Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Прямой пуск — двигатель

Прямой пуск двигателя , когда к двигателю сразу прикладывается полное, или номинальное, напряжение питающей сети, характеризуется значительными ударными, или динамическими, моментами в начальной стадии переходного процесса, которые существенно превышают критический момент статической характеристики; обычно этот момент является знакопеременным, принимая на отдельных участках отрицательные значения. Эти факторы отрицательно влияют на механическую часть электропривода, приводя к возникновению ударов в кинематической передаче, особенно при наличии люфтов и зазоров, существенных динамических моментов в технологических системах, например в системах транспортировки жидкости, что приводит к возникновению аварийных ситуаций, снижает надежность и срок службы производственных агрегатов. [1]

Прямой пуск двигателя на частотах, близких к максимальной, в обычных условиях сопровождается большими бросками пускового тока, неблагоприятно влияющими на работу управляемых и неуправляемых вентилей инвертора и силового выпрямителя. [3]

Прямой пуск двигателей постоянного тока допускается для двигателей небольшой мощности, так как в первый момент при пуске, когда п — 0, в якоре машины протекают большие токи. [5]

Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением его в сеть допускается только в том случае, когда мощность двигателя намного меньше мощности источника тока, питающего сеть. [6]

Рассмотрим сначала прямой пуск двигателя от сети бесконечной мощности. [7]

При прямом пуске двигателя в случае его питания от сети ( при этом EUUC, R zRa и LHs jU) индуктивность якоря ограничивает бросок тока и увеличивает время пуска. Однако уменьшение тока незначительно и пик тока намного превосходит допустимое значение, поэтому прямой пуск двигателя использовать нельзя. [9]

При прямом пуске двигателя от полного напряжения сети указанное сопротивление введено в цепь возбуждения двигателя и он не возбужден. По достижении подсинхронной скорости ( скольжения 2 — 3 %) подается возбуждение в обмотку ротора, ток возбуждения нарастает и двигатель втягивается в синхронизм. В мо мент пуска синхронный электродвигатель потребляет большой пусковой то к, составляющий, как у асинхронного двигателя ( 5 — т — 8) / Ном. Нарушение устойчивой работы синхронного двигателя может быть вызвано увеличением нагрузки на приводимом механизме, что вызывает перегрузку электродвигателя, или уменьшением вращающего момента двигателя в результате глубокой посадки напряжения на его зажимах. Для ловышения устойчивой работы на крупных синхронных электродвигателях предусматривается форсировка возбуждения, действующая при снижении напряжения в сети до 0 85 номинального напряжения. Форсировка возбуждения наступает при полном закорачивании регулировочного реостата в цепи возбуждения, что вызывает увеличение тока возбуждения до двукратной величины Номинального тока ротора. При наличии форсировки возбуждения синхронный двигатель может устойчиво работать при понижении напряжения до ( 0 2 — f — 0 3) f / ном. При более глубоком снижении или полном исчезновении напряжения синхронный двигатель выпадает из синхронизма. При нарушении синхронизма скорость ротора уменьшается и двигатель переходит в асинхронный режим. При этом режиме появляются дополнительные токи IB обмотках статора и ротора, которые вызывают повышенный нагрев электродвигателя. Поэтому длительная работа в асинхронном режиме с нагрузкой более 0 4 — 0 5 номинальной недопустима. [10]

В процессе прямого пуска двигателя индуктивность якоря ограничивает пик тока и увеличивает время пуска. Реальное соотношение этих постоянных времени таково, что ограничение тока при прямом пуске оказывается незначительным и пик тока превосходит допустимое по условиям коммутации значение. [11]

Автоматическая синхронизация при прямом пуске двигателя заключается в своевременной подаче возбуждения бесщеточному возбудителю при достижении двигателем подсинхронной скорости и запирании защитной цепи выпрямительного блока возбудителя. [12]

При этом предпочтительным является прямой пуск двигателя . При необходимости допускается применение средств облегчения пуска электродвигателя. Пусковые устройства выбираются на основании технико-экономических расчетов. [14]

Способы пуска электродвигателя постоянного тока

Кратковременный скачок напряжения, возникающий при запуске двигателя, называется пусковым током. Его значение обычно в 5-10 раз больше номинального тока. Увеличение токовой нагрузки в статоре происходит с одновременным увеличением крутящего момента механизма, который передается на вал ротора. Следствием резкого увеличения крутящего момента являются:

• повышение температуры обмотки статора;
• разрушение изоляции;
• вибрации;
• механические деформации;
• поломка двигателя.

Во избежание этих проблем пусковой ток необходимо понизить до номинальных частот вращения немедленно после начала работы агрегата. Пуск электродвигателя постоянного тока может осуществляться несколькими способами. Все они призваны снижать пусковой ток и стабилизировать напряжение питания. Ниже мы рассмотрим каждый из них.

Прямой пуск

В этом случае обмотка якоря подключается непосредственно к электросети при номинальном напряжении двигателя. Данный метод можно применять, если выполняются следующие условия:

• наличие стабильного питания механизма;
• жесткая связь с приводом.

Основное преимущество прямого пуска – незначительное повышение температуры, чего не наблюдается при использовании других методов. К нему предпочтительнее прибегать при отсутствии специальных ограничений на ток, поступающий из сети. На движки, предназначенные для частых пусков и отключений, устанавливается специальная система управления с термореле и контактом для защиты агрегата от поломки.

Маломощные двигатели, работающие в режиме, не предусматривающем частые запуски и остановки, не требуют оснащения сложным оборудованием. Обычно они запускаются при помощи расцепителя, управляемого вручную, и напряжение подается непосредственно на клеммы движка.

Прямой пуск не подходит для приборов большой мощности, так как пик их нагрузки может превышать номинальное значение в 50 раз.

Реостатный пуск

Этот метод не имеет ограничений по мощности движка и применяется на крупногабаритных агрегатах. Пусковой реостат представляет собой провод с высоким удельным сопротивлением, разделенный на секции. Возникающий при включении движка ток возбуждения должен быть установлен в соответствии с номинальными значениями. Во избежание скачков тока и для обеспечения безопасности при пуске необходимо последовательное уменьшение сопротивления реостата.

Недостатком этого метода является возможность большой потери энергии в самом реостате.

Изменение питающего напряжения

Этот способ требует наличия отдельного источника постоянного тока, с помощью которого также регулируется напряжение. Таким источником чаще всего служит генератор и управляемый выпрямитель. Напряжение, подающееся на обмотку якоря, повышается очень плавно и постепенно, что позволяет избежать потери энергии и повысить энергоэффективность и экономичность электродвигателя. Пуск электродвигателя постоянного тока с помощью изменения питающего напряжения часто применяется на тепловозах.

прямой пуск вращающегося электродвигателя

1 прямой пуск вращающегося электродвигателя

1. Anlauf mit direktem Einschalten

прямой пуск вращающегося электродвигателя
Пуск вращающегося электродвигателя путем непосредственного подключения его к питающей сети.
[ ГОСТ 27471-87]

EN

direct-on-line starting
across-the-line starting (US)
the process of starting a motor by connecting it directly to the supply at rated voltage
[IEV number 411-52-15]

FR

démarrage direct
mode de démarrage d’un moteur, consistant à lui appliquer directement sa pleine tension assignée
[IEV number 411-52-15]

Рис. ABB
Схема прямого пуска электродвигателя

Magnetic only circuit-breaker — Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем

Параллельные тексты EN-RU

Direct-on-line starting, which is often abbreviated as DOL, is perhaps the most traditional system and consists in connecting the motor directly to the supply network, thus carrying out starting at full voltage.

Direct-on-line starting represents the simplest and the most economical system to start a squirrel-cage asynchronous motor and it is the most used.

As represented in Figure 5, it provides the direct connection to the supply network and therefore starting is carried out at full voltage and with constant frequency, developing a high starting torque with very reduced acceleration times.

The typical applications are relevant to small power motors also with full load starting.

These advantages are linked to some problems such as, for example, the high inrush current, which — in the first instants — can reach values of about 10 to 12 times the rated current, then can decrease to about 6 to 8 times the rated current and can persist to reach the maximum torque speed.

The effects of such currents can be identified with the high electro-dynamical stresses on the motor connection cables and could affect also the windings of the motor itself; besides, the high inrush torques can cause violent accelerations which stress the transmission components (belts and joints) generating distribution problems with a reduction in the mechanical life of these elements.

Finally, also the possible electrical problems due to voltage drops on the supply line of the motor or of the connected equipment must be taken into consideration.
[ABB]

Прямой пуск, который по-английски часто сокращенно обозначают как DOL, является, пожалуй наиболее распространенным способом пуска. Он заключается в непосредственном (т. е. прямом) подключении двигателя к питающей сети. Это означает, что пуск двигателя осуществляется при полном напряжении.

Схема прямого пуска является наиболее простым, экономичным и чаще всего применяемым решением для электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Схема прямого подключения к сети представлена на рисунке 5. Пуск осуществляется при полном напряжении и постоянной частоте сети. Электродвигатель развивает высокий пусковой момент при коротком времени разгона.

Типичные области применения – маломощные электродвигатели, в том числе с пуском при полной нагрузке.

Однако, наряду с преимуществами имеются и определенные недостатки, например, бросок пускового тока, достигающий в первоначальный момент 10…12-кратного значения от номинального тока электродвигателя. Затем ток двигателя уменьшается примерно до 6…8-кратного значения номинального тока и будет держаться на этом уровне до тех пор, пока скорость двигателя не достигнет максимального значения.

Такое изменение тока оказывает значительное электродинамическое воздействие на кабель, подключенный к двигателю. Кроме того пусковой ток воздействует на обмотки двигателя. Высокий начальный пусковой момент может привести к значительному ускорению и следовательно к значительной нагрузке элементов привода (ремней, крепления узлов), что вызывает сокращение их срока службы.

И, наконец, следует принять во внимание возможное возникновение проблем, связанных с падением напряжения в линии питания двигателя и подключенного к этой линии оборудования.
[Перевод Интент]

Различные способы пуска электродвигателя насоса

Существуют три способа пуска электродвигателя насоса:

1. Прямой пуск электродвигателя от сети (DOL)

2. Пуск электродвигателя переключением со звезды на треугольник (Y/Δ)

3. Пуск электродвигателя через автотрансформатор

Прямой пуск электродвигателя насоса от сети

Пускатель DOL является наиболее простым, дешевым и надежным. Погружные электродвигатели насоса имеют низкий инерционный момент, так как рабочие колеса изготавливаются из нержавеющей стали и, следовательно, пуск происходит очень легко. Пусковой ток в 4–6 раз выше, чем полный ток нагрузки. Время пуска соответствует максимум 5 циклам, что примерно равно 1/10 секунды. Поэтому во время пуска насоса Вы не ощутите ни малейшего изменения в сети.

Пуск электродвигателя насоса переключением со звезды на треугольник

Пускатель электродвигателя переключением со звезды на треугольник использует примерно 150% мощности при пуске в положении звезды, но при переключении на треугольник потребляемая мощность увеличивается во столько же раз, как и при прямом пуске. Поэтому мы не рекомендуем использовать пуск насоса методом звезда/треугольник.

Пуск электродвигателя насоса через автотрансформатор

Способ пуска электродвигателя через автотрансформатор увеличивает пусковой ток в 2,5 раза в сравнении с работой насоса на полную нагрузку. Потребляемая мощность также увеличивается в 2,5 раза, но только примерно на1 цикл. Такой способ пуска должен всегда использоваться при применении электродвигателей мощностью свыше 75 кВт.

После подбора подходящего пускателя электродвигателя и способа защиты системы необходимо определить тип и размер кабеля.
Провода и кабели подходят для всех видов установок:

• в сухом месте
• во влажной среде или в погруженном положении
• во взрывоопасной среде
• под землей
• в тропиках(должны быть защищены от нашествия термитов)

Провода и кабели могут иметь как алюминиевую, так и медную сердцевину. Медь имеет самую высокую плотность электрического тока на единицу площади, следовательно через провод с медной сердцевиной можно пропускать больший ток.

Для определения сечения проводов и кабелей, очень важно учитывать как плотность тока, так и потери напряжения в кабеле, ведущем к электродвигателю. Насос и электродвигатель будут работать в оптимальном режиме при том напряжении, на которое рассчитан электродвигатель. Следовательно, функциональные возможности будут снижены при потерях напряжения в сети.

Потери напряжения в кабеле от пускателя до электродвигателя при нормальных условиях должны быть ограничены максимум до 3–5%. Более высокие потери допустимы только в случае местного перенапряжения. Плотность тока и потери напряжения должны быть подсчитаны вручную, но проще будет обратиться к поставщикам кабеля и запросить Quick Selection Table (таблицу быстрого подбора).

Насосы без посредников и наценок ООО «НАСОСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» © 2001-2019
125635 , г. Москва , ул. Учинская, д. 7 Телефон/Факс: +7 (495) 984-80-95

Способы пуска электродвигателей

Содержание

1. Прямой пуск
2. Пуск «звезда — треугольник»
3. Сравнение DOL и пуска «звезда — треугольник»
4. Пуск через автотрансформатор
5. Плавный пуск
6. Пуск с помощью преобразователя частоты
7. Пусковые периоды

Источник статьи Книга «Электродвигатели» — результат совместной работы специалистов GRUNDFOS. (www.grundfos.com). В ней подробно рассмотрены основные элементы электродвигателя, принципы его работы, стандарты, способы защиты и вопросы технического обслуживания.

В настоящее время используются различные способы пуска электродвигателей. Современные энергоэффективные двигатели, имеющие более высокие пусковые токи, заставляют уделять большее внимание способам пуска.

Когда на электродвигатель подается напряжение, возникает скачок тока, который называют пусковым током или током при заторможенном роторе. Пусковой ток обычно превышает номинальный в 5-10 раз, но действует кратковременно. После разгона электродвигателя ток падает до минимального.

В соответствии с местными нормами и правилами, для того чтобы снизить пусковой ток, используются различные способы пуска. Вместе с этим необходимо принять ряд мер по стабилизации напряжения питания.

Пусковой ток понижается с разгоном электродвигателя до номинальной частоты вращения

Прямой пуск

Что такое прямой пуск

Как следует из названия, прямой пуск означает, что электродвигатель включается прямым подключением к источнику питания при номинальном напряжении. Прямой пуск (direct-online starting — DOL) применяется при стабильном питании двигателя, жестко связанного с приводом, например насоса.

Прямой пуск от сети DOL является самым простым, дешёвым и самым распространённым методом пуска. Кроме того, он даёт наименьшее повышение температуры в электродвигателе во время включения по сравнению со всеми другими способами пуска. Если поступающий ток от сети не имеет специальных ограничений, такой метод является наиболее предпочтительным.

На электростанциях в разных странах действуют различные правила и нормы; например, в Дании для трёхфазных электродвигателей с током при заторможенном роторе около 60 А нельзя всегда использовать прямой пуск от сети. В таких случаях, очевидно, необходимо выбирать другие методы пуска. Электродвигатели, предназначенные для частых пусков/отключений обычно оборудованы системой управления, которая состоит из контактора и устройства защиты от перегрузок (термореле).

Для электродвигателей небольшой мощности, работающих без частых пусков/остановов, необходимо самое простое пусковое оборудование, чаще всего это расцепитель, управляемый вручную. Напряжение подается непосредственно на клеммы электродвигателя. Для небольших электродвигателей пусковой момент будет составлять от 150 до 300 % от номинального, тогда как пусковой ток будет составлять от 300 до 800 % от номинального значения или даже выше.

Пуск «звезда — треугольник»

Что такое пуск переключением «звезда — треугольник»

Целью данного метода пуска, используемого для трёхфазных индукционных электродвигателей, является понижение пускового тока. В момент пуска электропитание к обмоткам статора подключено по схеме «звезда» (Y). Электропитание переключается на схему «треугольник» (Δ), как только электродвигатель разгонится.

Обычно электродвигатели низкого напряжения мощностью больше 3 кВт рассчитаны на напряжение 400 В при соединении по схеме «треугольник» (Δ) или на 690 В при соединении по схеме «звезда» (Y). Такая унифицированная схема соединения может быть также использована для пуска электродвигателя при меньшем напряжении. Соединение по схеме «звезда — треугольник» дает низкий пусковой ток, составляющий всего одну треть тока при прямом пуске от сети. Пускатели «звезда — треугольник» особенно подходят при вращении больших масс, когда нагрузка «подхватывается» после того, как достигается частота вращения при номинальной нагрузке.

Подобные пускатели также понижают и пусковой момент, приблизительно на 33 %. Данный метод можно использовать только для индукционных электродвигателей, которые имеют подключение к напряжению питания по схеме «треугольник».

Если переключение «звезда — треугольник» происходит при слишком низкой частоте вращения, это может вызвать сверхток, который достигает почти такого же уровня, что и ток при «прямом» пуске DOL. Во время небольшого периода переключения «звезда — треугольник» электродвигатель очень быстро теряет скорость вращения, для восстановления которой также требуется мощный импульс тока.

На иллюстрациях справа показана схема работы пускателя Y — D. Пускатель сначала соединяет электродвигатель по схеме «звезда» (контакты K1 и K3). По истечении определённого периода времени, который зависит от конкретной задачи, он переключает двигатель на «треугольник», размыкая контакт K3 и замыкая контакт K2.

Насосы и электродвигатели Grundfos, обозначенные 3 x 380-415 В Δ (но НЕ 690 В Y), могут быть пущены при помощи пускателей «звезда — треугольник», при этом фактическое напряжение на электродвигателе не должно превышать 400 В.

Пусковой момент и ток значительно ниже при пуске «звезда — треугольник», чем при прямом пуске: одна третья тока при DOL.

На примере ниже электродвигатель медленно ускоряется до уровня, приблизительно, 50 % от номинальной частоты вращения, вследствие несогласованности зависимости частоты вращения электродвигателя от вращающего момента и зависимости нагрузки от вращающего момента.

Сравнение DOL и пуска «звезда — треугольник»

В следующих диаграммах представлены токи для насоса Grundfos CR, приводимого в действие электродвигателем Grundfos MG мощностью 7,5 кВт посредством прямого пуска (DOL) и пуска «звезда — треугольник», соответственно. Как Вы можете видеть, способ пуска DOL характеризуется высоким пусковым током, который с течением времени выравнивается и становится постоянным. Способ пуска «звезда — треугольник» характеризуется более низким пусковым током, однако, в процессе пуска при переходе от «звезды» к «треугольнику» наблюдаются пики.

При пуске по схеме «звезда» (t = 0,3 с), ток уменьшается. Однако, во время перехода от «звезды» к «треугольнику» (в точке t = 1,7 с), импульс тока достигает того же уровня, что и пусковой ток при прямом пуске. Скачок тока может стать ещё больше, так как в период переключения на двигатель не подаётся питание. Значит, двигатель теряет скорость перед подачей полного напряжения (фазового напряжения).

Пуск через автотрансформатор

Что такое пуск через автотрансформатор

Как видно из названия, такой пуск осуществляется с помощью автотрансформатора, последовательно соединённого с электродвигателем во время пуска.

Автотрансформатор понижает напряжение (приблизительно 50-80 % от полного напряжения), чтобы обеспечить пуск при низком напряжении. В зависимости от заданных параметров напряжение снижается в один или два этапа. Понижение напряжения, подаваемого на электродвигатель одновременно, приведёт к уменьшению пускового тока и вращающего пускового момента, но данный способ пуска даёт самый высокий вращающий момент электродвигателя. Если в определённый момент времени к электродвигателю не подаётся питание, он не потеряет скорость вращения, как и в случае с пуском переключением «звезда — треугольник». Время переключения от пониженного напряжения к полному напряжению можно корректировать.

Помимо уменьшения пускового момента, способ пуска через автотрансформатор имеет ещё один недостаток. Как только электродвигатель начинает работать, он переключается на сетевое напряжение, что вызывает скачок тока.

Вращающий момент в зависимости от напряжения

Значения пускового момента пропорциональны квадрату напряжения.

Плавный пуск

Преимущества «плавного» пуска

Принцип «плавного» пуска основан на полупроводниках. Через энергетическую цепь и цепь управления данные полупроводники понижают начальное напряжение электродвигателя. Это приводит к уменьшению вращающего момента электродвигателя. В процессе пуска мягкий пускатель постепенно повышает напряжение электродвигателя, что позволяет электродвигателю разогнаться до номинальной скорости вращения, не образуя большого вращающего момента или пиков тока. Плавные пускатели могут использоваться также для управления торможением электродвигателя. Плавные пускатели не так дороги, как преобразователи частоты.

Тем не менее, у них те же проблемы, что и у преобразователей частоты: они могут добавить в систему синусоидальные токи (помехи), что может повлиять на ее функционирование.

Данный способ также обеспечивает подачу пониженного напряжения к электродвигателю во время пуска. Плавный пускатель включает электродвигатель при пониженном напряжении, которое затем увеличивается до полной величины. Напряжение в плавном пускателе уменьшается за счет фазового сдвига. Данный способ пуска не вызывает образования скачков тока. Пусковой период и пусковой ток можно задать.

Пуск с помощью преобразователя частоты

Преобразователи частоты предназначены для пуска и управления электродвигателем.

Преобразователь частоты позволяет снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом.

Преобразователи частоты всё ещё дороже устройств плавного пуска, кроме того, как и устройства плавного пуска, они добавляют в сеть синусоидальные токи.

Пусковые периоды

Говоря о способах пуска, которые уменьшают пусковой ток, следует отметить, что период пуска не должен быть долгим. Слишком продолжительные периоды пуска могут вызвать перегрев обмоток.

Заключение

Задача любых способов пуска электродвигателя заключается в том, чтобы согласовать характеристики вращающего момента электродвигателя с характеристиками механической нагрузки, при этом необходимо, чтобы пиковые токи не превышали допустимых значений. Существуют различные способы пуска, каждый из которых имеет свои особенности. В следующей таблице в краткой форме представлены сравнительные характеристики наиболее распространённых способов пуска.