Схема прямого пуска асинхронного двигателя

Выбор схемы пуска асинхронных и синхронных двигателей

Выбор простой и надежной схемы пуска имеет большое значение для эксплуатации двигателей и синхронных компенсаторов. Наиболее распространенной в настоящее время является простейшая и вместе с тем наиболее надежная схема прямого пуска от полного напряжения сети, исключение составляют двигатели с очень тяжелыми условиями пуска или очень мощные двигатели и компенсаторы, вызывающие при пуске недопустимые снижения напряжения в сети.

В случаях, когда прямой пуск неприемлем, напряжение, подводимое к двигателю при пуске, снижается включением в цепь статора реактора или, в редких случаях, автотрансформатора. Конструкции всех асинхронных и синхронных двигателей предусматривают возможность асинхронного пуска. С этой целью у синхронных двигателей с частотой вращения до 1500 об/ мин на роторе в явно выраженных полюсах расположена пусковая обмотка в виде замкнутых стержней. Возможность асинхронного пуска турбодвигателей с частотой вращения 3000 об/мин обеспечивается прежде всего токами в бочке неявнополюсного ротора, а также медными клиньями, заложенными в пазы.

Выбор пускового реактора для синхронного двигателя и компенсатора принципиально не отличается от выбора реактора для асинхронного двигателя. Для синхронных двигателей большой мощности в ряде случаев целесообразно применение питания от отдельных трансформаторов (блок-трансформаторов) с мощностью блок-трансформатора, в большинстве случаев соответствующей мощности установленного двигателя. В этом случае за счет отказа от выключателя на стороне двигателя установка оказывается весьма простой. Только при частых тяжелых пусках может потребоваться увеличение мощности трансформатора по условию его нагрева.

Реакторный пуск и пуск при работе по схеме блока двигатель-трансформатор имеет неоспоримые преимущества перед пуском через автотрансформатор. Например, напряжение на двигателе или компенсаторе при пуске через постоянно включенные реактор и трансформатор по мере снижения пускового тока плавно возрастает, и в конце пуска это напряжение незначительно отличается от номинального.

Рис. Схемы прямого пуска синхронных электродвигателей с электромашинными возбудителями постоянного тока:
а — обмотка ротора глухо подключена к якорю возбудителя;
б — включена на разрядный резистор:
в — включена на якорь возбудителя через разрядный резистор.

Поэтому при реакторном пуске шунтирование реактора происходит практически без толчка (см., например, рис., б) в отличие от автотрансформаторного пуска, где приходится принимать специальные меры, усложняющие схему пуска, для ограничения толчка тока при переключении от пускового напряжения на полное напряжение сети.

Требования некоторых трансформаторных заводов об ограничении пускового тока, приводящие к завышению мощности блок-трансформатора, исходя из необходимости ограничения динамических усилий на обмотке, следует считать неоправданными. Согласно ГОСТ обмотка трансформатора должна выдерживать без повреждения токи короткого замыкания на выводах любой из его обмоток при номинальном напряжении на другой. Эти токи заведомо существенно больше токов при пуске двигателя, соизмеримого по мощности с трансформатором. Динамические усилия в трансформаторе, пропорциональные квадрату тока, получаются соответственно значительно меньшими гарантированных.

Практика применения схемы блоков трансформатор-двигатель вполне себя оправдала. При применении электромашинной системы возбуждения, как можно заключить из рассматриваемых выше процессов в этих системах при пуске двигателя (компенсатора), предпочтение следует отдавать схемам глухого подключения возбудителя к ротору двигателя (компенсатора), если это допустимо по условиям пуска. Сопротивление в цепи возбуждения возбудителя при этом должно быть подобрано таким образом, чтобы при номинальной угловой скорости напряжение на двигателе (компенсаторе), отключенном от сети, было равно напряжению сети или несколько больше.

Пуск двигателя (компенсатора) происходит следующим образом: включается главный выключатель, двигатель (компенсатор) разворачивается, возбуждается и втягивается в синхронизм плавно, без толчков и без вмешательства персонала или каких-либо элементов автоматики, дающих команду на возбуждение машины. Эта схема применима для двигателей и компенсаторов, как имеющих возбудитель на одном валу, так и питающихся от отдельно стоящего двигатель-генератора. В последнем случае пуск агрегата возбуждения должен осуществляться одновременно с пуском двигателя или компенсатора замыканием блок-контактов выключателя основного двигателя.

При прямом включении в сеть обмотки статора и глухоподключенном возбудителе схема пуска синхронной машины (рис. а) также проста, как и схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Проведенные испытания и накопленный опыт эксплуатации вместе с тем показывают, что область применения схемы пуска синхронных двигателей с постоянно подключенным возбудителем ограничивается практически двигателями относительно небольшой мощности, — как правило, не свыше 2000 кВт. Схема непригодна для двигателей, запускающихся с нагрузкой выше 0,4-0,6 номинальной мощности, из-за провала в кривой асинхронного момента в области малых скольжений и малоэффективна для двигателей, у которых контактор возбуждения оказывается необходимым для гашения поля или осуществления схемы ресинхронизации. Например, проведенные исследования показали неприемлимость данной схемы на синхронных двигателях СДМ-20-49-60, 2000 кВт, применяемых для привода шаровых углеразмольных мельниц Ш-50 и Ш-50А на энергоблоках 300 МВт мощных тепловых электростанций. Кривая вращающего момента при пуске этих мельниц имеет резко выраженный пульсирующий характер, в результате чего на вал воздействует знакопеременная нагрузка.

При включении двигателя с глухоподключенным к ротору возбудителем кривая вращающего момента имеет особо неблагоприятный характер, поэтому успешный пуск таких агрегатов оказался возможным только по схеме с включением обмотки ротора на якорь возбудителя через разрядный резистор (рис. в). При прямом пуске механические усилия в лобовых частях обмотки статора асинхронных и синхронных двигателей и компенсаторов возрастают, но, как правило, за счет падения напряжения в сети оказываются меньше тех усилий, которые получаются при близких коротких замыканиях.

Большинство электродвигателей допустимо переводить на прямой пуск без дополнительного усиления креплений лобовых частей обмоток. Однако в отдельных случаях (большие кратности пускового тока при малых снижениях напряжения сети, слабое закрепление лобовых частей обмоток статора) такое усиление может потребоваться. С этой целью можно рекомендовать установку дополнительных дистанционных распорок и взаимную перевязку соседних лобовых частей в местах ранее установленных и дополнительных распорок.

Из практики эксплуатации известны многочисленные случаи применения прямого пуска для асинхронных двигателей с фазным ротором, переделанных на короткозамкнутые или пускаемые без реостата в цепи ротора, а также для двигателей, ранее пускавшихся от автотрансформатора или через реактор. Опыт подтвердил целесообразность перевода этих двигателей на прямой пуск. Пуск без нагрузки двухскоростных электродвигателей следует всегда производить на меньшей угловой скорости. Если необходима работа на большей угловой скорости, то следует после пуска двигателя на меньшей угловой скорости переключить вращающийся двигатель на большую угловую скорость. При таком пуске суммарные потери за время пуска будут иметь минимальное значение.

Статьи по теме:

Конструкция асинхронных двигателей. В зависимости от способа выполнения обмотки ротора асинхронного двигателя последние разделяются на две большие группы: двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе и двигатели с фазной обмоткой на роторе или двигатели с контактными кольцами. . >>>

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения двигателей определяется в соответствии с требованиями технологических процессов и тех производственных механизмов, в которых они используются. Оно характеризуется следующими основными показателями. . >>>

Выбор асинхронных двигателей для работы с приводимыми механизмами. Процесс выбора состоит в удовлетворении ряда требований потребителя и заключается в переборе возможных вариантов, в том числе: по напряжению и частоте вращения; по конструктивному исполнению; по уровню вибрации и шума; по мощности и режиму работы . >>>

Прямой и реостатный пуск асинхронного двигателя

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором можно осуществлять различными способами. Все они отличаются друг от друга и хороши в различных ситуациях по-своему. Мы рассмотрим некоторые из них.

Прямой пуск

Наиболее распространенным способом запуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является прямой пуск. Говоря о прямом пуске, мы имеем виду прямое включение в сеть асинхронного двигателя, на номинальном напряжении и постоянной частоте. При этом двигатель достаточно быстро набирает номинальные обороты. Такой способ является наиболее экономически выгодным, потому что не требует затрат на дополнительные устройства.

Прямой пуск применяется в основном для маломощных двигателей, потому что они создают относительно небольшой момент сопротивления в момент запуска. Но даже для его преодоления двигателю требуется произвести значительную работу. Ведь при запуске даже таких маломощных двигателей прямым пуском, можно получить пусковые токи которые превышают номинальные в 10-12 раз! Несомненно, это сказывается на питающей сети, а также кабелях подключенных к АД. Также высокие пусковые токи оказывают значительное влияние на обмотку самого двигателя, что тоже отрицательно на ней сказывается. Еще одним минусом прямого пуска является высокая нагрузка на механическую часть двигателя.

Схема прямого пуска выглядит следующим образом (k – магнитный пускатель)

Реостатный пуск

Если не требуются большие значения пусковых моментов, то на практике часто прибегают к реостатному способу пуска.

Схема реостатного пуска:

Суть способа состоит в том, что в момент пуска, двигатель подсоединен к реостатам, затем с помощью контактора k2, реостаты закорачиваются. Таким образом, часть напряжения питающей сети падает на них, при этом двигатель разгоняется на пониженном напряжении. Это позволяет снизить практически в два раза пусковые токи, по сравнению с токами на полном напряжении и в квадрат раз снизить пусковой момент. Естественно, это лишает этот метод некоторых недостатков, которые присутствуют при прямом пуске. А именно — снижаются нагрузки на механическую часть и просадки напряжения питающей сети. Реостатный пуск довольно распространен на практике.

Пуск асинхронного двигателя

Все асинхронные двигатели должны самостоятельно пускаться в ход, т. е. разгоняться от неподвижного состояния (n=0, s=l) до номинальной частоты вращения (n=n_ном, s=s_ном), преодолевая при этом момент сопротивления нагрузки. Разгон двигателя должен происходить достаточно быстро, чтобы потери, выделяемые в нем при пуске, не приводили к недопустимо большому перегреву обмоток (в зоне скольжения от 1 до s_кр по обмоткам двигателя проходят токи, существенно большие номинального). Помимо статического момента сопротивления М_с, определяемого механической характеристикой приводного механизма, при пуске двигатель преодолевает и динамический момент M_дин=Jdω/dt (где J — момент инерции ротора двигателя и самого механизма, dω/dt=a — ускорение при пуске).

При неизменном ускорении время пуска асинхронного двигателя можно определить по формуле t_п≈ω_ном/а, а в общем случае

что следует из общего уравнения движения ротора

Входящие в (51), (52) величины имеют следующие размерности: М, М_с — Н∙м; J — кг∙м2; dω/dt — 1/с2. Пуск проводится успешно, если М>М_с во время разгона, а время пуска тем меньше, чем больше разность между электромагнитным моментом двигателя М и моментом сопротивления М_с. Таким образом, чем больший момент развивает асинхронный двигатель при пуске, тем меньше время пуска, выделяемая во время пуска энергия потерь в обмотках и соответственно перегрев обмоток.

Если момент сопротивления (нагрузки) больше момента, развиваемого двигателем, то пуск асинхронного двигателя вообще оказывается невозможным.

Рассмотрение условий пуска начнем с двигателей с фазным ротором. У этих двигателей, как уже отмечалось, можно вводить в цепь ротора добавочное сопротивление. При введении в цепь ротора добавочного активного сопротивления (резистора) при номинальном (полном) напряжении сети механическая характеристика двигателя изменяется (рис. 22). Анализ формул (44), (45) показывает, что введение добавочного сопротивления R_д приводит к увеличению лишь критического скольжения s_кр при неизменном моменте. Если введением R_д добиться такого положения, что s_кр=l, то в этом случае пусковой момент будет равен максимальному, а пусковой ток снизится по сравнению с пуском при замкнутом накоротко роторе примерное 2 раза. Само добавочное сопротивление при этом равно:

Если оставить R_д=R_д3 неизменным, то пуск асинхронного двигателя закончится в точке 4 при относительно малой частоте вращения n₄. Поэтому пусковой реостат имеет несколько ступеней (R_д3, R_д2, R_д1), и переключение ступеней происходит в точках пересечения механических характеристик (точки А, В, С на рис. 22). Причем в точке С пусковой реостат закорачивается (R_д=0), и двигатель заканчивает разгон по своей собственной (естественной) характеристике, достигая частоты вращения n₁ близкой к синхронной.

При выполнении своевременного переключения ступеней пускового реостата в течение всего пуска момент двигателя остается существенно больше момента сопротивления М_с, т. е. пуск асинхронного двигателя происходит быстро и с малыми энергиями потерь в обмотках.

Рис. 22. Механические характеристики асинхронного двигателя при введении добавочного сопротивления в цепь ротора

Для двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора введение добавочного сопротивления в цепь ротора невозможно. Поэтому для пуска применяются другие способы:

• прямой пуск,
• пуск при пониженном напряжении питания.

Прямое включение асинхронного двигателя в сеть является наиболее простым способом пуска двигателя. В то же время в этом случае обмотки статора и ротора двигателя обтекаются большим пусковым током (током КЗ), равным 4—7-кратному значению номинального. Поэтому очень важно, чтобы время пуска двигателя было при этом как можно меньшим.

Из всех способов пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора при данном способе пуска создается наибольший вращающий момент. Пусковой вращающий момент двигателя определяется при этом по формуле (48). Поскольку он все же относительно невелик, данный способ пуска применяется для механизмов со средними и легкими условиями пуска (при малых моментах сопротивления и малых моментах инерции механизма).

Необходимо также иметь в виду, что большой ток, потребляемый двигателем, протекает не только по его обмоткам, но и по проводам сети и трансформатору. Из-за этого в питающей сети создается падение напряжения, которое в случае пуска мощного двигателя может оказаться весьма значительным. В результате напряжение, подводимое к двигателю в этом режиме, сильно понизится и это вызовет дополнительное снижение вращающего момента двигателя. Поэтому прямое включение при пуске мощных двигателей допустимо при наличии сети достаточно мощной по сравнению с мощностью самого двигателя. В этом случае протекание по сети и трансформатору пусковых токов двигателя не приведет к значительному падению напряжения. Мощные современные системы энергоснабжения позволяют осуществить прямой пуск асинхронных двигателей до нескольких тысяч киловатт.

Пуск асинхронного двигателя при пониженном напряжении осуществляется обычно в тех случаях, когда прямой пуск не допускается по условиям работы сети. Обычно применяют один из четырех способов пуска при пониженном напряжении:

• включение в цепь статора добавочного индуктивного сопротивления (дросселя);
• включение двигателя через понижающий автотрансформатор;
• переключение обмотки статора со звезды на треугольник;
• включение двигателя через полупроводниковый регулятор напряжения.

Рассмотрим подробнее эти способы, отметив предварительно, что все они преследуют общую цель — уменьшение пускового тока. В соответствии со схемой замещения асинхронного двигателя (см. рис. 16) ток, потребляемый двигателем из сети, прямо пропорционален питающему напряжению. Поэтому, задавая допустимую величину пускового тока (определяется условиями нормальной работы сети), можно определить допустимое значение напряжения питания при пуске (второй и четвертый способы) или величину добавочного сопротивления (первый способ).

Во всех этих случаях снижение напряжения ведет не только к пропорциональному уменьшению пускового тока (положительный эффект), но и к резкому (квадратичному) уменьшению пускового момента (отрицательный эффект). Последнее обстоятельство вынуждает при использовании пуска при пониженном напряжении разгружать приводимые механизмы вплоть до полной разгрузки последних, т. е. производить пуск в режиме XX (М_с=0), с последующей загрузкой механизма.

Схема пуска асинхронного двигателя с включением в цепь статора добавочного индуктивного сопротивления L приведена на рис. 23,а. При пуске вначале замыкается рубильник QSI и происходит пуск при пониженном напряжении. Затем при достижении высокой частоты вращения, близкой к пкр, замыкают рубильник QS2, шунтируя сопротивление дросселя и обеспечивая окончание процесса пуска по естественной механической характеристике (см. рис. 21).

Рис. 23. Схемы пуска асинхронного двигателя: а — при последовательном включении индуктивного сопротивления L; б — при включении двигателя через автотрансформатор Т

Уменьшения напряжения при пуске можно достигать включением между сетью и двигателем понижающего автотрансформатора Т (рис. 23,б). При пуске сначала замыкают рубильник QSI, и пониженное напряжение попадает на обмотки двигателя. По достижении ротором достаточной частоты вращения замыкают рубильник QS2, шунтируя автотрансформатор так, что полное напряжение сети попадает на обмотки двигателя. Применение автотрансформатора позволяет ограничивать пусковой ток в питающей сети при меньшем снижении питающего двигатель напряжения, чем в случае включений индуктивного сопротивления. Следовательно, при этом в меньшей степени понижается пусковой момент двигателя.

К способам пуска с понижением напряжения можно отнести также пуск с переключением обмоток статора со звезды на треугольник (рис. 24). В режиме пуска переключатель QS находится в положении 1, причем обмотка статора включена по схеме звезды. После того как ротор достигнет установившейся частоты вращения, переключатель необходимо перевести в положение 2, и обмотки статора будут включены по схеме треугольника.

Рис. 24. Схема пуска двигателя с переключением обмоток со звезды на треугольник

При данном способе пуска фактически снижается напряжение, подводимое к каждой фазе двигателя, поскольку при одинаковом напряжении сети фазное напряжение в схеме звезды в √3 раз меньше, чем в схеме треугольника. Пусковой ток в сети при соединении обмотки статора в звезду снижается в √3 раза по сравнению с пусковым током при соединении в треугольник. Однако пусковой момент, пропорциональный квадрату напряжения, снижается в 3 раза.

Следует отметить, что этот последний способ не универсален в отличие от двух предыдущих. Как видно из описания процесса пуска, напряжению сети должна соответствовать рабочая схема соединения обмотки статора — треугольник, что не всегда выполняется. Пусть асинхронный двигатель имеет рабочее напряжение по паспорту 220/380 В, напряжение питающей сети равно 380 В, а прямой пуск невозможен. Можно ли использовать пуск с пониженным напряжением путем переключения обмотки статора со звезды на треугольник?

Поскольку номинальное напряжение двигателя 220/380 В, это означает, что двигатель может нормально работать при напряжении сети как 220 В, так и 380 В. В первом случае обмотка статора должна соединяться в треугольник, а во втором — в звезду. Таким образом, напряжению питающей сети 380 В соответствует схема звезды, и пуск оказывается прямым (переключать обмотку в треугольник нельзя, так как в этом случае напряжение сети в 380/220 =√33 раз превысит номинальное). В данном случае, если необходимо снизить пусковой ток, следует применять способ включения дросселя или автотрансформатора.

Для целей понижения напряжения при пуске можно использовать также полупроводниковые регуляторы напряжения, применяемые для изменения частоты вращения. При пуске напряжение с помощью регулятора плавно повышается от нуля, а при разгоне двигателя можно регулировать напряжение так, чтобы ток, потребляемый из сети, оставался неизменным и равным предельно допустимому. В конце пуска при скорости, близкой к номинальной, управляемые вентили полностью открыты и двигатель работает при полном напряжении сети. В этом же случае оказывается возможным осуществить пуск при максимально возможном электромагнитном моменте.

Для приводов с наиболее тяжелыми условиями пуска (большая нагрузка и большой момент инерции) следует использовать двигатели с фазной обмоткой ротора.

Введение сопротивления в цепь ротора (рис. 25) уменьшает ток, потреблявмый двигателем из сети. Изменяется также и критическое скольжение, с ростом активного сопротивления обмотки ротора оно увеличивается. Механические характеристики двигателя при различной величине добавочного сопротивления R_д изображены на рис. 22. Остается неизменным лишь максимальный момент, развиваемый двигателем. Из рис. 22 видно, что при определенной величине R_д=R_д3≈х₁+х’₂ [см. формулу (44)] критическое скольжение будет равно единице и пусковой момент будет равен максимальному.

Рис 25. Схема асинхронного двигателя с введением резисторов в цепь ротора

Таким образом, получается, что пуск при включении сопротивлений в цепь ротора принципиально отличается от пуска при пониженном напряжении тем, что при уменьшении пускового тока происходит увеличение (а не уменьшение) пускового момента.

В процессе пуска, последовательно уменьшая по мере увеличения частоты вращения двигателя сопротивление в цепи ротора, можно добиться того, чтобы весь процесс пуска проходил при вращающем моменте, близком к максимальному. Это позволяет получить возможно меньшее время пуска двигателя.

Схема нереверсивного пуска асинхронного двигателя

Апрель 23rd, 2013 Рубрика: Электродвигатели, Электрооборудование

Здравствуйте, уважаемые посетители и гости сайта http://zametkielectrika.ru.

Сегодня Драницын Кирилл Эдуардович, студент ГБОУ СПО «КПК» г.Чернушка, Пермского края, прислал свою работу на конкурс «Электрика своими руками».

Ее название «Схема нереверсивного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором», которая в полной мере дополняет мою статью, написанную несколько дней назад, о схеме магнитного пускателя нереверсивного типа без применения теплового реле.

Оборудование:

2. Магнитный пускатель ПМЛ (для пуска, остановки двигателя).

3. Тепловое реле ТРН (для защиты трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок).

4. Кнопка пуск/стоп.

Рабочий инструмент:

• отвертка плоская
• бокорезы
• нож
• кабель (провод) одножильный
• круглогубцы
• плоскогубцы
• трехфазная вилка

Схема нереверсивного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

До начала работы хотелось бы объяснить обыкновенные понятия для понимания схемы:

• нормально замкнутый контакт в кнопке пуск/стоп под цифрами (3-4)
• нормально разомкнутый контакт в кнопке пуск/стоп под цифрами (1-2)

Алгоритм (порядок выполнения) сборки схемы нереверсивного пуска асинхронного двигателя (АД)

1. Силовая цепь:

1.1. Берем крайние 2 провода (фаза А и С) выходящие от двигателя

1.2. Присоединяем эти провода к верхним контактам теплового реле

1.3. Третий провод от двигателя соединяем с магнитным пускателем, присоединяя его на контакт 3 (фаза В)

1.4. Соединяем нижние контакты теплового реле с магнитным пускателем

1.5. Один нижний контакт теплового реле соединяем с контактом 1 на магнитном пускателе

1.6. Другой нижний контакт теплового реле соединяем с контактом 5 на магнитном пускателе

2. Цепь управления:

2.1. Контакт 6 на магнитном пускателе соединяем проводом с нормально замкнутым контактом кнопки «Стоп»

Нормально замкнутые контакты на кнопке «Стоп» под цифрами 3 и 4.

2.2. Делаем перемычку с нормально замкнутого контакта кнопки «Стоп» на нормально разомкнутый контакт кнопки «Пуск»

2.3. Блокируем нормально разомкнутый контакт: соединяем контакт 2 кнопки «Пуск» с блок-контактом магнитного пускателя 13

2.4. Соединяем нормально разомкнутый контакт 1 кнопки «Пуск» с блок-контактом магнитного пускателя 14

2.5. Перемычкой соединяем блок-контакт магнитного пускателя 13 с катушкой магнитного пускателя (контакт — А2)

2.6. С катушки магнитного пускателя (контакт А1) подаём питание на нормально замкнутые контакты теплового реле

2.7. С теплового реле (с нормально замкнутого контакта) на контакт 2 магнитного пускателя

2.8. Присоединяем питающий шнур к контактам магнитного пускателя – 2, 4, 6

2.9. Перед пуском проверяем схему ещё раз!

2.10. Запускаем двигатель.

P.S. Если у Вас имеются вопросы по схеме пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, то задавайте их в комментариях к этой статье.

Похожие статьи:

1. Реверс электродвигателя
2. Реверс однофазного электродвигателя на примере АИРЕ 80С2
3. Схема подключения магнитного пускателя
4. Ограничитель мощности ОМ-110. Схема подключения, настройка и принцип работы
5. Реле контроля трехфазного напряжения ЕЛ-11, ЕЛ-12 и ЕЛ-13
6. Магнитный пускатель ПМЛ-1100. Назначение, устройство, принцип работы