представлены, как внутренние подключения, так и присоединения с клеммной колодкой к сети, в двух рабочих позициях. Этот двигатель предназначен для работы с четырьмя полюсами, когда соединен в треугольник и два полюса, когда соединяется в двойную звезду в соответствии с представленной на рисунке фазы обмотки U1 – V1.

Рисунок 19.2 – Внутренние связи, в треугольник и двойную звезду, обмотки двигателя Даландера, с 4 и 2 полюсами

Как показано на рисунке 19.2 при запуске на меньшей скорости достаточно применить напряжение сети шторок клеммных соединений, при осуществлении треугольного подключения между тремя фазами внутри двигателя. И наоборот, для большой скорости должны быть выполнены две операции: сначала необходимо короткозамкнуть U1, V1 и W1, а затем применить напряжение сети U2, V2 и W2 в клеммном соединении. Вывод, полученный на основе вышеизложенного: для автоматического запуска двигателя с подключением Даландера необходимы три контактора.

Также на рисунке 19.2 можно увидеть, что когда двигатель подключается на маленькую скорость, образовывается двойное количество полюсов из-за того, что все статоры одной фазы соединены последовательно, в то время, как для большей скорости статоры каждой фазы соединяются по половине параллельно, таким образом получая половину количества полюсов по сравнению с предыдущим описанием.

Перейдем к описанию схем контроля и защиты наиболее часто применяемых для работы двигателей с подключением Даландера, и представленным на рисунках 19.3 и 19.4. Первый это простой запуск на любой из двух скоростей и второй это тот же тип запуска, но с двумя необходимыми цепямидля того, чтобы в каждой из своих двух скоростей двигатель мог бы запускаться в обоих направлениях без различия (одинаково).

19.3. Запуск двухскоростного двигателя с переключающимися полюсами без инверсии вращения

Электрические характеристики элементов контроля и защиты необходимые для выполнения этого типа запуска, как минимум должны быть:

• Контактор К1, для включения и выключения двигателя на маленькой скорости (PV). Мощность должна быть такой же либо превышать In двигателя в треугольном соединении и с категорией обслуживания АС3.
• Контакторы К2 и К3, для включения и выключения двигателя на большой скорости (GV). Мощность этих контакторов должна быть такой же либо превышать In двигателя соединенного двойной звездой и категориеи обслуживания АС3.
• Термореле F3 и F4, для защиты от перегрузок на обоих скоростях. Каждый из них будет измерять In, употребляемый двигателем на защищаемой скорости.
• Предохранители F1 и F2, для защиты от К.З. должно быть типа аМ и мощностью такой же или превышающей максимальное In двигателя, в каждой из своих двух скоростей.
• Предохранитель F5, для защиты цепей контроля.
• Система кнопок, с простым прерывателем остановки S0 и двумя двойными прерывателями движения S1 и S2.

Перейдем к описанию в краткой форме процесса запуска, как на малой скорости, так и на большой:

• а) запуск и остановка на маленькой скорости (PV).
• Запуск путем нажатия на S1.
• Замыкание контактора цепи К1 и запуск двигателя соединенного треугольником.
• Автопитание через (К1, 13–14).
• Открытие К1, которое действует как шторка для того, чтобы хотя запущен в движение S2, контакторы большой скорости К2 и К3 не были активизированы.
• Остановка путем нажатия на S0.
• б) запуск и остановка на большой скорости (GV).
• Запуск путем нажатия на S2.
• Замыкание контактора звезды К2, которое формирует звезду двигателя при коротком замыкании: U1, V1 и W1.
• Замыкание контактора К3 (К2, 21–22) таким образом, что двигатель работает соединением в двойную звезду.
• Автопитание через (К2, 13–14).
• Открытие (К2, 21–22) и (К3, 21–22), которые действуют как шторки для того, чтобы никогда не закрывался К1 в то время, как закрыты К2 или К3.
• Остановка путем нажатия на S0.

Вспомогательные контакты системы кнопок (S1 и S2, 21–22)действуют как защитные двойные шторки системы кнопок в том случае, если на оба прерывателя попытаются нажать одновременно, чтобы никакой из контакторов не активизировался и эти контакты можно было бы убрать в том случае, если есть защитные шторки механического типа между К1 и К2.

Рисунок 19.3 – Цепи мощности и контроля для запуска двигателя с переключаемыми полюсами

19.4 Запуск двухскоростного двигателя с переключаемыми полюсами (рисунок 19.4)

Электрические характеристики элементов контроля и защиты будут такими же, как в предыдущем примере в том случае, когда принимается в расчет наличие двух номинальных мощностей двигателя в зависимости от его скорости работы.

Цепи на рисунке 19.4 являются наиболее используемыми, хотя не единственными для запуска двигателя с переключаемыми полюсами в обоих направлениях движения и на любой из двух своих скоростей.

Между двумя контакторами каждого инвертора К1 – К2 и К3 – К4 размещаются двойные защитные шторки, одна с защитными контактами собственных контакторов (К1, К2, К3 и К4; 21–22) и другая с контактами собственных кнопок движения (S1, S2, S3 и S4; 21–22). Последние могли бы быть защищены защитными механическими шторками между каждой парой контакторов: К1 – К2 и К3 – К4, избегая в этом случае прерывателей движения тройного контакта S3 и S4. Кроме того имеются защитные шторки между контакторами применяемыми для маленькой скорости К1 и К2, а остальные К3, К4 и К5 применяемые для большой скорости, выполненные посредством вспомогательных контактов собственных контакторов (К1, К2, К3 и К4; 31–32) и (К5; 21–22).

Перейдем к краткому описанию работы цепи при каждой из четырех возможностей движения, но пренебрегая действием контактов защитных шторок, исходя из того, что предыдущее их описание является достаточным для понимания действия их работы.

• а) Запуск и остановка на маленькой скорости при движении вправо.
• Запуск путем нажатия на S1.
• Замыкание контактора цепи К1 и запуск двигателя на маленькой скорости движения вправо, при треугольном соединении.
• Автопитание через (К1; 13–14).
• Остановка путем нажатия на S0.
• б) Запуск и остановка на маленькой скорости при движении влево.
• Запуск путем нажатия на S2.
• Замыкание контактора цепи К2 и запуск двигателя на маленькой скорости движения влево, при треугольном соединении.
• Автопитание через (К2; 13–14).
• Остановка путем нажатия на S0.
• в) Запуск и остановка на большой скорости при движении вправо.
• Запуск путем нажатия на (S3; 13–14 и 23–24).
• Замыкание контактора звезды К5, который формирует звезду двигателя при коротком замыкании U1, V1 и W1.
• Замыкание контактора цепи К3 через (К5; 23–24), таким образом, что двигатель начинает работу на большой скорости при движении вправо, соединение двойная звезда.
• Автопитание через (К5; 13–14) и (К3; 13-14).
• Остановка путем нажатия на S0.
• г) Запуск и остановка на большой скорости при движении влево.
• Запуск путем нажатия на (S4;13–14 и 23–24).
• Замыкание контактора звезды К5, который формирует звезду двигателя при коротком замыкании U1, V1 и W1.
• Замыкание контактора цепи К4 через (К5; 23–24), таким образом, что двигатель начинает работу на большой скорости при движении влево, соединение двойная звезда.
• Автопитание через (К5; 13–14) и (К3; 13–14).
• Остановка путем нажатия на S0.

В случае, если при перегрузке двигателя, выйдет из строя термическое реле F3 или F4, эффект будет таким же, как при нажатии на S0, каким бы ни был открывшийся контакт, цепь контроля прервется.

Рисунок 19.4 – Цепи мощности и контроля для запуска двигателя с переключаемыми полюсами (подключение Даландера), с переключением вращения

Пособие для ремонтника

В настоящее время довольно часто используется другой тип двухскоростных двигателей, называемых двигателями Даландера (Dahlander). Клеммная коробка такого двигателя.Такой двигатель представляет собой двигатель трехфазного переменного тока, рассчитанный на работу при одном значении напряжения. При работе на режиме БС напряжение питания подается на клеммы 2U, 2V и 2W, а клеммы БС (Ш, IV и 1W) соединяются между собой перемычками.

При работе в режиме МС напряжение подается на клеммы МС Ш, IV и 1W, а три других клеммы МС (2U, 2V и 2W) остаются свободными.
Схема подключения двигателя Даландера к сети показана не рис.
При работе на режиме МС контактор МС замкнут и фазы LI, L2 и L3 подключены к клеммам МС Ш, IV и 1W соответственно. Контакторы БС1 и БС2 при этом обязательно должны быть разомкнуты.
Обратите внимание на треугольник в центре рис. 66.2. Он означает, что между контакторами МС и БС2 существует механическая блокировка, чтобы не допустить короткого замыкания фаз: если контакторы МС и БС2 одновременно замкнуть, то произойдет короткое замыкание!
При работе в режиме БС контактор БС1 замкнут и фазы L1, L2 и L3 подключены к клеммам 2U, 2V и Рис. 66.2. 2W соответственно (обратите внимание на после-
довательность подключения фаз к клеммам). Контактор БС2 при этом тоже замкнут, обеспечивая соединение между собой клемм 1U, IV и 1W БС2 (естественно, контактор МС должен быть в этом случае разомкнут).

Вы «прозвонили» с помощью омметра клеммы двигателя Даландера и результаты записали в табл. 66.1.
Попробуйте теперь нарисовать схему подключения обмоток к клеммам и к сети.
Решение на следующей странице.

Решение упражнения 1

Табл. 66.2. Посмотрите на данные табл. 66.2 (она повторяет табл. 66.Т). Вы видите, что минимальное сопротивление равно 36 Ом, а далее оно возрастает кратно этой величине от 36 до 144 Ом (72, 108, 144 Ом).
Кроме того, заметьте, что величины сопротивлений повторяются по 3 раза. То есть мы имеем 3 раза по 36 Ом, 3 раза по 72 Ом (2 х 36 Ом), 3 раза по 108 Ом (3 х 36 Ом) и 3 раза по 144 Ом (4 х 36 Ом). В результате можно легко понять, что обмотки для каждого из режимов подключены к своим клеммам (клеммы МС и БС на рис. 66.1) по схеме.

После этого, зная, как подключаются к сети клеммы режимов МС и БС (см. рис. 66.2), легко получить полную схему подключения к клеммам и к сети обмоток двигателя Даландера (см. рис. 66.4).
Можно отметить, что для режима МС между каждыми двумя фазами четыре обмотки соединены последовательно, а для режима БС последовательно соединенных обмоток только две
ЗЗависисит от режима работы двигателя и остается одним и тем же как для режима МС, так и для режима БС. Однако напряжение на обмотках для режима МС будет меньше, чем для режима БС. Напомним, что крутящий момент на валу двигателя пропорционален квадрату напряжения (см. раздел 55). Поэтому для режима МС крутящий момент на валу будет меньше, чем для режима БС. В результате, при подключении двигателя к одному и тому же приводимому механизму число оборотов на режиме МС будет меньше, чем на режиме БС.

Внимание! Не путайте двухскоростные двигатели с двумя раздельными обмотками с двигателем Даландера, обычным двигателем и двигателем с раздельным подключением обмоток, поскольку все эти двигатели имеют клеммные коробки с б клеммами. Тщательно изучите схему на крышке клеммной коробки и надписи на шильдике двигателя!

Составьте схему цепи управления для двигателя Даландера, зная, что он предназначен для привода вентилятора градирни, число оборотов которого регулируется с помощью двухступенчатого термостата-регулятора температуры воды на выходе из градирни. Если сможете, предусмотрите использование реле замедленного действия (с устройством временной задержки).

Решение упражнения 2
Принципиальная схема цепи управления представлена на рис. 66.5.
Если приборы контроля, управления и безопасности разрешают запуск двигателя, напряжение проходит через контакты 1-2. При замкнутых контактах 2-3 реле тепловой защиты двигателя, 3-4 и 4-5 предохранителей F1 и F2 соответственно, напряжение приходит на контакты 5 регулятора температуры воды.
Допустим, что температура воды низкая. Тогда оба контакта 5-6 и 5-9 реле регулятора температуры разомкнуты. Обмотки реле МС, БС2, R и БС1 не запитаны.
После того, как температура воды начнет расти, замыкается контакт 5-6 первой ступени регулятора температуры и двигатель вентилятора выходит на режим МС через контакты 6-7 реле времени R (контакты 5-9 второй ступени регулятора остаются разомкнутыми и обмотка реле времени R не запитана).
При возрастании притока теплой воды в градирню, когда температура воды еще больше повышается, замыкаются контакты 5-9 второй ступени регулятора (при этом контакты первой ступени 5-6 остаются замкнутыми). Поскольку контакты 9-10 реле МС разомкнуты, питание на обмотке реле БС2 отсутствует и его контакты 9-12 разомкнуты, препятствуя подаче напряжения на обмотку реле БС1. Однако обмотка реле R оказывается под напряжением. В результате размыкаются контакты 6-7 реле R, прекращая подачу напряжения на обмотку реле МС, после чего замыкаются контакты 9-10 и 10-11. Как только контакты 9-10 реле МС замкнутся, напряжение подается на обмотку реле БС2, его контакты 9-12 также замкнутся, и двигатель перейдет на режим БС.
Впоследствии, когда температура воды упадет, контакты 5-9 второй ступени регулятора разомкнутся и прервут подачу напряжения на обмотки реле БС2, R и БС1. При этом контакты 6-7 реле времени R будут оставаться разомкнутыми еще 3 секунды после снятия напряжения с обмотки реле R.
За это время скорость двигателя, оставшегося без питания, начнет падать и спустя три секунды, когда замкнутся контакты 6-7, двигатель плавно перейдет на режим МС. В этом случае переход с режима БС на режим МС происходит с минимальными электрическими и механическими нагрузками.
ПРИМЕЧАНИЕ. Быстрый прогресс электронных устройств, наблюдающийся сегодня, позволяет менять число оборотов двигателей с помощью электронных преобразователей частоты переменного тока, которые становятся все более компактными (первые частотные преобразователи были очень громоздкими) и все более дешевыми. Поэтому такие преобразователи все чаще применяются в холодильных установках. Они обладают многими достоинствами. Прежде всего, частотные преобразователи позволяют существенно снизить пусковые токи. Кроме того, большинство двигателей может использовать переменный ток с частотой, которая меняется от 25 до 60 Гц, что позволяет без труда регулировать число оборотов в диапазоне от 50 до 120% от номинала.
Вместе с тем, традиционные двухскоростные двигатели, с учетом их низкой стоимости и простоты, еще долгое время будут находить применение в технике.