Какие способы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором существуют

§ 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

Источник

Тема 1.2.1. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором;

Процесс пуска асинхронных двигателей наблюдается после подключения двигателей к источнику электропитания. Различают следующие способы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

1) прямой пуск: обмотка статора двигателя подключается на номинальное напряжение сети. При прямом пуске токи могут превышать номинальные в 5-10 раз для двигателей мощностью более 1кВт, поэтому защиту от коротких замыканий «отстраивают» от пусковых токов, иначе двигатель может отключиться после подключения его к сети. Таким способом запускают двигатели до 100кВт. При большой мощности двигателей желательно ограничить пусковой ток, чтобы избежать недопустимых «просадок» напряжений сети при пусках таких двигателей.

2) пуск при пониженном напряжении можно осуществить с помощью реактора или вентильных (тиристорных) регуляторов напряжения.

а) реакторный пуск. При пуске двигателя последовательно с обмоткой статора включают пусковой реактор (ПР). За счет падения напряжения на ПР напряжение на статоре асинхронного двигателя уменьшается. Поэтому снижается пусковой ток двигателя. После разгона ПР шунтируют.

б) тиристорный пуск производится устройствами плавного пуска. Тиристорныерегуляторы напряжения позволяют плавно изменять напряжение фаз статора и осуществлять бесконтактный пуск двигателя [1].

Достоинствотиристорного пуска: плавный регулируемый пуск с заданной кратностью пускового тока ( ).

Недостаток: появление в сети высших гармонических составляющих тока и напряжения, которые создают помехи при работе электронной аппаратуры. Для электромагнитной совместимости устройства плавного пуска с электронной аппаратурой необходима установка фильтров.

3) частотный пуск асинхронного двигателя: его применяют тогда, когда между сетью и двигателем включен преобразователь частоты для регулирования частоты вращения вала двигателя. Этим преобразователем плавно увеличивают частоту тока обмотки статора — от пусковой до номинальной. Двигатель разгоняется при значительном пусковом моменте и небольшом пусковом токе. Этот способ является самым энергетически экономичным, но дорог.

Источник

Способы пуска асинхронных двигателей

АД при пуске имеет две проблемы:

2) большой пусковой ток I_п.

Если мал пусковой момент М_п, то двигатель долго разгоняется, что снижает его производительность.

Большой пусковой ток I_п плохо влияет на внешнюю сеть — возможна посадка напряжения.

При пуске АД с короткозамкнутым ротором применяют прямое включение. Напряжение сети равно номинальному напряжению АД, непосредственно подводимого к статорной обмотке.

Такой способ пуска применяют для АД с малой мощностью.

Если P>100 кВт, то пуск АД производят при пониженном напряжении.

Автотрансформатор (АТ) подключают к обмотке статора

В момент пуска ,

Следовательно пусковой ток уменьшается в k_A 2 раз.

Отметим, что поскольку , следовательно пусковой момент также уменьшается в k_A 2 раз.

Поэтому такой способ пуска возможен только при пуске АД без нагрузки, т.е. на холостом ходу.

3) ПУСК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ОБМОТКИ СТАТОРА

СО ЗВЕЗДЫ НА ТРЕУГОЛЬНИК

Если в процессе работы АД обмотка статора должна быть соединена треугольником, то во время пуска ее соединяют звездой.

При этом напряжение АД уменьшается в раз, а пусковой ток и пусковой момент понижаются в 3 раза.

В положении 1 обмотка статора соединена звездой при пуске. Когда скорость АД примерно равна номинальной, то рубильник переключают в положение 2.

4) ПУСК АД С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Для улучшения пусковых характеристик АД выполняют с фазным ротором (см. схему в начале лекции 13).

Пуск АД с фазным ротором производят вручную или автоматически.

Ручной пуск осуществляют с помощью пускового реостата. При заданном моменте М_пер переход с одной характеристики на другую происходит в момент исключения соответствующей ступени реостата (его сопротивление уменьшается).

При пуске АД сопротивление пускового реостата R_д2 выбирается так, чтобы пусковой ток не превышал допустимого значения и чтобы пусковой момент АД был равен максимальному.

Затем выводится первая ступень пускового реостата и его сопротивление уменьшается до величины R_д1. При этом двигатель переходит на следующую характеристику и т.д. до полного вывода пускового реостата R_д=0.

Источник

Несколько способов пуска асинхронного двигателя

Существуют требования, которым должен отвечать запуск асинхронного двигателя. Во-первых, это отсутствие необходимости в использовании специальных устройств. Во-вторых, это сведение пусковых токов до минимума и пускового момента (далее М_пуск) до максимума. Рассмотрим способы пуска асинхронного двигателя, удовлетворяющие выдвинутым требованиям.

Прямой пуск

Подразумевает подключение намоток статора к электросети без «посредников». Подходит моторам с короткозамкнутым ротором. Это двигатели небольшой мощности, у которых при подключении напрямую к электросети статорных обмоток, образующимися пусковыми токами не вызывается перегрев, способный вывести технику из строя.

В асинхронных двигателях соотношение индуктивности обмоток к их сопротивлению (L/R) небольшое. И оно тем меньше, чем меньше мощность устройства. Поэтому во время запуска образующийся свободный ток быстро затухает, и им можно пренебречь. Брать в учет будет только ту силу тока, которая установилась в результате переходного процесса.

Ниже на рисунке (а) представлена схема магнитного пускателя, обозначенного буковой К. Технически это электромагнитный выключатель, часто применяемый при запуске электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он необходим для автоматического разгона по естественной механической характеристике (обозначим М) от начала запуска (точка П) до момента, когда М станет равным моменту сопротивления (М_с).

На картинке (б) представлен график зависимости пускового тока от начального момента. Исходя из него, ускорение разгона равно разности абсцисс графиков М и М(с). В таком случае, если М_пуск будет меньше М_с, то разогнаться у электродвигателя не получится. Чтобы получить оптимальное для разгона значение М_пуск для мотора с короткозамкнутым ротором используйте формулу (коэффициент скольжения s равен единице):

Отношение М_пуск к номинальному (М_ном) – это величина, определяемая как кратность начального момента. Обозначается kпм. Коэффициент для двигателей с короткозамкнутым ротором входит в диапазон от 1 до 1,8 и устанавливается ГОСТом.

Пример. Если kпм=1,4, а М_ном=5000 Н*м, то прямой запуск должен начинаться с М_п = 7000 Н*м.

Внимание! Нельзя превышать установленные ГОСТом нормы. Это ведет к повышению активного сопротивления на вращающемся элементе мотора.

Прямой запуск двигателя обладает преимуществами:

Дешевизна;
Простота;
Минимальный нагрев обмоток при запуске.

Величина М_пуск составляет до 300% от М_ном;
Пусковой ток составляет до 800% от номинального (смотрите графики снизу).

Даже с перечисленными недостатками прямой запуск остается наиболее предпочтительным для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, т.к. обеспечивает высокие энергетические показатели.

Пуск с понижением напряжения

Подходит для запуска электродвигателя высокой мощности, но так же оптимален для аналогов средней, если напряжение в рабочей сети не позволяем разогнать мотор с помощью прямого пуска.

Для понижения напряжения существует три способа:

Переключение намоток статора с треугольника (нормальная схема) на звезду (пусковая схема). Запуск начинается со звезды, а при достижении номинальной частоты происходит переключение на треугольник. При этом напряжение, питающее фазы статорных обмоток, падает в 1,73 раз. Это позволяет уменьшиться во столько же раз фазным токам, а линейные сокращаются втрое.
Запуск с добавочным сопротивлением, приводящим к падению вольтажа на статорной обмотке (рисунок а). На момент пуска в электроцепь включают реакторы или резисторы (реактивное и активное сопротивление соответственно).
Пуск с подключением через трансформатор понижающего типа с несколькими автоматически переключаемыми ступенями (рисунок б).

Главное преимущество – возможность разгона двигателя почти при том же напряжении, которое необходимо для нормальной работы. К недостаткам относится лишь падение М_п и М_макс (максимальный момент). Эти величины прямо пропорционально зависят от напряжения: чем меньше Вольт, тем меньше моменты. Поэтому с нагрузкой мотор не запустится.

Соединение ротора с реостатом во время включения

Метод подходит для включения в работы моторов с фазным ротором. Если роторная цепь включает в себя реостат, то активное сопротивление повышается. При этом точка К на рисунке а ниже перемещается ближе к О и обозначается К`. Это не приводит к уменьшению М_макс, зато обеспечивает повышение М_пуск. Вместе с этим критическое скольжение увеличивается, и зависимость момента от s смещается к зоне больших скольжений. Число же оборотов смещается в зону меньших вращательных частот (рисунки б и в).

Обычно реостат, используемый для пуска мотора, имеет от 3 до 6 ступеней (смотрите рисунок а ниже). Пусковое сопротивление плавно уменьшается, что обеспечивается большой М_пуск. Изначально мотор приводится в ход по четвертой характеристике, проиллюстрированной на рисунке б. Она соответствует сопротивлению запускающего реостата и обеспечивает максимальную пусковую мощность.

Вращающий момент (М_вр) уменьшается с ростом оборотов. При некотором минимальном значении необходимо отключить часть реостата, чтобы М_вр возрос снова до максимального (смотрите третью характеристику). Но обороты растут, поэтому М_вр снова уменьшается. Тогда отключается еще одна часть реостата, и начинается работа по второй характеристике. Когда реостат двигателя с фазным ротором отключают вовсе, пусковой процесс завершается. Мотор продолжает работу по характеристике 1.

Запуск в ход таким методом характеризуется изменением М_вр от максимального до минимального значения. Сопротивление в данном случае уменьшается ступенчато по ломаной кривой линии (выделена жирным на графике). Выключение частей реостата осуществляется автоматически или вручную.

Преимущество запуска электродвигателя с фазным ротором с использованием реостата заключается в возможности включать его при М_пуск, близком к М_макс. Пусковые токи при этом минимальны. Изменение силы тока проиллюстрировано на рисунке в.

Недостатков хватает. Во-первых, это сложность включения. Во-вторых, это необходимость использования совсем не дешевых моторов с фазным ротором. Характер работы хуже, чем у аналогов с короткозамкнутым ротором при мощности одинакового значения – это третий минус. Это объясняет, почему электродвигатели с фазным ротором используют преимущественно в случае возникновения сложностей с запуском других двигателей.

Запуск в ход однофазного мотора

Для включения в работу асинхронного двигателя с питанием от однофазной сети используют вспомогательную намотку. Она должна лежать перпендикулярно относительно рабочей статорной намотки. Но для создания вращающегося магнитного поля необходимо соблюдение еще одного условия. Это сдвиг по фазе тока, протекающего по вспомогательной намотке, относительного тока, возникающего в рабочей обмотке.

Для обеспечения сдвига фаз в момент подключения к однофазной сети в электроцепь вспомогательной обмотки включают специальный элемент. Это может быть резистор, конденсатор или дроссель. Но распространенными элементами являются только первые два.

После разгона мотора до значения частоты, равной установившейся, дополнительную намотку выключают. Это можно сделать вручную или автоматически. В начале двигатель работает по двухфазной, а после установления частоты – по однофазной характеристике.

Применение сопротивления при пуске

Метод применим для асинхронных двигателей, подключаемых к однофазной сети, и имеющих первичную дополнительную обмотку с короткозамкнутым ротором. Так называют мотор с расщепленной фазой, электроцепь которого имеет высокое активное сопротивление.

Чтобы пустить в ход двигатель, питаемый от однофазной сети, необходим пусковой резистор, соединяемый последовательно с дополнительной намоткой. Тогда сдвиг фаз составляет 30 градусов. Этого хватает для разгона. Ниже представлена схема, согласно которой достигается омический сдвиг фаз.

Вместо резистора можно применить дополнительную обмотку высокого сопротивления, но низкой индуктивности. В этом случае намотка имеет мало витков, которые выполняются из провода меньшего сечения в отличие от того, что используется для рабочей намотки.

В России с конвейера выходят моторы, подключаемые к однофазной сети, оснащенные резистором для сдвига фаз. Их мощность варьируется в диапазоне 18-600 Вт. Двигатели рассчитаны для сетей с напряжением 127, 220 или 380 Вольт и переменным током с частотой 50 Гц.

Использование конденсатора

Метод отличается от предыдущего тем, что мотор с расщепленной фазой при подключении к однофазной линии, имеет высокое сопротивление только в момент запуска.

Для обеспечения наибольшего значения М_пуск необходимо круговое и вращающееся магнитное поле. Для этого токи в рабочей и дополнительной обмотках смещают на 90 градусов. Такое смещение может обеспечить только конденсатор. Его использование помогает достичь хорошей пусковой характеристики асинхронного двигателя, питающегося от однофазной электросети.

Выбор способа пуска асинхронного электродвигателя зависит от того, к какой сети он включается: к однофазной или трехфазной. Влияет также мощность мотора и его конструкция.

Источник