Способы включения асинхронного двигателя

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).

© 2012-2021 г. Все права защищены.

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

Источник

Способы подключения асинхронного электродвигателя

С момента изобретения асинхронного двигателя появились различные вариации его исполнения. Но способы подключения остались прежними. Наиболее популярны две схемы: звезда и треугольник. Рассмотрим преимущества и недостатки каждой из них. Выясним, какой метод подключения оптимален.

Подключение звездой

При соединении обмоток статора асинхронного двигателя по схеме «звезда их концы объединяют в одной точке. При питании от трехфазной электролинии вольтаж подается на их начала.

Способ подходит для подключения трехфазных двигателей к трехфазной линии по большему напряжению. Например:

• Двигатель 380 к сети 380 Вольт;
• Двигатель 220В к сети под напряжением 220 единиц;
• Двигатель 127 220В к сети 220 Вольт;
• Двигатель 220 380 к сети 380 Вольт.

Преимущество метода заключается в плавном запуске мотора и его мягкой работе. Это благоприятно сказывается на его эксплуатационном сроке. Но в этом кроется недостаток: схема «звезда» несет потери по мощности в полтора раза по сравнению с подключением способом «треугольник».

Остается вопрос: можно ли, и если да, то, как подключить асинхронный двигатель на 220 или 127 Вольт (низшие значения вольтажа из двух номинальных) звездой? Да, можно. Но это будет невыгодно из-за высокой потери мощности, которая прямо пропорциональна подающемуся напряжению и зависит от способа включения. Поэтому потери мощности по специфике соединения будут сочетаться с потерями по вольтажу (вместо 380 Вольт будет 220В).

Подключение треугольником

Схема «треугольник» отличается от предыдущей тем, что обмотки соединяются последовательно. Тогда конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец которой – с началом третьей, вывод которой – с началом первой.

Преимущество способа заключается в том, что он обеспечивает достижение максимальной мощности. Но при запуске двигателя образуются высокие пусковые токи, которые могут привести к уничтожению изоляции. Поэтому не рекомендуется подавать высокое напряжение.

Треугольное соединение используется для подключения однофазного двигателя к однофазной сети 127 или 220 Вольт. Она же применяется для трехфазных электродвигателей с двумя номинальными напряжениями при включении в однофазную сеть (только на меньшее значение):

• Мотор 220 380 к сети с напряжением 220 Вольт;
• Мотор 127 220В к сети с вольтажом 127 единиц.

Внимание! Существуют трехфазные электросети: 600, 380, 220 и 127 Вольт. Но к бытовым из них относят только с напряжением в 380. А 220 в быту относится к однофазным линиям. Поэтому наибольшее распространение получили моторы 220/380В, которые можно подключить как в городе, так и в частном доме.

С технической точки зрения для высокого значения номинального напряжения схема «треугольник» тоже подходит. Но ввиду высоких пусковых токов это нецелесообразно и очень опасно: изоляция сгорит от тепла, выделяемого обмоткой.

Подключение методом «звезда-треугольник»

Для продолжительной эксплуатации электродвигателя важен мягкий запуск, а для высокой производительности – большая мощность. Для того чтобы сочетать преимущества описанных выше способов соединения обмоток, была разработана новая схема: треугольник-звезда. Она подходит для высокомощных моторов от 5 кВт.

Для подключения электродвигателя таким способом понадобится реле времени. Технически управление выглядит следующим образом:

1. Через реле времени К1 и контакт К2 на участке электроцепи контактора, обозначаемого К3, подается оперативное напряжение;
2. Контактор К3 замыкается, но размыкается контакт К3 на части электроцепи контактора, условно обозначаемого К2 для блокировки ошибочного включения. Одновременно в электроцепи контактора К1, совмещенного с клеммами временного реле, включается контакт К3;
3. При подключении контактора К1 замыкается контакт К1, расположенный на участке электроцепи с его катушкой. Тут же срабатывает реле времени, которое разъединяет контакт К1 на участке цепи с катушкой контактора К3, но соединяет его с катушкой контактора, обозначаемого на схеме К2;
4. Контактор К3 выключается, а контакт К3, расположенный на части цепи, где находится катушка второго контактора К2, замыкается;
5. Включается контактор К2, но контакт К2 на участке третьего контактора К3 размыкается в целях блокировки ошибочного включения.

Описание принципа питания:

1. После включения третьего контактора замыкается третий контакт. При этом на блоке расключения начал обмоток (БРНО) замыкаются концы обмоток по схеме «звезда»: U2, V2 и W2;
2. После включения первого контактора замыкается первый контакт. При этом питание подается на концы обмоток: U1, V1 и W1;
3. После срабатывания временного реле происходит переключение на соединение треугольником;
4. Контактор третий отключается, но включается второй с замыканием второго контакта;
5. Питание теперь подается на концы обмоток, расположенных на БРНО (U2, V2 и W2).

Описать можно простыми словами: включение в работу электродвигателя сначала происходит посредством соединения обмоточных выводов в звезду. Этим обеспечивается мягкий и плавный запуск без перегревания. Когда мотор наберет обороты, автоматические происходит переключение на треугольное соединение. Момент переведения сопровождается незначительным снижением скорости вращения. Однако она быстро восстанавливается.

Подключение многоскоростных моторов

Если работа асинхронного электродвигателя может иметь несколько режимов, отличающихся по скорости вращения ротора, то говорят, что он многоскоростной. Различают двухскоростной, трехскоростной и четырехскоростной вариант исполнения. Схемы их подключения сложные, но основываются на уже рассмотренных нами способах соединения: «звезда» и «треугольник».

Двухскоростной мотор может подключаться тремя способами:

1. Треугольник/двойная звезда (на рисунках обозначен буквой «а»). Подходит для подключения электродвигателя, низшая частота вращения которого вдвое меньше высшей частоты (отношение 1 к 2). Схема «треугольник» активна при низких оборотах, а «двойная звезда» — при высоких;
2. Треугольник/сдвоенная звезда с прибавочной обмоткой (на рисунках буква «б»). Схема хороша для двигателей со следующими отношениями частот: 2 к 3 и 3 к 4;
3. Тройная звезда/тройная звезда без дополнительной обмотки (на рисунке буква «в»). Схема подходит в тех же случаях, что и треугольник/двойная звезда с использованием дополнительной обмотки.

Подключение трехскоростного асинхронного двигателя отличается лишь тем, что у такого мотора не одна, а две обмотки, которые не зависят друг от друга. Первая подключается так же, как двухскоростной мотор с одной обмоткой по схеме «а». Вторая соединяется звездой. Всего выводов – 9.

У четырехскоростного мотора тоже две независимые друг от друга обмотки. Но в отличие от трехскоростного двигателя подключение каждой обмотки производится по схеме треугольник/сдвоенная звезда.

Нахождение начал и концов обмоток

Для асинхронных электродвигателей, работающих на одной скорости, характерно наличие шести контактов для трех обмоток (по одному контакту на начало и конец для каждой из них). Если на моторе указано их предназначение, то можно сразу приступать к подсоединению. Но иногда следы меток стираются, или их нет совсем. Тогда перед подключением необходимо определить пары выводов, а также места, где намотка начинается, а где заканчивается.

Поиск парных клемм

Сначала нужно определить выводы, принадлежащие только одной обмотке. Всего получится три пары. Для этого используйте лампу и соединительные провода:

1. Ко второму зажиму в сети подсоедините один из выводов. Свободных останется 5;
2. Включите лампу в сеть через третий зажим;
3. Второй конец провода соедините с одной из клемм статора;
4. Если свечения нет, то разъедините их и подключите к другому выводу;
5. Меняйте соединение лампы со свободными контактами до тех пор, пока не будет замечено накала в лампочке. Как только появился свет, подключенные к сети контакты статора пометьте. Это пара одной из намоток;
6. Точно так же определите две оставшиеся пары;
7. Пометьте каждую пару так, чтобы в последующем не приходилось вновь их искать.

Внимание! Во время работы следите, чтобы оголенные выводы намоток не касались друг друга. Иначе пары могут быть определены ошибочно.

Пометка начал обмоток и их концов

Есть два метода:

Внимание! Для краткости: Н – начало, К – конец.

Описание метода трансформации:

1. В одну пару включите лампу, а две оставшиеся соедините между собой последовательно, после чего подайте напряжение;
2. Если свечения нет (рисунок б), то намотки были соединены К-Н-Н-К или Н-К-К-Н. Тогда нужно одну из намоток перевернуть, поменяв местами зажимы;
3. Если появилось свечение (рисунок а), то на месте соединения двух пар можно смело пометить один из выводов концом, а другой – началом;
4. Чтобы определить Н и К для обмотки, в которую включена лампа, нужно переставить ее на одну из намоток с уже определенными концами (рисунок в).

Описание способа поиска Н и К подбором фаз:

1. Наугад попробуйте соединить двигатель звездой;
2. Включите в сеть и следите за его работой. Если он гудит, то контакты одной из намоток поменяйте местами;
3. Если мотор все равно гудит при работе, то верните контакты на место, но соедините с центром звезды противоположный вывод другой намотки;
4. Если гудение пропало, то все выводы в центре – концы, а их противоположные стороны – начала. Если еще гудит, то поменяйте местами соединения третьей намотки.

Внимание! Метод подбора фаз подходит только для маломощных моторов до 5 кВт.

Однофазный мотор можно подключить только к однофазной линии. Трехфазный двигатель подходит как для однофазной, так и для трехфазной линии. Причем для однофазного подключения в сеть 127 или 220 Вольт выгодна схема «треугольник», а для линий 220 и 380 Вольт с тремя фазами – «звезда». В зависимости от технических характеристик мотора подключение может выполняться путем комбинаций этих методов.

Источник