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

65. Трехфазные двухскоростные двигатели

Трехфазные двигатели, позволяющие менять число оборотов, очень часто используются в воздушных охладителях для того, чтобы обеспечивать изменение расхода воздуха в соответствии с изменением его температуры: малая скорость (МС) при низкой температуре, например, зимой, и большая скорость (БС) при высокой температуре, например, летом (см. раздел 20.5).
Как правило, двухскоростными двигателями также оснащаются градирни (их работа подробно рассматривается в разделе 73). На рис. 65.1 показан вариант градирни, оборудованной двухскорост-ным двигателем (поз. 1) для привода центробежного вентилятора (поз. 2).

При выключенном вентиляторе и работающем компрессоре температура воды на входе в градирню (поз. 3) начинает повышаться. Термостат (поз. 4), установленный на выходе из градирни, обнаруживает подъем температуры и выдает команду на запуск двигателя с малой скоростью (МС). Если температура воды продолжает расти, термостат переводит двигатель на большую скорость (БС) и градирня работает с максимальной производительностью.

ДВИГАТЕЛЬ С ДВУМЯ РАЗДЕЛЬНЫМИ ОБМОТКАМИ

Это самый простой двигатель. Он представляет собой обычный двигатель, рассчитанный на одно значение напряжения трехфазного переменного тока и имеет клеммную коробку с 6 клеммами (поз. А на рис. 65.2). Схема подключения обмоток этого двигателя к клеммам показана в нижней части рис. 65.2.

Внутри такого двигателя имеются две абсолютно независимых обмотки, каждая из которых предназначена для реализации разного числа оборотов. Если питание подключено к клеммам Ш, IV и 1W двигатель вращается с малой скоростью МС (поз. В). Если питание подано на клеммы 2U, 2V и 2W, двигатель вращается с большой скоростью БС (поз. С).

ВНИМАНИЕ! Схема на рис. 65.2 очень похожа на схему двигателя с раздельным подключением обмоток PW (см. пункт 64.1). Чтобы избежать ошибок, внимательно ознакомьтесь с табличкой на корпусе двигателя и изучите схемы, в противном случае возможны непоправимые последствия.

Действительно, в отличие от двигателя PW, обмотки двухско-ростного двигателя, схема которого изображена на рис. 65.2, никогда не должны быть запитаны вместе, иначе двигатель мгновенно сгорит!

65.1. УПРАЖНЕНИЕ 1. Двигатель с раздельными обмотками

Нарисуйте схему подключения обмоток и управления работой двухскоростного трехфазного двигателя, предназначенного для привода вентилятора градирни, зная, что переключение скоростей обеспечивается термостатом с двухступенчатой регулировкой температуры.
В помощь вам на рис. 65.3 приведено обозначение клемм, имеющееся внутри клеммной коробки.

Решение упражнения 1

Схема подключения обмоток представлена на рис. 65.4.
Двигатель может вращаться с МС (питание подано на клеммы 1U, 1V и 1W) или с БС (запита-ны клеммы 2U, 2V и 2W).
Треугольник вершиной вниз указывает на то, что между контакторами МС и БС существует механическая блокировка. Благодаря ей, как только один из контакторов замкнут, становится невозможным замкнуть другой контактор, даже если вы случайно нажали на него рукой.

Такой тип блокировки позволяет избежать ошибки, обусловленной человеческим фактором. Действительно, если замкнуть оба этих контактора одновременно, даже на несколько тысячных долей секунды, двигатель может мгновенно сгореть: напоминаем, что при нормальной температуре скорость электронов равна примерно 250000 км/с, то есть более чем 6 раз в секунду позволяет обернуться вокруг Земли!
Существует и другая опасность: представим себе, что двигатель вращается со скоростью 960 об/мин (МС) и в этот момент размыкается контактор МС и замыкается контактор БС, чтобы обеспечить вращение со скоростью 1450 об/мин, но в другом направлении! Момент сопротивления на валу двигателя в этом случае оказался бы невероятно большим, двигатель подвергся бы очень высоким механическим и электрическим нагрузкам и, в лучшем случае, сработало бы реле тепловой защиты. В худшем случае двигатель просто бы сгорел.
Поэтому абсолютно необходимо, чтобы при переключении с режима МС на режим БС двигатель продолжал вращаться в том же направлении. То есть порядок подключения фаз должен соблюдаться одинаковым. Иначе говоря, если фаза L1, например, подключена к клемме Ш для режима МС, то эта же фаза L1 должна быть подведена и к клемме 2U для режима БС

А кстати, прежде чем читать дальше, вы нарисовали схему управляющей цепи?

Принципиальная схема цепи управления представлена на рис. 65.5.
Если приборы контроля, управления и безопасности разрешают запуск двигателя, напряжение подается на контакт 2. Если реле тепловой защиты (контакты 2-3) и плавкий предохранитель (контакты 3-4 и 4-5) замкнуты, напряжение подается на контакт 5 регулятора температуры воды на выходе из градирни, который является общим для двух ступеней регулирования температуры.
Допустим, что температура воды низкая. Тогда оба контакта 5 разомкнуты и обмотки МС, БС и R не за-питаны. Когда температура воды начнет расти, контакты 5-6 замыкаются и через нормально замкнутые контакты 6-7 реле R подается питание на реле МС, обеспечивающее работу двигателя на режиме МС.
При этом размыкаются нормально замкнутые контакты 8-9 реле МС. Когда расход теплой воды в градирню увеличится и температура воды поднимется еще больше, регулятор температуры замкнет контакты 5-8. В результате будет подано напряжение на реле R, вследствие чего разомкнутся контакты 6-7, обесточится реле МС и замкнутся контакты 8-9 реле МС. Напряжение поступит на реле БС и двигатель перейдет на режим БС (заметим, что в этом случае момент сопротивления на валу двигателя будет очень небольшим, поскольку двигатель уже работал на режиме МС).
Далее, если температура воды упадет, реле-регулятор температуры разомкнет контакты 5-8 второй ступени. Вследствие этого будет снято напряжение с реле БС и реле R. Контакты 6-7 реле R замкнутся, будет подано напряжение на реле МС, после чего разомкнутся контакты 8-9 и двигатель вновь перейдет на режим МС.
В нашем примере двигатель на режиме БС вращался со скоростью 1450 об/мин и, как только разомкнутся контакты 8-9, он тут же переходит на режим МС, когда вращение осуществляется со скоростью 960 об/мин. Иначе говоря, происходит мгновенное замедление скорости вращения от значения 1450 об/мин до значения 960 об/мин. Усилие, необходимое при этом для того, чтобы затормозить двигатель, является причиной возникновения значительных механических нагрузок и, как следствие, заметного пика по току в цепи питания обмотки МС.
Этот недостаток можно устранить (см. рис. 65.6), установив вместо реле мгновенного срабатывания реле R с временной задержкой (такое реле часто называют реле замедленного действия).

В тот момент, когда по команде регулятора температуры размыкаются контакты 5-8 второй ступени, реле БС обесточивается, также как и обмотка реле R замедленного действия (рис. 65.6). Однако контакты 6-7 реле R остаются разомкнутыми в течение заданного времени задержки (в данном случае 3 секунды) после снятия с него напряжения. В течение этого времени у нас не подается напряжение ни на обмотку БС, ни на обмотку МС. Вращение двигателя замедляется, причем тем быстрее, чем больше момент сопротивления на вентиляторе.

Спустя 3 секунды контакты 6-7 реле R замыкаются.
К этому моменту вращение двигателя замедляется до скорости, близкой к 960 об/мин. На обмотку МС подается напряжение и двигатель продолжает вращаться со скоростью 960 об/мин не испытывая ни механических пиковых нагрузок, ни забросов по току.