Асинхронный двигатель способ запуска

Асинхронный двигатель способ запуска

Проблемы пуска: большой пусковой ток, малый пусковой момент.

Ток ротора I ₂ определяется из соотношения

.

При пуске , , где I _2п и I _2н – соответственно пусковой и номинальный токи ротора.

; .

.

Применяются следующие способы пуска: прямой пуск, пуск при пониженном напряжении, пуск при введении в цепь ротора добавочных активных сопротивлений.

Прямой пуск. Применяется при пуске двигателей в мощных сетях. Никаких мер по повышению пускового момента и понижению пускового тока не предусмотрено.

Пуск при пониженном напряжении. С целью понижения пускового тока на время пуска понижают напряжение питания в слабых сетях.

Рассмотрим два варианта пуска двигателя при пониженном напряжении:

Рис. 3.21. Схема пуска двигателя ( а) и механические

характеристики АД ( б). Вариант I ( 1 – К разомкнуты;

Вариант I – пуск при введении в цепь статора добавочных сопротивлений (рис. 3.21). На время пуска К разомкнуты, после пуска – замкнуты. При разомкнутых К .

Вариант II – пуск двигателя при переключении обмоток статора на время пуска с соединения треугольником на соединение звездой (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Схема пуска двигателя ( а) и механические

характеристики асинхронного двигателя ( б).

В момент пуска переключатель находится в правом положении и обмотки статора соединяются в звезду. После пуска переключатель устанавливают в левое положение и обмотки статора соединяются в треугольник. Из анализа трехфазной цепи получаем, что при соединении обмоток статора в звезду потребляемый из сети ток будет в 3 раза меньше, чем при соединении в треугольник.

Недостатком обоих методов является уменьшение пускового момента за счет понижения напряжения на статоре.

Пуск при введении в цепь ротора добавочных активных сопротивлений. На время пуска в цепь ротора вводятся добавочные сопротивления, которые по мере разгона выводятся (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Схема пуска двигателя при введении в цепь ротора добавочных активных сопротивлений ( а) и механические характеристики асинхронного двигателя ( б): 1 – К ₁ и К ₂ замкнуты, R _Д = 0; 2 – К ₁ разомкнуты, К ₂ – замкнуты, R _Д = R _Д2 ; 3 –К ₁ и К ₂ разомкнуты, R _Д = R _Д1 + R _Д2

Метод позволяет решить обе проблемы пуска, т.е. уменьшить пусковой ток за счет повышения сопротивления цепи и повысить пусковой момент. Такой способ пуска возможен только для 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:

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:

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).

© 2012-2021 г. Все права защищены.

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

Асинхронный двигатель способ запуска

Самый сложный момент в работе привода с асинхронным электродвигателем – это запуск. И чем мощнее привод – тем этот запуск сложнее. Проблемы, наиболее часто возникают из-за двух характерных особенностей асинхронных двигателей: ограниченного пускового момента и пусковых бросков тока цепи статора двигателя.

Причем первая особенность имеет существенное значение для двигателей, вынужденных запускаться в тяжелых условиях. Это может быть, например, приводной двигатель ленточного конвейера. Конвейер, загруженный углем или рудой специально ради пуска никто очищать не будет. Соответственно, двигателю придется «поднапрячься».

Вторая же, особенность характерна абсолютно для всех случаев. Однако, для двигателей небольшой мощности бросок тока не являет собой большой неприятности.

Нередко, запускаемый асинхронный двигатель имеет мощность, сопоставимую с мощностью трансформатора, обеспечивающего питание электрической сети. И при его запуске возможно «проседание» напряжения на обмотках трансформатора, причем до такой степени, что и сам двигатель не сможет запуститься.

Такое положение вполне может возникнуть при запуске приводного агрегатного двигателя, который приводит во вращение, скажем, вал генератора шагающего карьерного экскаватора.

Таким образом, прямое включение в сеть возможно только для ограниченного количества асинхронных приводов. Они должны иметь возможность запускаться на холостом ходу при полном отсутствии нагрузки, либо иметь существенный резерв по мощности, чтобы решить проблему ограниченного пускового момента.

С другой же стороны, асинхронный электродвигатель для прямого включения в сеть должен быть ограничен по мощности пятью процентами от мощности питающего трансформатора, если к последнему подключена и осветительная сеть.

Если освещение питается от другого трансформатора, то прямым включением можно включать асинхронный двигатель, мощность которого составляет 25 процентов от мощности трансформатора.

Таким жестким требованиям по условиям прямого включения соответствуют асинхронные приводы кран-балок, тельферов, маломощных насосов, вентиляторов, дисковых пил, металло- и деревообрабатывающих станков и т. д.

Для остальных приводов приходится решать проблему сложного пуска. Так, для приводов, имеющих возможность пуска при отсутствии нагрузки, можно предусмотреть схему пониженного напряжения. Для этого в статорную цепь двигателя на момент пуска вводятся мощные дроссели, которые не только ограничивают, но и «сглаживают» ток статора.

Пониженное напряжение делает механическую характеристику двигателя более мягкой, но «разогнаться» до скорости, близкой к номинальной, двигатель сможет. Правда, пусковой момент при этом будет еще более ограничен, с чем и связано требование запуска без нагрузки.

После того, как двигатель разгонится до нужной скорости, дроссели можно будет вывести из статорной цепи – двигатель спокойно будет работать на своей естественной характеристике. Такая схема включения эффективна и наиболее типична для уже упоминавшихся двигателей электромашинных преобразовательных агрегатов.

А для привода конвейера, о котором уже тоже шла речь, подобная схема не подойдет никак из-за малого пускового момента. Здесь более полезной будет схема реостатного пуска с введением дополнительных сопротивлений в цепь ротора. При этом механическая характеристика двигателя становится намного более мягкой, броски тока в статорной цепи уменьшаются, а способность двигателя обеспечивать хороший пусковой момент даже увеличивается.

Если предусмотреть ступенчатое выведение сопротивлений цепи ротора, то можно обеспечить еще и плавность пуска, обеспечив более щадящий режим редуктору и трансмиссии. Разумеется, ротор двигателя для работы в такой схеме должен быть фазным и иметь выводы для подключения сопротивлений.

Пуск Асинхронного Двигателя.
Способы Запуска Электродвигателя.

Тема — Пуск Асинхронного Двигателя. Способы Запуска Электродвигателя.

Запуск асинхронного двигателя прямым включением в электросеть. Данным вариант запуска отличается от иных своей простотой. Но в момент включения асинхронного двигателя к электросети в цепи обмоток статора появляется большой пусковой ток. Он в 5-7 раз выше номинального тока асинхронного двигателя. При малой инерционности применяемого механизма скорость асинхронного двигателя довольно быстро увеличивается до установленного значения, а большой ток спадает, достигая значения нормальной нагрузке электродвигателя.

В подобных условиях пусковая сила тока не представляет особой опасности для асинхронного двигателя, так как он быстро спадает и не может создать чрезмерного перегрева обмоток машин. Но этот большой бросок тока в электроцепи асинхронного двигателя влияет на питающую электросеть и при слабой мощности последней данное влияние легко может отобразиться в значительных колебаниях напряжения электросети. Хотя при современных мощных энеросистемах и электросетях асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, обычно, пускаются на полное напряжение.

Существует несколько вариантов снижения напряжения в момент пуска асинхронного двигателя. Для асинхронных двигателей, функционирующих при соединении статорной обмотки треугольником, у которых напряжение приравнивается напряжению электросети, вполне может быть использован запуск непосредственным переключением статорной обмотки со звезды на треугольник. Во время подключения асинхронного двигателя к электросети переключатель ставят в положение «звезда», при котором статорная обмотка асинхронного двигателя оказывается соединенной по схеме «звезда».

В данном варианте напряжение на статоре двигателя снижается. Уменьшается и сила тока в фазных обмотках асинхронного двигателя. При соединении статорных обмоток двигателя звездой линейный ток будет приравниваться фазному, а во время соединения треугольником он больше фазного. Поэтому, использование метода пуска асинхронного двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник дает снижение пускового тока в 3 раза.

Как только ротор асинхронного двигателя наберёт обороты и разгонится до скорости, близкой к номинальной, можно осуществить переключение статорной обмотки в положение «треугольник». Появившийся при этом некоторый бросок тока невелик и особо не влияет на работу электросети. Хотя описанный вариант запуска имеет весомый недостаток. Уменьшение фазного напряжения в 3 раза при запуске несёт за собой понижение пускового момента в 3 раза, поскольку пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения. Это уменьшение пускового момента значимо ограничивает использование данного варианта запуска для асинхронных двигателей, что включаются под нагрузкой.

Уменьшение напряжения при пуске асинхронного двигателя может быть осуществлено при помощи автотрансформатора или реактора. В данном случае пусковой ток асинхронного двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, снижается в несколько раз. Сила тока, измеренная на входе автотрансформатора, сниженная по сравнению с пусковым током электродвигателя при прямом подключении электродвигателя в электросеть. Смысл в том, что в понижающем автотрансформаторе первичная сила тока в несколько раз меньше вторичной силы тока, поэтому снижение пускового тока при автотрансформаторном запуске составляет довольно значительное понижение.

Таким образом, автотрансформаторный запуск работает 3-мя ступенями. На первой ступени к электродвигателю подключают напряжение, которое равно 50-70% от номинального значения; на второй ступени, где электрический трансформатор служит реактором, электрическое напряжение составляет около 70-80% от номинального напряжения. Поскольку использование автотрансформатора дает снижение пускового тока в несколько раз.

Автотрансформаторный метод пуска асинхронных электродвигателей, как и иные варианты запуска, основанные на снижении подаваемого напряжения, протекает с уменьшением пускового момента. С точки зрения пусковых моментов и пусковых токов, автотрансформаторный вариант запуска выгоднее реакторного, поскольку при одинаковом снижении напряжения тока пуска при реакторном методе запуска снижается в U’1/U1н раз, а при автотрансформаторном варианте запуска – в (U’1/U1н)2 раз. Но трудность пусковой операции и высокая цена системы заметно ограничивают использование автотрансформаторного метода запуска асинхронных двигателей.