Схема прямого пуска асинхронного двигателя с лампами

§ 109. Пуск асинхронных двигателей

Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении.

Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, магнитных пускателей и других пусковых аппаратов.

При прямом пуске к двигателю подается полное напряжение сети. Недостатком этого способа пуска являются большие пусковые токи, которые в 2-7 раз больше номинальных токов двигателей.

Наиболее простым является прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей производятся включением или отключением рубильника (магнитного пускателя) и т. п. На рис. 261 показана схема прямого пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя.

Рис. 261. Прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Для уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором уменьшают напряжение, подводимое к обмоткам статора двигателя.

Рассмотрим подробнее способ пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении с помощью переключателя со звезды на треугольник.

На рис. 262 дана принципиальная схема включения обмотки статора с переключателем со звезды на треугольник. При пуске обмотка статора с помощью рубильника соединяется звездой и, как только двигатель разовьет максимальную возможную скорость вращения, переключатель откидывается влево, обмотка статора оказывается включенной треугольником. При этом способе пуска двигателя пусковой ток уменьшается в три раза. Поясним это на примере.

Рис. 262. Переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске двигателя

На рис. 263, а схематически изображена обмотка статора, соединенная при пуске звездой. Пусть напряжение между линейными проводами двигателя равно 380 в, а следовательно, напряжение, приходящееся на фазу двигателя при пуске:

Рис. 263. Включение обмотки статора двигателя: а — звездой, б — треугольником

Если полное сопротивление фазной обмотки двигателя равно 10 ом, то ток фазы

При соединении звездой I_лΥ = I_фΥ. Поэтому ток, потребляемый двигателем из сети будет также равен 22 а.

На рис. 263, б схематически показан тот же двигатель, если обмотка его соединена треугольником и включена на линейное напряжение 380 в. В том случае U_лΔ = U_фΔ, а поэтому ток фазы двигателя при пуске

Так как при соединении треугольником

то двигатель в этом случае будет потреблять из сети линейный ток

Как видно из приведенного примера, при пуске линейный ток двигателя при соединении обмоток статора звездой в три раза меньше линейного тока двигателя, статорная обмотка которого соединена треугольником.

По этому способу пуска двигателю в начальный момент подается напряжение в √3 раз меньше номинального.

Так как момент вращения асинхронного двигателя пропорционален квадрату подводимого напряжения (М ≡ U 2 ₁), то уменьшение напряжения в √3 раз вызовет уменьшение пускового момента в 3 раза.

Поэтому этот способ пуска можно применять только в тех случаях, когда двигатели пускают вхолостую или слабо нагруженными.

Само собой разумеется, что переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске можно применять только для двигателей, нормально работающих по схеме треугольника.

Уменьшить напряжение, подводимое к двигателю, а вместе с этим уменьшить пусковой ток двигателя можно также при помощи автотрансформатора.

Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором производится при помощи пускового реостата, подключаемого к обмотке ротора через кольца и щетки. Перед пуском двигателя нужно убедиться в том, что сопротивление пускового реостата полностью введено. В конце пуска реостат плавно выводится и закорачивается. Наличие активного сопротивления в цепи ротора при пуске приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. На рис. 264 дана схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 264. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

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.

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.

Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.

Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:

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:

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.

В данном случае токовая кривая в момент включения двигателя имеет больший наклон, после чего софтстартер переходит в режим токоограничения.

Такой метод плавного пуска применяется при подключении к маломощным подстанциям или генераторам для снижения стартовой нагрузки, однако пусковой момент электродвигателя в данном случае минимален. Для устройств, лишенных холостого хода электродвигателя, использовать формирование тока с пологой стартовой кривой невозможно.

Ускоренный пуск (кик-старт).

Применяется с двигателями, напрямую приводящими нагрузку, так как иначе их пусковой крутящий момент может оказаться недостаточным для страгивания ротора.

В этом случае устройство плавного пуска допускает кратковременное превышение пускового тока в несколько раз (фактически осуществляется прямая коммутация), по истечении заданного времени ток снижается до двух-трехкратного превышения номинала.

Останов на выбеге.

При отключении двигателя напряжение с него снимается полностью, вращение якоря продолжается по инерции. Наиболее простой способ коммутации, применимый при небольших мощностях и малой инерции привода.

Однако в момент разрыва цепи происходит сильный индуктивный выброс, приводящий к сильному искрению в контакторах. На мощных электродвигателях, а также при высоких рабочих напряжениях данный способ отключения неприемлем.

Линейное снижение напряжения.

Применяется для более плавной остановки двигателя. Нужно помнить, что крутящий момент двигателя при этом снижается нелинейно из-за квадратичной зависимости момента от напряжения, то есть снижение момента происходит наиболее резко в начале кривой.

Отключение питания происходит при минимальном токе в обмотке, соответственно коммутирующие выключатели практически не изнашиваются образованием искры между контактами.

Для снижения нагрузок при остановке применяется управляемое снижение напряжения:

• вначале ток снижается минимально;
• затем кривая начинает снижаться круче.

Снижение крутящего момента электродвигателя при этом близко к линейному. Этот способ управления остановом электродвигателя применяется в устройствах с высокой инерционностью привода.

При использовании такого рода устройств плавного пуска пусконаладочные работы заключаются в настройке нужного типа кривой пускового тока и, в случае использования режимов формирования тока или ускоренного старта, настройке длительности временного интервала начального участка кривой.

Применение устройств плавного пуска позволяет автоматизировать пусковой режим, но его главный минус остается – либо приходится закладывать в устройство возможность холостого хода электродвигателя, либо допускать кратковременные перегрузки сети, раскручивая мотор и нагрузку с кик-стартом.

ПУСК ПО СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК

Другим способом запуска, использующимся на трехфазных двигателях, является перекоммутация обмоток: в момент пуска обмотки соединяются звездой, по мере разгона ротора обмотки переводятся в нормальное включение треугольником.

Такой метод пуска фактически является частным случаем способа пуска асинхронного электродвигателя на пониженном напряжении, так как напряжение на обмотках при этом снижаетсяпримерно в 1,73 раза.

Подобный способ пуска может быть легко реализован с помощью набора контакторов с ручным управлением или с приводом от реле времени, поэтому достаточно дешев и распространен. Основные недостатки этого способа:

1. При отказе одного из контакторов произойдет нарушение коммутации, в результате чего либо станет невозможным пуск, либо значительно снизится мощность двигателя.
2. Снижение напряжения и тока является фиксированным.
3. Крутящий момент двигателя при включении обмоток звездой уменьшается, поэтому запуск желательно также производить без нагрузки.

ПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧЕРЕЗ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Наиболее гибкий способ управления не только режимом пуска, но и рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя – это применение частотного преобразователя. По своей сути частотный преобразователь представляет собой узкоспециализированный инвертор:

• входное напряжение в нем выпрямляется;
• затем заново преобразуется в переменное, но уже с заданной частотой и амплитудой.

Это происходит благодаря работе генератора широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который создает серию прямоугольных импульсов заданной частоты и скважности (отношения длительности импульса к его периоду). Генерируемые импульсы управляют силовыми ключами, коммутирующими выпрямленное напряжение питания на обмотки выходного трансформатора.

Как осуществляется плавный пуск через частотный преобразователь?

В данном случае становится возможным плавное изменение не только напряжения, но и частоты питающего электродвигатель напряжения. Благодаря тому, что ШИМ-генератор частотного преобразователя легко может управляться с обратной связью по потребляемому току, становится возможным пусковой режим, в котором ток не превышает номинальный – таким образом перегрузка питающей сети фактически отсутствует.

Однако такой пусковой режим требует значительного усложнения частотного преобразователя, поэтому для управления асинхронными электродвигателями обычно используется комбинация с отдельным устройством плавного пуска (УПП).

© 2012-2020 г. Все права защищены.

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

Схема нереверсивного пуска асинхронного двигателя

Здравствуйте, уважаемые посетители и гости сайта http://zametkielectrika.ru.

Сегодня Драницын Кирилл Эдуардович, студент ГБОУ СПО «КПК» г.Чернушка, Пермского края, прислал свою работу на конкурс «Электрика своими руками».

Ее название «Схема нереверсивного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором», которая в полной мере дополняет мою статью, написанную несколько дней назад, о схеме магнитного пускателя нереверсивного типа без применения теплового реле.

Оборудование:

2. Магнитный пускатель ПМЛ (для пуска, остановки двигателя).

3. Тепловое реле ТРН (для защиты трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок).

4. Кнопка пуск/стоп.

Рабочий инструмент:

• отвертка плоская
• бокорезы
• нож
• кабель (провод) одножильный
• круглогубцы
• плоскогубцы
• трехфазная вилка

Схема нереверсивного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

До начала работы хотелось бы объяснить обыкновенные понятия для понимания схемы:

• нормально замкнутый контакт в кнопке пуск/стоп под цифрами (3-4)
• нормально разомкнутый контакт в кнопке пуск/стоп под цифрами (1-2)

Алгоритм (порядок выполнения) сборки схемы нереверсивного пуска асинхронного двигателя (АД)

1. Силовая цепь:

1.1. Берем крайние 2 провода (фаза А и С) выходящие от двигателя

1.2. Присоединяем эти провода к верхним контактам теплового реле

1.3. Третий провод от двигателя соединяем с магнитным пускателем, присоединяя его на контакт 3 (фаза В)

1.4. Соединяем нижние контакты теплового реле с магнитным пускателем

1.5. Один нижний контакт теплового реле соединяем с контактом 1 на магнитном пускателе

1.6. Другой нижний контакт теплового реле соединяем с контактом 5 на магнитном пускателе

2. Цепь управления:

2.1. Контакт 6 на магнитном пускателе соединяем проводом с нормально замкнутым контактом кнопки «Стоп»

Нормально замкнутые контакты на кнопке «Стоп» под цифрами 3 и 4.

2.2. Делаем перемычку с нормально замкнутого контакта кнопки «Стоп» на нормально разомкнутый контакт кнопки «Пуск»

2.3. Блокируем нормально разомкнутый контакт: соединяем контакт 2 кнопки «Пуск» с блок-контактом магнитного пускателя 13

2.4. Соединяем нормально разомкнутый контакт 1 кнопки «Пуск» с блок-контактом магнитного пускателя 14

2.5. Перемычкой соединяем блок-контакт магнитного пускателя 13 с катушкой магнитного пускателя (контакт — А2)

2.6. С катушки магнитного пускателя (контакт А1) подаём питание на нормально замкнутые контакты теплового реле

2.7. С теплового реле (с нормально замкнутого контакта) на контакт 2 магнитного пускателя

2.8. Присоединяем питающий шнур к контактам магнитного пускателя – 2, 4, 6