Способы пуска двигателей

Способы пуска двигателей.

Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении. Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, пакетных выключателей, магнитных пускателей, контакторов и контроллеров. При прямом пуске к двигателю подается полное напряжение сети. Недостатком этого способа пуска являются большие пусковые токи, которые в 27 раз больше номинальных токов двигателей.
Наиболее простым является прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей производится включением или отключением рубильника и т. п. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором производится при помощи пускового реостата, подключаемого к обмотке ротора через кольца и щетки. Перед пуском двигателя можно убедиться, 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. Для уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей уменьшают напряжение, подводимое к обмотке статора двигателя.
Уменьшить напряжение, подводимое к двигателю, а вместе с этим уменьшить пусковой ток двигателя можно также при помощи автотрансформатора. При пуске автотрансформаторы понижают напряжение на 50–80 %.
Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска.
Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно. Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.
Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей. Поэтому в настоящее время он применяется редко.
Для осуществления асинхронного пуска синхронного двигателя в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкну-тая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения двигателя наводится большая ЭДС, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником на сопротивление.
При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая ко-роткозамкнутую обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи. Эти токи, взаимодействуя с вращающим полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором большего числа оборотов рубильник переключается так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения. Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5–7 раз больше рабочего тока).

199. Способы пуска асинхронных двигателей

Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении. Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, пакетных выключателей, магнитных пускателей, контакторов и контроллеров. 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 останов таких двигателей производится включением или отключением рубильника (магнитного пускателя) и т. п. На фиг. 399 показана схема прямого пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором производится

ностью 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 фиг. 400 дана схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

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

Рассмотрим два способа пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении: с помощью переключателя со звезды на треугольник и с помощью автотрансформатора.

Пуск при помощи

переключателя со звезды на треугольник. На фиг. 401 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 максимально возможную для этого соединения скорость вращения, рубильник откидывается влево, обмотка статора оказывается включенной треугольником и двигатель получает возможность развить полную скорость. При этом способе пуска двигателя пусковой ток уменьшается в три раза. Поясним это на примере.

На фиг. 402, 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, будет:

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

На фиг. 403 показана схема включения переключателя со звезды на треугольник в цепи статора асинхронного двигателя.

Рассмотренный нами способ пуска двигателя уменьшает пусковой ток в три раза, а так как согласно доказанному выше момент двигателя пропорционален току ротора и, стало быть, приближенно и току статора, то одновременно пусковой момент двигателя уменьшается также в три раза. Поэтому двигатели с таким способом пуска можно применять только в тех случаях, когда их 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 треугольник.

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

На фиг. 404, а показана схема пуска низковольтного асинхронного двигателя Д при помощи автотрансформатора AT. Фиг. 404, б изображает схему пуска высоковольтного двигателя. Здесь автотрансформатор AT имеет размыкаемую нулевую точку. Для пуска двигателя Д в ход включают масляный выключатель 1, замыкая тем самым нулевую точку автотрансформатора. Затем включают главный масляный выключатель 2; к двигателю через автотрансформатор подается из сети пониженное напряжение и двигатель трогается с места. При достижении двигателем максимально возможной (при данном соединении) скорости выключается масляный выключатель 1 и включается масляный выключатель 3. отчего двигатель получает полное напряжение сети и развивает нормальную скорость вращения.

При пуске автотрансформаторы понижают напряжение на 50—80%.

Особенности пуска асинхронных электродвигателей

На сегодняшний день асинхронные электродвигатели являются самыми распространёнными потребителями электроэнергии в мире и используются повсеместно, начиная от бытовых устройств, таких как пылесос, холодильник или вентилятор и заканчивая крупными промышленными установки, в которых мощность электродвигателей измеряется в мегаваттах. Это насосные станции, конвейеры, горнодобывающие установки, системы вентиляции или дымоудаления и т.д. Согласно статистики в мире используется около 300 миллионов трехфазных асинхронных электродвигателей с напряжением 380В.

Ежегодно около 10% из этих электродвигателей выходят из строя из-за неправильной эксплуатации, перегрузок или аварийных режимов работы. Часто выход из строя связано с процессом пуска асинхронного электродвигателя, когда он должен набрать номинальную скорость вращения в механизмах с большим моментом инерции. Соответственно момент пуска для асинхронного электродвигателя является тяжелым режимом работы с большой механической и электрической нагрузкой. Пусковые токи асинхронного электродвигателя могут превышать номинальные в 10 – 12 раз.

Виды пуска электродвигателей и их особенности

Прямой пуск асинхронного электродвигателя – это наиболее традиционный способ пуска, который используется с момента появления электродвигателей и до настоящего времени. Это наиболее технически просто реализуемое и экономически выгодное решение, позволяющее запустить электродвигатель при номинальном напряжении. При таком способе пуска используется минимальный набор коммутационного оборудования, однако в настоящее время он в основном применяется для пуска электродвигателей небольших мощностей в связи с определенным количеством недостатков, который можно разделить на 2 категории: электрические и механические.

При прямом пуске асинхронного электродвигателя происходит довольно большой бросок тока, который приводит к падению напряжения в питающей сети. А также может привести к срабатыванию защиты, особенно в случаях, когда не применяется специальные аппараты для защиты электродвигателя. Кроме того, в случае затяжного пуска, длительное протекание тока превышающего номинальный в 6 -8 раз оказывает значительное тепловое и электродинамическое воздействие как на кабель подключенный к электродвигателю, так и на обмотки асинхронного электродвигателя, что приводит к их повышенному износу.

Высокий начальный пусковой момент может привести к значительному толчку и, следовательно, к существенной нагрузке на механизмы электропривода, такие как ремни или крепления узла подшипника. Это вызывает их сокращение срока службы или полный выход из строя. В случае особо ответственных производств простои оборудования в течение времени пока будет производиться ремонт могут привести к значительным убыткам. При останове, как и при пуске, возникают сильные механические вибрации, вызванные переходными процессами. Они не позволяют осуществить синхронную работу нескольких независимых узлов в сложных станках линиях или установках.

Пуск по схеме звезда-треугольник, также является одним из известных способов пуска асинхронных электродвигателей. Этот метод используется для снижения механических нагрузок и ограничения пускового тока. Но и у него есть несколько недостатков. Во-первых, электродвигатель обязательно должен иметь 6 клемм для подключения питания. Во-вторых, для пуска по данной схеме необходимы 3 контактора, что опять же увеличивает стоимость и габариты установки. При переключении со схемы звезда на схему треугольник все равно происходит, пусть и кратковременный, но большой по амплитуде бросок тока. В-третьих, требуется использование двух кабелей от пункта управления до электродвигателя, что в случае длинных линий достаточно дорого. И последний недостаток заключается в том, что останов электродвигателя при подобной схеме подключения точно такой же как и при прямом пуске.

Третий способ пуска – использование устройств плавного пуска.

Устройство плавного пуска – это механическое, электронное или электромеханическое устройство, используемое для плавного пуска или останова электродвигателей. Благодаря применению устройства плавного пуска можно одновременно обеспечить плавный разгон и останов асинхронного электродвигателя, добиться улучшения стабильности электрических сетей, то есть уменьшить броски тока при пуске и значительно уменьшить просадки напряжения в сети при тяжелом пуске. Кроме того, использование систем плавного пуска минимизируют механические перегрузки оборудования при пуске и останове, уменьшает износ механизмов и тем самым увеличивает срок службы асинхронных электродвигателей, редукторов, муфт и других деталей привода. Поэтому самым оптимальным решением по соотношению функционал – стоимость для пуска асинхронных электродвигателей, в случае если нет необходимости постоянного регулирования скорости, являются устройства плавного пуска.

Основные способы пуска асинхронных двигателей

Практически в каждом проекте мы сталкиваемся с необходимостью подключения асинхронных двигателей, поэтому нужно знать про основные особенности пуска таких двигателей. В основном – это двигатели вентиляторов и насосов, которые присутствуют в каждом здании.

В интернете по данной теме представлено предостаточно информации, но мне хотелось бы отразить данную тему со стороны проектировщика.

Как можно запустить асинхронный двигатель?

Самый простой и самый дешевый способ пуска асинхронных двигателей – это прямой пуск. Прямой пуск представляет собой присоединение обмоток двигателя непосредственно к сети без изменения электрических параметров сети. Как правило, такой пуск выполняют при помощи электромагнитных пускателей и контакторов.

При малых мощностях двигателей практически всегда применяют прямой пуск. При проектирования возникают ситуации, когда приходится подключать двигатели большой мощности. Четкой границы не существует, но на мой взгляд при подключении двигателей более 50кВт, стоит проверить всю питающую сеть. Дело в том, что для пуска двигателя на валу необходимо создать достаточно большой крутящий момент, поэтому при пуске двигатель развивает большой пусковой ток, в 5-10 раз больше номинального тока. Повышение пускового тока приводит к падению напряжения в сети. Если падение напряжения составит более 15%, то двигатель может просто-напросто не включиться и заодно нарушит работу других электроприемников. Такое может случиться, если питающая трансформаторная подстанция имеет небольшую мощность. В литературе можно встретить такое правило: мощность двигателя должна быть не более 30% мощности трансформатора.

Как запустить асинхронный двигатель в маломощной сети?

В настоящее время для пуска двигателей в маломощной сети широко применяют устройства плавного пуска (УПП). В данных устройствах ограничение тока достигается путем плавного изменения напряжения на обмотках электродвигателях (U/f=const). Таким же образом происходит плавная остановка двигателя. Благодаря УПП снижается вероятность перегрева обмоток, пуск проходит плавно без опасных гидравлических ударов, в случае с насосами.

Выполнить задачу пуска двигателей в маломощной сети могут и частотные преобразователи (ЧП). Частотные преобразователи выполняют функции УПП и значительно расширяют свои возможности. Простыми словами — это более навороченное устройство, по сравнению с УПП и ему стоит посвятить отдельную тему

Основным недостатком УПП и ЧП является их цена. По сравнению с прямым пуском разница в цене будет не менее чем в 10 раз. Но не стоит забывать, что они отлично справляются со своими прямыми обязанностями: защищают двигатель и сеть от аварийных ситуаций.

Другие способы пуска асинхронных двигателей применяют крайне редко.

Пожалуй, можно еще упомянуть про пуск при пониженном напряжении «звезда-треугольник». Суть данного способа заключается в том, что сначала обмотки двигателя подключаются по схеме звезда, а затем переключаются на схему треугольник. Это позволяет снизить пусковые токи в 3 раза. Такой пуск двигателя достаточно дешевый, всего в 2-3 раза дороже прямого пуска. Я его ни разу не применял.

Какие способы пуска асинхронных двигателей используете вы?