Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором кратко

22 Пуск трехфазных асинхронных двигате­лей с фазным и короткозамкнутым ротором.

Самым простым способом пуска асинхронных двигателей является прямое включение их в сеть. Однако при этом в момент пуска в цепи двигателя возникает большой пусковой ток, который значительно превышает номинальный. В мало­мощной сети этот ток может вызвать кратковременное пони­жение напряжения, что отражается на работе других потреби­телей энергии, включенных в эту сеть. Поэтому непосредствен­ным включением в сеть запускают только двигатели малой мощности. При запуске двигателя большой мощности необ­ходимо уменьшить пусковой ток. Для уменьшения пускового тока используют ряд способов. Рассмотрим некоторые из них.

Запуск двигателей с фазным ротором

Запуск двигателя с фазным ротором уже был кратко рас­смотрен в разд. 8.5, а применяемая для этого схема включе­ния изображена на рис. 8.7. Двигатели данного типа облада­ют очень хорошими пусковыми характеристиками. Для уменьшения пускового тока обмотка ротора замыкается на пусковой реостат. При включении реостата в цепь обмотки ротора ток в этой обмотке уменьшается, а следовательно, умень­шается и ток в обмотке статора, а также ток, потребляемый двигателем от сети.

Таким образом, при включении актив­ного сопротивления в цепь ротора уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. После достижения рото­ром нормальной скорости реостат полностью выводится, т. е. обмотка ротора замыкается накоротко.

Запуск двигателей с короткозамкнутым ротором

Для уменьшения пускового тока можно на время пони­зить напряжение на зажимах статора, включив для этого

последовательно с его обмоткой трехфазное индуктивное со­противление (рис. 8.9).

При пуске замыкается рубильник Р₁, и к обмоткам ста­тора последовательно подключаются индуктивности. Это зна­чительно уменьшает пусковой ток.

Когда скорость двигателя приближается к номинальной, замыкается рубильник Р₂ — он закорачивает катушки ин­дуктивности, и статор включается на полное напряжение сети. Уменьшение пускового тока, вызванное понижением напря­жения на статоре, вызывает уменьшение пускового момента пропорционального квадрату напряжения на статоре. Напри­мер, при таком пуске уменьшение пускового тока в 2 раза будет сопровождаться уменьшением пускового момента в 4 раза. Для понижения напряжения на статоре вместо ин­дуктивных сопротивлений можно использовать активные со­противления реостатов, но это менее выгодно, так как связа­но с дополнительными потерями энергии в реостатах.

Мощные двигатели часто запускают с помощью автотранс­форматора (рис. 8.10).

Следовательно, понижение напряжения автотрансформатором в к раз уменьшает пусковой ток в сети в к 2 раз. В то же время пусковой момент, пропорциональный квадрату напря­жения, уменьшается в k 2 раз. Таким образом, благодаря при­менению автотрансформатора начальный вращающий момент уменьшается пропорционально линейному пусковому току, тогда как при поглощении части напряжения сопротивлени­ем момент уменьшается пропорционально квадрату пуско­вого тока.

Понижение напряжения на статоре на время пуска мож­но осуществить также посредством временного переключе­ния обмоток статора, нормально работающих при соедине­нии треугольником, на соединение звездой. При пуске об­мотки статора соединяются звездой, благодаря чему фазное

напряжение уменьшается в корень из 3-х раз. Во столько же раз умень­шается и фазный пусковой ток:

Таким образом, переключение на звезду уменьшает пус­ковой линейный ток в 3 раза:

Практически такое переключение выполняется с помощью простого трехполюсного переключателя (рис. 8.11),

Этот способ запуска может быть применен для двигателя, обмотки статора которого при питании от сети данного на­пряжения нормально должны быть соединены треугольни­ком.

Общим недостатком способов запуска асинхронных дви­гателей понижением напряжения на статоре и переключе­нием обмоток статора со звезды на треугольник является значительное снижение пускового момента, который пропор­ционален квадрату фазного напряжения. Поэтому все эти способы запуска можно использовать только в тех случаях, когда двигатель запускается не под полной нагрузкой.

Реверсирование — это изменение направления вращения ротора двигателя. Как известно, направление вращения ро­тора зависит от направления вращения магнитного поля ста­тора, поэтому для изменения направления вращения ротора следует изменить последовательность фаз (см. разд. 8.3). На практике это осуществляется путем перемены мест любых двух фаз. Для этого часто используют трехполюсные пере­ключатели (рис. 8.12):

Устройство плавного пуска для асинхронного двигателя

Асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют достаточно низкую стоимость, оптимальное соотношение “мощность-масса”. Их также отличает простота обслуживания и ремонта, надежность. Один из основных недостатков двигателей этой конструкции – увеличение тока в 5-10 раз при пуске. При этом величина напряжения в сети уменьшается. Для устранения нежелательных явлений применяют различные устройства и схемы подключения электродвигателей.

Необходимость плавного запуска

При плавном запуске асинхронного двигателя возможно снизить недостатки таких электрических машин и обеспечить:

• Снижение затрат на ремонт. Пусковые токи вызывают перегрев обмотки, что существенно снижает эксплуатационный ресурс машин.
• Отсутствие рывков. Резкий старт двигателя приводит к увеличению износа шестеренчатых передаточных механизмов, гидроударам в сети подачи жидкости, другим нежелательным последствиям.
• Снижение потребляемой электроэнергии. Прямой пуск вызывает дополнительные энергозатраты. Кроме того, просадки напряжения в условиях ограниченной мощности сети отрицательно влияют на все подключенные устройства.
• Уменьшение расходов на оборудование коммутации. Электротехнические устройства для асинхронного привода выбирают с большим запасом мощности. Плавный пуск позволяет подключать более дешевые аппараты коммутации и защиты.

Плавный старт и разгон существенно расширяет сферы применения асинхронных электродвигателей.

Способы пуска асинхронных электродвигателей

Для запуска асинхронных двигателей используется разные методы. На практике наибольшее распространение получили следующие способы:

Пуск асинхронного двигателя

Ни для кого не секрет, что асинхронные двигатели завоевали мир электрических машин и фактически львиная доля электропривода ложится на них.
Столь частое сталкивание с данным типом электрической машины создает потребность в детальном изучении всех аспектов их эксплуатации. Как бы это банально не звучало, но, чтобы эксплуатировать электродвигатель, необходимо его запустить.
Давайте детально рассмотрим способы пуска асинхронных двигателей.

Существует универсальный способ включения асинхронных двигателей, это способ прямого пуска

В момент пуска в двигателе происходят следующие процессы – по обмотке статора начинает протекать довольно-таки большой ток, который называют пусковым, этот пусковой ток может превышать нормальный рабочий (номинальный) ток в семь, а то и восемь раз с продолжительностью протекания от долей секунды и до нескольких секунд (время раскручивания вала). Согласитесь, это не очень хорошо. Тем более чем больше мощность двигателя, тем пусковой ток соответственно больше, да и время пуска также увеличивается, то есть пусковой ток протекает дольше. Так же из-за резкого возрастания тока, резко падает напряжение – так называемая просадка напряжения, которая плохо влияет на работу соседних электрических машин и приборов, а также на всю сеть в целом. Так же всю пусковую и защитную аппаратуру необходимо подбирать с учетом пусковых токов двигателя. Так предусмотрены реле, которые не срабатывают на скачок тока допустим если он длился не более восьми секунд – это так называемая максимально токовая защита или сокращено МТЗ.

Вы спросите почему так происходит, ведь при нормальной работе двигателя, даже под нагрузкой по статорным обмоткам протекает куда меньшее значение тока. Все дело в том, что в момент пуска, ротор асинхронного двигателя неподвижен, а вот частота вращения магнитного поля статора в момент подачи на нее питания сразу же постоянная. В этот момент электродвигатель является трансформатором, у которого вторичная обмотка замкнута на коротко, мы знаем, что этот режим не является нормальным, а наоборот аварийным и сопровождается скачком тока. Если же рассматривать этот процесс с точки зрения двигателя, то все дело в скольжении, которое в момент пуска очень велико. Когда ротор начнет набирать обороты, скольжение уменьшится.

Другими словами, при неподвижном роторе двигателя, магнитный поток статора пересекающий обмотку ротора и наводящий в нем эдс, а в следствии и ток так как обмотка замкнута на коротко является максимальным. Но при раскручивании ротора, значение линий магнитного потока пересекающих его уменьшается, соответственно ток в обмотке ротора также падает. В момент, когда ротор выйдет на номинальные обороты, в его обмотке будит протекать весьма малый ток, а в статорных обмотках рабочий ток. Все потому, что скорость вращения ротора почти не отличается от скорости вращения магнитного поля статора. Величина магнитного потока, пересекающего короткозамкнутую обмотку ротора в данный момент минимальна.

На ряду с прямым пуском, также существуют и другие варианты пуска асинхронных двигателей, в основном направленные на уменьшение пусковых токов.
К ним относятся следующие способы: пуск асинхронного двигателя с помощью реостата, в цепи ротора (у двигателей с фазной обмоткой ротора); прямое включение при напряжении меньшем чем номинальное.

Пуск двигателя с фазным ротором

Представленная выше схема, не включает в себя ни каких коммутационных аппаратов и представляет собой лишь: обмотки статора, соединенные звездой; фазный ротор с пусковыми реостатами rд.
Такой способ пуска обеспечивает довольно плавный пуск асинхронного двигателя, так как на ряду с ограничением пускового тока обороты двигателя также растут медленно, но при этом пусковой момент в отличии от тока увеличивается.

Для мощных двигателей применяют пусковые реостаты с водяным охлаждением и с подвижным электродом. Для удешевления всей конструкции не включают в каждую фазу пусковой реостат, а лишь только в две фазы. Это вызывает несимметричную систему токов в роторе.

Для того чтобы автоматизировать пуск, в цепь ротора, кроме активного сопротивления включают еще и индуктивное.
При последовательном их включении пусковой ток ограничивается в фазном роторе асинхронного двигателя этими двумя сопротивлениями. При этом индуктивное сопротивление ограничивает не только сам скачек тока, но и его спад, из-за чего происходит более плавный пуск.

При параллельном включении в цепь ротора активного и индуктивного сопротивлений происходит следующее: в момент пуска, когда ток велик индуктивное сопротивление велико, и большая часть его проходит через активное сопротивление, но в последствии, когда ток падает, индуктивное сопротивление так же падает и уже ток протекает через индуктивное сопротивление. Такой способ пуска обеспечивает практически неизменный вращающий момент на валу двигателя и ток в цепи ротора асинхронной машины.

Чтобы выполнить пуск все сопротивления выбираются из расчета самого двигателя его пускового тока, при этом чтобы пусковой момент двигателя был максимальным.

Включение двигателя в сеть при уменьшенном напряжении.
Этот способ пуска применяется в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором.
Этот способ в себя включает несколько разновидностей: понижение напряжения путем включения индуктивного сопротивления (реактора); понижение напряжения автотрансформатором; переключение обмотки статора треугольник — звезда.

При понижении напряжения включением в цепь статора асинхронного двигателя, индуктивным сопротивлением схема имеет следующий вид:
Сопротивление подбирается такой величины, чтобы пусковой ток не превышал номинальный в два, два с половиной раза, при этом напряжение питающее двигатель уменьшится в два-три раза, ну и пусковой момент также упадет в четыре-девять раз. При включении регулируемого индуктивного сопротивления дает возможность плавного пуска двигателя.

Если же вместо индуктивного сопротивления в цепь статора включить автотрансформатор, это позволит сохранить пусковой момент двигателя.
При той же кратности тока 2-2,5, нужно будит понизить напряжение лишь в полтора — два раз, и в этом пусковой момент упадет всего лишь в два — четыре раза.

Представленные выше два способа реализуются следующим образом: для запуска двигателя замыкают рубильник 1, после того, как произошел пуск индуктивное сопротивление или автотрансформатор шунтируют рубильником 2.
Эти способы пуска асинхронного двигателя обладают значимыми минусами: повышение стоимости всей установки, усложнение схемы, необходимость в дополнительном пространстве для установки всех комплектующих.

Переключение обмоток статора со звезды на треугольник

Данная схема является самой удачной и часто используемой, конечно же за исключением схемы прямого пуска.

Весь смысл такого способа пуска, заключается в разности фазных и линейных напряжений при подключении статорных обмоток звездой, напряжение на них будит в 1,73 раза ниже чем при подключении их треугольником. Соответственно и токи в обмотках меньше.
Обычно при таком способе пуска, в схеме присутствует переключатель с двумя возможными положениями: «Пуск» и «Работа». При включении рубильника в положение «Пуск», обмотки статора включаются звездой, а при переключение его в положение «Работа» обмотки асинхронного двигателя включаются по схеме треугольник.
Современные технологии позволяют производить плавные пуски асинхронных машин, регулировку скорости, контроль не только пускового, но и рабочего момента с использованием частотных преобразователей и систем импульсно фазного регулирования.

Способы пуска асинхронного двигателя

Прямой пуск асинхронного двигателя «звезда-треугольник»

Существуют различные способы пуска асинхронного двигателя. Непосредственное подключение агрегата к сети – это прямой пуск асинхронного двигателя, который применим для моторов с короткозамкнутым ротором. При проектировании подобных устройств специалисты разрабатывают конструктивное решение, при котором пусковые токи, возникающие в обмотке статора, не провоцируют большое механическое усилие и не перегревают обмотку.

В связи с этим прямой пуск асинхронного двигателя высокой мощности невозможен, поскольку он приводит падению напряжения (больше 15%) в сети. Это, в свою очередь, ведет к неустойчивой работе пусковой аппаратуры, провоцирует подгорание контактов и, как результат – пуск асинхронного двигателя становится невозможен.

Для снижения пускового тока пуск асинхронного двигателя производится при пониженном напряжении.

Пуск асинхронного двигателя, который работает при соединении обмотки статора треугольником и фазное напряжение соответствует напряжению сети, производится путем переключения обмотки статора со звезды на треугольник.

В момент подключения переключатель устанавливается в положение, когда обмотка статора соединена звездой. Это приводит к уменьшению фазного напряжения на статоре и тока в фазных обмотках мотора.

В положении «звезда» фазный ток равен линейному, тогда как в положении «треугольник» он ниже линейного. Таким образом, при включении, когда ротор наберет скорость близкую к номинальной, переключатель переводят в положение треугольник. Возникающий перепад тока, как правило, невелик и не оказывает воздействия на работу сети питания.

Поскольку снижение фазного напряжения приводит к существенному уменьшению пускового момента, это является серьезным недостатком.

Пуск асинхронного двигателя может производиться при помощи автотрансформаторов и реакторов. Как и прочие способы пуска асинхронного двигателя, он основан на уменьшении подводимого напряжения и характеризуется снижением пускового момента.

Схема пуска асинхронного двигателя разрабатывается таким образом, чтобы создавать при небольшом токе большой пусковой момент. В отличие от прямого подключения специальное устройство пуска асинхронного двигателя обеспечивает постепенный разгон и торможение двигателя, что достигается благодаря подаче линейно изменяющегося напряжения от начального до номинального значения.

Способы пуска асинхронного двигателя с помощью УПП (устройства плавного пуска)

Пуск звезда-треугольник позволяет уменьшить пусковые токи, но не избавляет от рывков и не может плавно останавливать двигатель. Для плавного пуска асинхронного электродвигателя без рывков, необходимо устанавливать УПП. Устройства плавного пуска регулируют такие параметры как ток, напряжение, время пуска и останова что позволяет оптимизировать пусковые характеристики и продлить срок службы двигателя, а также связанных с ним механизмов.

Способы пуска асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты (частотника)

Если кроме мягкого пуска и останова, в процессе эксплуатации необходимо регулировать скорость или момент, то для этих целей применяют преобразователи частоты. Большинство преобразователей частоты имеют встроенный микроконтроллер на борту, для создания многофункциональных систем управления электроприводами, с возможностью интеграции в вышестоящие системы управления процессом. Кроме того, использование устройств плавного пуска и преобразователей частоты позволяет не только улучшить пусковые характеристики, но и сократить энергопотребление, так как при запуске двигатель потребляет значительно больше электроэнергии, чем в номинальном режиме.

Основные различия способов пуска асинхронного двигателя: