Устройства и способы пуска асинхронного электродвигателя — прямой, звезда-треугольник, плавный и через частотный преобразователь

Типовые конфигурации и принципы действия электродвигателей

Есть два наиболее распространенных вида моторов, подключение которых можно выполнить без дополнительных деталей. Это асинхронные двигатели с однофазным или трехфазным питанием и коллекторные устройства.

В асинхронных однофазных двигателях обмотка на роторе короткозамкнутая, по конструкции напоминающая колесо для белки. Замкнутые на кругах стержни входят в пазы сердечника, где при индукции тока создается поле уравновешивающее электромагнитное поле катушки. Для того, чтобы после подключения к сети мотор заработал, нужен стартовый толчок. В некоторых случаях, например на точильном станке двигатель можно запустить вручную, простым вращательным движением вала.

Можно также снабдить самодельный инструмент дополнительной стартовой обмоткой или частотным преобразователем, который обеспечит плавный запуск мотора. Начало вращения в асинхронных двигателях с трехфазной обмоткой статора происходит автоматически, благодаря чередованию фаз

Как видно на структурной схеме, в коллекторном электродвигателе имеются рабочая и пусковая обмотки. Переключение обмотки на роторе происходит при помощи графитовых щеток, единовременно под напряжением находится только одна из рамок, с магнитным полем, перпендикулярным полю статорной обмотки.

Разница полюсов сдвигает ротор по кругу, достигая определенного угла, контакт с щетками перебрасывается на вторую рабочую обмотку, что обеспечивает непрерывное вращательное движение.

Схемы подключения трехфазного двигателя. К 3-х и 1-о фазной сети

Схемы подключения трехфазного двигателя — двигатели, рассчитанные на работу от трехфазной сети, имеют производительность гораздо выше, чем однофазные моторы на 220 вольт. Поэтому, если в рабочем помещении проведены три фазы переменного тока, то оборудование необходимо монтировать с учетом подключения к трем фазам. В итоге, трехфазный двигатель, подключенный к сети, дает экономию энергии, стабильную эксплуатацию устройства. Не нужно подключать дополнительные элементы для запуска. Единственным условием хорошей работы устройства является безошибочное подключение и монтаж схемы, с соблюдением правил.

Схемы подключения трехфазного двигателя

Из множества созданных схем специалистами для монтажа асинхронного двигателя практически используют два метода:

• Схема звезды.
• Схема треугольника.

Названия схем даны по методу подключения обмоток в питающую сеть. Чтобы на электродвигателе определить, по какой схеме он подключен, необходимо посмотреть указанные данные на металлической табличке, которая установлена на корпусе двигателя.

Даже на старых образцах моторов можно определить метод соединения статорных обмоток, а также напряжение сети. Эта информация будет верна, если двигатель уже был в эксплуатации, и никаких проблем в работе нет. Но иногда нужно произвести электрические измерения.

Схемы подключения трехфазного двигателя звездой дают возможность плавного запуска мотора, но мощность оказывается меньше номинального значения на 30%. Поэтому по мощности схема треугольника остается в выигрыше. Существует особенность по нагрузке тока. Сила тока резко увеличивается при запуске, это отрицательно сказывается на обмотке статора. Возрастает выделяемое тепло, которое губительно воздействует на изоляцию обмотки. Это приводит к нарушению изоляции, и поломке электродвигателя.

Много европейских устройств, поставленных на отечественный рынок, имеют в комплекте европейские электродвигатели, действующие с напряжением от 400 до 690 В. Такие 3-фазные моторы необходимо монтировать в сеть 380 вольт отечественного напряжения только по треугольной схеме обмоток статора. В противном случае моторы сразу будут выходить из строя. Российские моторы на три фазы подключаются по звезде. Изредка производится монтаж схемы треугольника для получения от двигателя наибольшей мощности, применяемой в специальных видах промышленного оборудования.

Подключение электромотора на самодельных устройствах

Перед использованием электродвигателя нужно навести справки о его типе и особенностях конструкции. Единственной доступной информацией при этом может быть лишь серийная маркировка на корпусе, остальное — мощность, тип, возможные системы управления двигателем – придется поискать в технических справочниках.

Проверка проводных выходов и корпуса на короткое замыкание — застрахует от аварий. Для этого, после визуального осмотра на предмет следов возгорания, при помощи мультиметра нужно сделать прозвон всех контактов и корпуса, затем проверить обмотки и выводы, и также конденсаторы при наличии.

Запуск двигателя коллекторного типа

Коллекторные двигатели компактны и работают на высоких оборотах. Ими оснащаются малогабаритные бытовые приборы, например, миксеры, мясорубки, кофемолки и стиральные машины, а также ручные инструменты — дрели, шуруповёрты, дисковые пилы и т. п.

На фото – схема подключения такого электродвигателя к питанию 220В через простой замыкающий выключатель. Кнопка в зажатом положении подает ток на обмотки статора и ротора. При двух разных обмотках на статоре можно сделать перемычку для переключения скоростей.

Способы подключения асинхронных двигателей

Различные модели асинхронных двигателей используются в бытовых кондиционерах, в насосных системах и аппаратуре промышленного назначения. Они, как правило, оснащаются преобразователями частоты, которые в зависимости от предназначения, выполняют постепенный набор оборотов при включении, или плавное, не ступенчатое, переключение скоростей.

Схема подключения обычно дается прямо на корпусе, где маркируются выводящие провода пусковой и рабочей обмотки. В других случаях их можно определить при помощи замеров сопротивления. Величина в Омах в двух вариантах последовательного соединения должна в сумме быть равной показателю сопротивления пары обмоток ротора и статора.

Рабочая обмотка может отличаться и визуальной толщиной в сечении. Она подключается к конденсатору, а вывод от статора напрямую к 220В.

Конденсаторы могут быть установлены по схеме подключения к статорной обмотке, для обеспечения пуска электродвигателя, или в качестве рабочего устройства, подсоединенного к основной обмотке. Возможен и комбинированный вариант с двумя конденсаторами.

Емкость теплообменника зависит от мощности мотора в расчете 7мкФ на 100Вт. Чрезмерный нагрев корпуса после запуска свидетельствует о недостаточной емкости подключенных конденсаторов. Если наблюдается спад мощности и замедление оборотов, следует уменьшить емкость.

Трехфазными двигателями, отличающимися большой мощностью и возможностью автоматического старта оборудуют деревообрабатывающие и токарные станки. К трехфазной сети питания такие моторы подсоединяются в двух конфигурациях: треугольной или в виде звезды.

Для подключения к сети с одной фазой необходимо наличие переходного конденсатора, но в этом случае будут потери мощности и скорости оборотов двигателя.

Частотные преобразователи – важный элемент системы управления двигателем, могут быть заменены симисторами для плавного пуска, которые подключаются по трехфазной схеме. Это позволяет снизить расход электроэнергии и износ мотора, предотвращает перегрев и дает ряд дополнительных возможностей для подключения автоматики.

Пуск путем изменения питающего напряжения

Одним из вариантов снижения токовой нагрузки при запуске электродвигателя является уменьшение питающего номинала посредством генератора постоянного напряжения или управляемого выпрямителя.

С физической точки зрения установка реостата обеспечивает тот же эффект, но с увеличением мощности электродвигателя возрастает и постоянная токовая нагрузка, существенно повышаются потери на реостатах. Поэтому снижение постоянного напряжения выполняет отдельное устройство на базе микросхемы, пример которого приведен на рисунке ниже:

Рис. 5. Схема пуска с изменением питающего напряжения

Cпособы пуска асинхронного двигателя

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

Вращающий момент (Мвр) уменьшается с ростом оборотов. При некотором минимальном значении необходимо отключить часть реостата, чтобы Мвр возрос снова до максимального (смотрите третью характеристику). Но обороты растут, поэтому Мвр 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 Мвр 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 Мпуск, близком к Ммакс. 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.

Как пускают в ход асинхронные двигатели

Самым простым способом пуска асинхронных двигателей является прямое их включение в сеть. Однако при этом, как было выяснено, в момент пуска в цепи двигателя появляется большой

пусковой ток. В маломощных сетях этот ток может вызвать кратковременное понижение напряжения, что вредно отражается на работе некоторых приемников энергии, включенных в эту сеть.

В целях уменьшения пускового тока на практике применяют специальные способы пуска двигателей.

Рассмотрим простейшие из них.

Пуск двигателей с помощью пускового реостата в цепи статора.

Реостат включают последовательно с обмотками статора (рис. 5-15).

При пуске реостат полностью вводится, а затем по мере разгона ротора вручную или автоматически (центробежные пускатели) выводится, при этом сопротивление реостата уменьшает ток, но это приводит к уменьшению вращающего момента. Такой способ может быть применен лишь в тех случаях, если двигатель пускается в ход без нагрузки. Этот способ неэкономичен особенно для двигателей большой мощности из-за большого расхода энергии в пусковых реостатах. В настоящее время для этих целей широко применяют регулирование тока с помощью тиристоров.

Пуск двигателей переключением обмоток со звезды на треугольник. В момент пуска обмотки статора включают звездой, пока скорость ротора не станет близкой к номинальной, а затем соединение обмоток переключают на треугольник (рис. 5-16). Пусковой ток при этом уменьшается в три раза. Покажем это.

Пусть линейное напряжение сети

, а полное сопротивление каждой из обмоток двигателя . Найдем пусковой ток (ток в линейном проводе) при соединении звездой и треугольником.

Для случая соединения звездой фазное напряжение

это и есть пусковой ток, так как для звезды

.

Для случая соединения треугольником

и ток фазы

это и есть пусковой ток для соединения треугольником.

Этот способ можно применять лишь в тех случаях, когда у двигателя выведены наружу все шесть концов его обмоток, обмотки двигателя могут быть включены в данную сеть треугольником, и когда электродвигатель пускают в ход без нагрузки или с нагрузкой не более 40% номинальной.

Источник

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 Мпуск 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.

Ещё по теме: — Схемы подключения асинхронного и синхронного однофазных двигателей — Схемы подключения электродвигателя через конденсаторы — Реверсивная схема подключения электродвигателя — Плавный пуск электродвигателя своими руками —В чем разница асинхронного и синхронного двигателей — Реверсивное подключение однофазного асинхронного двигателя своими руками — Как проверить электродвигатель — Ремонт электродвигателей

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.

Простейший и наиболее старый способ плавного пуска – реостатный пуск электродвигателя: в цепь статора последовательно включается несколько мощных резисторов, последовательно закорачиваемых контакторами.

Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.

Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:

Проблематичность автоматизации.

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:

Постоянное токоограничение. 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. Формирование тока. 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.

Что такое стартер двигателя? Типы пускателей двигателей

Содержание

Что такое пускатели двигателей?

Пускатель двигателя — это электрическое устройство, которое используется для безопасного пуска и остановки двигателя. Подобно реле, пускатель двигателя включает и выключает питание и, в отличие от реле, также обеспечивает защиту от низкого напряжения и перегрузки по току.

Основной функцией пускателя двигателя является;

• Для безопасного запуска двигателя
• Для безопасной остановки двигателя
• Чтобы изменить направление вращения двигателя
• Для защиты двигателя от низкого напряжения и перегрузки по току.

Пускатель двигателя состоит из двух основных компонентов, которые работают вместе для управления и защиты двигателя;

• Электрический контактор : Контактор предназначен для включения/выключения питания двигателя путем замыкания или размыкания контактных клемм.
• Цепь защиты от перегрузки : Целью этой цепи является защита двигателя от потенциального повреждения в результате перегрузки. Огромный ток через ротор может повредить обмотку, а также другие устройства, подключенные к источнику питания. Он чувствует ток и отключает источник питания.

Зачем нужен стартер с двигателем?

Пускатель необходим для запуска асинхронного двигателя. Это связано с низким импедансом ротора. Импеданс ротора зависит от скольжения асинхронного двигателя, которое представляет собой относительную скорость между ротором и статором. Импеданс обратно пропорционален скольжению.

Максимальное скольжение асинхронного двигателя, т. е. 1 в состоянии покоя (положение покоя), поэтому полное сопротивление минимально, и он потребляет огромное количество тока, называемого пусковым током. Высокий пусковой ток намагничивает воздушный зазор между ротором и статором, что индуцирует ЭДС в обмотке ротора. Эта ЭДС создает электрический ток в обмотке ротора, который создает магнитное поле для создания крутящего момента в роторе. По мере увеличения скорости вращения ротора скольжение двигателя уменьшается, а ток, потребляемый двигателем, уменьшается.

Высокий пусковой ток в 5-8 раз превышает нормальный номинальный ток при полной нагрузке. Таким образом, такой ток может повредить или сжечь обмотки двигателя, что сделает машину бесполезной, а также может вызвать огромное падение напряжения в линии питания, что может повредить другие устройства, подключенные к той же линии.

Чтобы защитить двигатель от такого огромного количества токов, мы используем пускатель, который ограничивает начальный ток на короткое время при запуске, и как только двигатель достигает определенной скорости, нормальное питание двигателя возобновляется. Они также обеспечивают защиту от условий неисправности, таких как низкое напряжение и перегрузка по току во время нормальной работы.

Несмотря на то, что небольшие двигатели мощностью менее 1 л.с. имеют высокое сопротивление и могут выдерживать начальный ток, им не нужен такой пускатель двигателя, однако им нужна система защиты от перегрузки по току, которая обеспечивается пускателями DOL (Direct On-Line). Приведенное выше объяснение показывает, почему нам нужен стартер для установки с двигателем?

Как работает стартер двигателя?

Стартер – это устройство управления, которое используется для переключения двигателя вручную или автоматически. Он используется для безопасного включения/выключения электродвигателей путем замыкания или размыкания контактов.

Ручной пускатель используется для небольших двигателей, в которых ручной рычаг приводится в действие вручную (перемещение контактов) в положение ВКЛ или ВЫКЛ. Недостатком таких пускателей является то, что они должны включаться после отключения питания. Другими словами, им требуется ручное управление для каждой операции (ВКЛ или ВЫКЛ). Иногда эта операция может привести к протеканию больших токов в обмотке двигателя, которые могут сжечь двигатель. Вот почему в большинстве случаев не рекомендуется использовать другие альтернативные пускатели двигателей с защитой, такие как автоматические пускатели.

С другой стороны, автоматические пускатели, состоящие из электромеханических реле и контакторов, используются для включения/выключения двигателя. Когда ток проходит через катушки контактора, он возбуждает и создает электромагнитное поле, которое притягивает или толкает контакты для подключения обмоток двигателя к источнику питания.

Кнопки пуска и останова, подключенные к двигателю и пускателю, могут использоваться для включения и выключения двигателей. Катушки контактора можно обесточить, нажав кнопку останова, что приводит к обесточиванию катушки. Таким образом, контакты контактора благодаря пружинному устройству возвращаются в нормальное положение, что приводит к отключению двигателя. В случае сбоя питания или ручного отключения двигатель не запустится автоматически, пока мы не запустим двигатель вручную, нажав «кнопку пуска». На следующей схеме показано, как работает пускатель двигателя DOL в режиме ВКЛ/ВЫКЛ.

Типы пускателей двигателей в зависимости от методов и способов пуска

В промышленности для пуска асинхронного двигателя используются различные методы пуска. Прежде чем обсуждать типы двигателей, рассмотрим некоторые методы, используемые в пускателях двигателей.

Такие пускатели напрямую подключают двигатель к сети питания, обеспечивающей полное напряжение. Двигатели, подключенные через такие пускатели, имеют малую мощность, чтобы не создавать огромного падения напряжения в питающей сети. Они используются в приложениях, где двигатели имеют низкие номиналы и должны работать в одном направлении.

Направление трехфазного асинхронного двигателя можно изменить, поменяв местами любые две фазы. Такой пускатель включает в себя два магнитных контактора с механической блокировкой и перепутанными фазами для прямого и обратного направления. Он используется в приложениях, где двигатель должен работать в обоих направлениях, а для управления им используются контакторы.

• Многоскоростной стартер

Чтобы изменить скорость двигателя переменного тока, вам необходимо изменить частоту сети переменного тока или изменить количество полюсов (путем пересоединения обмоток в некоторых) двигателя. Такие типы пускателей запускают двигатель на нескольких предварительно выбранных скоростях в соответствии с его применением.

Наиболее распространенный метод пуска — это снижение напряжения при пуске двигателя для уменьшения пускового тока, который может повредить обмотки двигателя, а также вызвать резкое падение напряжения. Эти пускатели используются для высокофорсированных двигателей.

На основе описанных выше методов в промышленности используются следующие типы пускателей двигателей.

Тип пускателей двигателей:

Мы обсудим следующие типы двигателей и способы их пуска на основе описанных выше методов пуска двигателей с их преимуществами и недостатками.

1. Прямой онлайн-пускатель (DOL)
2. Стартер сопротивления статора
3. Стартер двигателя с сопротивлением ротора или контактным кольцом
4. Стартер автотрансформатора
5. Пускатель звезда-треугольник
6. Устройство плавного пуска
7. Преобразователь частоты (ЧРП)

Пускатели двигателей бывают разных типов, но в основном они подразделяются на два типа.

• Ручной стартер

Стартер этого типа работает вручную и не требует опыта. Кнопка используется для выключения и включения двигателя, связанного с ней. Механизм за кнопкой включает в себя механический переключатель, который разрывает или запускает цепь для остановки или запуска двигателя.

Они также обеспечивают защиту от перегрузки. Однако эти пускатели не имеют LVP (защиты от низкого напряжения), т.е. не разрывают цепь при отключении питания. Это может быть опасно для некоторых применений, поскольку двигатель перезапускается при восстановлении питания. Таким образом, они используются для двигателя малой мощности. Пускатель прямого включения (DOL) — это ручной пускатель, обеспечивающий защиту от перегрузки.

• Магнитный пускатель

Магнитные пускатели являются наиболее распространенным типом пускателей и в основном используются для двигателей переменного тока большой мощности. Эти пускатели работают электромагнитно, как реле, которое размыкает или замыкает контакты с помощью магнетизма.

Обеспечивает более низкое и безопасное напряжение для запуска, а также включает защиту от низкого напряжения и перегрузки по току. При отключении электроэнергии магнитный пускатель автоматически разрывает цепь. В отличие от ручных пускателей, он включает в себя автоматическое и дистанционное управление без участия оператора.

Магнитный пускатель состоит из двух цепей;

• Силовая цепь; эта цепь отвечает за подачу питания на двигатель. Он состоит из электрических контактов, которые включают и выключают питание, подаваемое из линии питания на двигатель через реле перегрузки.
• Цепь управления; эта схема управляет контактами силовой цепи, чтобы включить или отключить подачу питания на двигатель. Электромагнитная катушка возбуждается или обесточивается, чтобы тянуть или толкать электрические контакты. Таким образом обеспечивается дистанционное управление магнитным пускателем.

Пускатель прямого подключения (DOL)

DOL, также известный как пускатель прямого подключения, представляет собой простейшую форму пускателя двигателя, которая подключает двигатель непосредственно к источнику питания. Он состоит из магнитного контактора, соединяющего двигатель с линией питания, и реле перегрузки для защиты от перегрузки по току. Нет снижения напряжения для безопасного пуска двигателя. Поэтому двигатель, используемый с такими стартёрами, имеет номинальную мощность менее 5 л.с. Он имеет две простые кнопки, которые запускают и останавливают двигатель.

Нажатие кнопки пуска активирует катушку, которая сближает контакторы, чтобы замкнуть цепь. А нажатие на кнопку стоп обесточивает катушку контактора и раздвигает его контакты, разрывая цепь. Переключатель, используемый для включения/выключения источника питания, может быть любого типа, например, поворотным, уровневым, поплавковым и т. д.

Хотя этот пускатель не обеспечивает безопасного пускового напряжения, реле перегрузки обеспечивает защиту от перегрева и перегрузки по току. Реле перегрузки имеет нормально замкнутые контакты, которые включают катушку контактора. При срабатывании реле катушка контактора обесточивается и разрывает цепь.

Преимущества пускателя двигателя DOL

• Он имеет очень простую и экономичную конструкцию.
• Очень прост в понимании и эксплуатации.
• обеспечивает высокий пусковой момент благодаря высокому пусковому току.

Недостатки пускателя двигателя DOL

• Высокий пусковой ток может повредить обмотки
• Высокий пусковой ток вызывает падение напряжения в линии электропередачи.
• Не подходит для тяжелых двигателей
• Может сократить срок службы двигателя

Пускатель сопротивления статора

Пускатель сопротивления статора использует метод RVS (пускатель пониженного напряжения) для запуска двигателя. Внешнее сопротивление добавляется последовательно с каждой фазой статора трехфазного асинхронного двигателя. Работа резистора заключается в уменьшении линейного напряжения (впоследствии уменьшая начальный ток), подаваемого на статор.

Первоначально переменный резистор удерживается в максимальном положении, обеспечивая максимальное сопротивление. Поэтому напряжение на двигателе минимально (на безопасном уровне) из-за падения напряжения на резисторе. Низкое напряжение статора ограничивает пусковой ток, который может повредить обмотки двигателя. Когда двигатель набирает скорость, сопротивление уменьшается, и фаза статора напрямую подключается к линиям электропередач.

Поскольку ток прямо пропорционален напряжению, а крутящий момент зависит от квадрата тока, уменьшение напряжения в 2 раза уменьшает крутящий момент в 4 раза. Таким образом, пусковой момент при использовании такого стартера очень низкий и его необходимо поддерживать.

Преимущества пускателя двигателя сопротивления статора

• Обеспечивает гибкость пусковых характеристик.
• Регулируемый источник питания обеспечивает плавный разгон
• Может быть подключен как к двигателю, соединенному звездой, так и треугольником.

Недостатки пускателя электродвигателя с сопротивлением статора

• Резисторы рассеивают мощность
• Пусковой момент очень низкий из-за снижения напряжения
• Резисторы довольно дороги для больших двигателей.

Пускатель двигателя с сопротивлением ротора или пускателем с контактным кольцом

Этот тип пускателя двигателя работает по методу пуска двигателя при полном напряжении. Он работает только на асинхронном двигателе с контактными кольцами, поэтому он также известен как пускатель двигателя с контактными кольцами.

Внешние сопротивления соединены с ротором звездой через токосъемное кольцо. Эти резисторы ограничивают ток ротора и увеличивают крутящий момент. Это, в свою очередь, снижает пусковой ток статора. Это также помогает улучшить коэффициент мощности.

Резисторы используются только во время пуска двигателя и удаляются, как только двигатель набирает номинальную скорость.

Преимущества пускателя двигателя с сопротивлением ротора

• Обеспечивает низкий пусковой ток при полном напряжении.
• Благодаря высокому пусковому моменту двигатель может быть запущен под нагрузкой
• Этот метод улучшает коэффициент мощности.
• Обеспечивает широкий диапазон регулирования скорости

Недостатки пускателя двигателя сопротивления ротора

• Работает только с асинхронным двигателем с контактными кольцами
• Ротор дорогой и тяжелый.

Автотрансформаторный пускатель

В пускателях такого типа используется автотрансформатор в качестве понижающего трансформатора для снижения напряжения, подаваемого на статор во время пусковой фазы. Он может быть подключен как к двигателям, соединенным звездой, так и с треугольником.

Вторичная обмотка автотрансформатора соединена с каждой фазой двигателя. Несколько обмоток автотрансформатора обеспечивают часть номинального напряжения. Во время пуска реле находится в начальном положении, т. е. в точке ответвления, обеспечивающей пониженное напряжение для пуска. Реле переключается между точками ответвления, чтобы увеличить напряжение со скоростью двигателя. Наконец, он подключает его к полному номинальному напряжению.

По сравнению с другими методами снижения напряжения он обеспечивает высокое напряжение для определенного пускового тока. Это помогает обеспечить лучший пусковой крутящий момент.

Преимущества автотрансформаторного стартера

• Обеспечивает лучший пусковой момент.
• Используется для пуска больших двигателей со значительной нагрузкой.
• Он также предлагает ручное управление скоростью.
• Он также обеспечивает гибкость пусковых характеристик.

Недостатки автотрансформаторного пускателя

• Из-за больших размеров автотрансформатора такой пускатель занимает слишком много места.
• Схема сложная и относительно дорогая по сравнению с другими пускателями.

Пускатель звезда-треугольник

Это еще один распространенный метод запуска, используемый в промышленности для больших двигателей. Обмотки трехфазного асинхронного двигателя переключаются между звездой и треугольником для запуска двигателя.

Для запуска асинхронного двигателя он соединяется звездой с помощью трехполюсного реле на два направления. Фазное напряжение при соединении звездой снижается в 1/√3 раза, что снижает пусковой ток и пусковой момент на 1/3 от нормального номинального значения.

Когда двигатель ускоряется, реле времени переключает соединение обмоток статора со звезды на соединение треугольником, обеспечивая полное напряжение на каждой обмотке. Двигатель работает на номинальной скорости.

Преимущества устройства Star Delta Starter

• Простой и дешевый дизайн
• Не требует обслуживания
• Обеспечивают низкий импульсный ток.
• Используется для пуска больших асинхронных двигателей.
• Лучше всего подходит для длительного времени разгона.

Недостатки пускателя «звезда-треугольник»

• Работает на двигателе, подключенном по схеме «треугольник»
• Больше проводных соединений.
• Предлагает низкий пусковой момент, который невозможно поддерживать.
• Существует очень ограниченная гибкость пусковых характеристик.
• Механический рывок при переключении со звезды на треугольник.

Устройство плавного пуска

Устройство плавного пуска также использует метод снижения напряжения. Он использует полупроводниковые переключатели, такие как TRIAC, для управления напряжением, а также пусковым током, подаваемым на асинхронный двигатель.

Симистор с фазовым управлением используется для обеспечения переменного напряжения. Напряжение изменяется за счет изменения угла проводимости или угла открытия симистора. Угол проводимости поддерживается минимальным, чтобы обеспечить пониженное напряжение. Напряжение увеличивают постепенно, увеличивая угол проводимости. При максимальном угле проводимости на асинхронный двигатель подается полное линейное напряжение, и он работает с номинальной скоростью.

Обеспечивает постепенное и плавное увеличение пускового напряжения, тока и крутящего момента. Таким образом, отсутствует механический рывок и обеспечивается плавная работа, что увеличивает срок службы машины.

Преимущества устройства плавного пуска

• Обеспечивает лучший контроль пускового тока и напряжения
• Обеспечивает плавное ускорение без рывков.
• Снижает скачки напряжения в системе.
• Продлевает срок службы системы
• Обеспечивают более высокую эффективность и не требуют обслуживания
• Маленький размер

Недостатки устройства плавного пуска

• Относительно дорого
• Происходит рассеяние энергии в виде тепла

Преобразователь частоты Dr ive (VFD)

Как и устройство плавного пуска, преобразователь частоты (VFD) может изменять напряжение, а также частоту питающего тока. Он в основном используется для управления скоростью асинхронного двигателя, поскольку она зависит от частоты питания.

Переменный ток из линии питания преобразуется в постоянный с помощью выпрямителей. Чистый постоянный ток преобразуется в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением с использованием метода широтно-импульсной модуляции через силовые транзисторы, такие как IGBT.

Обеспечивает полный контроль скорости двигателя от 0 до номинальной скорости. Опция регулировки скорости с переменным напряжением обеспечивает лучший пусковой ток и ускорение.

Преимущества частотно-регулируемого привода

• Обеспечивает лучшее и плавное ускорение для большого двигателя
• Обеспечивает полный контроль скорости с плавным ускорением и замедлением.
• Увеличивает срок службы благодаря отсутствию электрического и механического напряжения
• Обеспечивает работу двигателя вперед и назад

Недостатки частотно-регулируемого привода

• Относительно дорого, если не требуется регулирование скорости
• Есть тепловыделение
• VFD создают гармоники в электрических линиях, которые могут повлиять на электронное оборудование и коэффициент мощности.

Похожие сообщения:

• Звезда-треугольник (Y-Δ) 3-фазный метод запуска двигателя с помощью автоматического пускателя звезда-треугольник с таймером.
• Подключение трехфазного двигателя по схеме ЗВЕЗДА/ТРЕУГОЛЬНИК без таймера – схемы питания и управления
• Подключение трехфазного двигателя звезда/треугольник (Y-Δ) назад/вперед с таймером питания и схема управления
• Запуск и остановка 3-фазного двигателя из более чем одного места Схемы питания и управления
• Схемы управления и питания трехфазного пускателя с контактным кольцом
• Еще больше схем питания и управления трехфазным двигателем
• Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы управления напряжением, реостатным потоком и потоком
• Однофазный асинхронный двигатель – конструкция, работа, типы и применение
• Машина постоянного тока – конструкция, работа, типы и применение
• Управление скоростью двигателя постоянного тока – методы контроля напряжения, реостата и потока

Что такое устройство плавного пуска? Его работа, схема и применение

В нашей промышленности используются различные виды машин. Асинхронная машина является одной из наиболее часто используемых трехфазных машин переменного тока, которая составляет почти 70% двигателей, используемых в промышленности. их прочная конструкция и высокая эффективность делают их лучшим выбором для любого промышленного сектора. Но им требуются защитные устройства и оборудование, используемые для их безопасной работы, чтобы они могли безопасно работать и предотвращать любое потенциальное повреждение двигателя, а также увеличивать срок их службы. Наиболее важным оборудованием, используемым для трехфазного асинхронного двигателя, является пускатель двигателя.

Содержание

Пускатель двигателя

Пускатель двигателя — это электрическое устройство, которое используется для безопасного пуска и остановки электродвигателя. Он также предлагает защиту от перегрузки по току и защиту от низкого напряжения.

Поскольку асинхронный двигатель широко используется в различных отраслях промышленности, для его безопасного запуска и остановки требуется пускатель двигателя. Асинхронные двигатели потребляют огромное количество тока при запуске. Это связано с низким полным сопротивлением обмоток двигателя в состоянии покоя.

Это очень важно для безопасной работы асинхронного двигателя. Это связано с низким импедансом ротора двигателя в состоянии покоя. Импеданс ротора зависит от скольжения (относительной скорости между ротором и статором) асинхронного двигателя. Скольжение асинхронного двигателя непостоянно и меняется на протяжении всей его работы, поэтому сопротивление ротора также меняется. Оно обратно пропорционально скольжению двигателя.

В состоянии покоя (положение покоя) скольжение асинхронного двигателя максимально, т. е. 1, поэтому полное сопротивление ротора минимально. При подключении двигателя к источнику питания в обмотке статора возникает огромный ток из-за низкого импеданса, называемого пусковым током. Переменный ток в статоре создает вращающееся магнитное поле (RMF), которое индуцирует ток в обмотках ротора.

Ток ротора создает собственное магнитное поле, которое пытается устранить его причину и начинает вращаться в направлении RMF. Таким образом, ротор испытывает крутящий момент, и по мере того, как его скорость начинает увеличиваться, скольжение двигателя уменьшается (т. Е. Скорость RMF ротора приближается к скорости RMF статора). Поскольку скольжение уменьшается, импеданс ротора увеличивается, и двигатель начинает потреблять нормальный номинальный ток.

Высокий пусковой ток в 5-8 раз превышает номинальный ток двигателя при полной нагрузке. Асинхронный двигатель не может выдержать такое количество тока, так как он может быстро повредить или сжечь обмотки, снижая производительность и срок службы двигателя. Такие большие токи также могут вызвать резкое падение напряжения в сети, что опасно для других устройств, подключенных к той же линии.

Чтобы предотвратить такой высокий пусковой ток, мы используем пускатели двигателей, которые на короткое время снижают начальный ток. Как только двигатель набирает определенную скорость, нормальная подача питания возобновляется. Он также предлагает защиту от низкого напряжения и перегрузки по току.

Эти пускатели двигателей обычно используются для двигателей большой мощности. Небольшие двигатели мощностью менее 1 л.с. не требуют пускового устройства из-за их высокого импеданса. Однако им требуется защита от перегрузки по току, которая имеется в пускателе DOL.

Пускатель двигателя использует различные методы запуска двигателя, такие как

• Полное напряжение или способ запуска от сети ; он подключает двигатель к полному напряжению питания. используется для малого двигателя
• Пускатель пониженного напряжения ; он снижает напряжение питания во время запуска двигателя, чтобы уменьшить пусковой ток. Устройство плавного пуска использует этот метод для запуска асинхронного двигателя.
• Многоскоростной стартер ; двигатель рассчитан на несколько предварительно выбранных скоростей, что достигается за счет конфигурации полюсов (обмоток). Постепенное увеличение скорости снижает пусковой ток.

Что такое устройство плавного пуска?

Устройство плавного пуска — это тип пускателя двигателя, в котором используется технология понижения напряжения для снижения напряжения во время пуска двигателя.

Устройство плавного пуска обеспечивает постепенное увеличение напряжения во время запуска двигателя. Это позволит двигателю медленно разгоняться и плавно набирать скорость. Он предотвращает любые механические разрывы и рывки из-за внезапной подачи полного напряжения.

Крутящий момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату силы тока. и ток зависит от напряжения питания. Таким образом, напряжение питания можно использовать для управления пусковым моментом. В обычном пускателе двигателя приложение полного напряжения к двигателю создает максимальный пусковой момент, который представляет механическую опасность для двигателя.

Таким образом, мы можем сказать, что устройство плавного пуска — это устройство, которое снижает пусковой крутящий момент и постепенно увеличивает его безопасным образом, пока он не достигнет номинальной скорости. Как только двигатель достигает номинальной скорости, устройство плавного пуска возобновляет через него подачу полного напряжения.

Во время останова двигателя напряжение питания постепенно снижается для плавного торможения двигателя. Как только скорость достигает нуля, подача входного напряжения на двигатель прекращается.

Основным компонентом, используемым для регулирования напряжения в устройстве плавного пуска, является полупроводниковый переключатель, такой как тиристор (SCR). Регулировка угла открытия тиристора регулирует подаваемое через него напряжение. Также используются другие компоненты, такие как OLR (реле перегрузки), используемые для защиты от перегрузки по току.

Схема устройства плавного пуска

В трехфазном асинхронном двигателе два тиристора подключены встречно-параллельно вдоль каждой фазы двигателя, что в сумме дает 6 тиристоров. Эти тиристоры управляются с помощью отдельной логической схемы, которая может быть ПИД-регулятором или микроконтроллером. Логическая схема питается от сети с помощью схемы выпрямителя, как показано на рисунке.

Помимо силовых выключателей и логической схемы используются другие компоненты защиты, такие как автоматический выключатель или предохранитель, магнитный контактор для изоляции и OLR (реле перегрузки) для предотвращения перегрузки по току.

Переключатель байпаса также используется для восстановления полного напряжения на двигателе, когда он достигает полной номинальной скорости.

Принцип работы устройства плавного пуска

Основным компонентом, используемым для управления напряжением в устройстве плавного пуска, является тиристор. Это управляемый выпрямитель, который начинает проводить ток только в одном направлении, когда подается импульс затвора, называемый импульсом запуска.

Угол запускающего импульса определяет, какая часть цикла входного напряжения должна проходить через него. Поскольку переменный ток колеблется между максимальным и минимальным пиками, образуя полный цикл на 360°, мы можем использовать угол импульса возбуждения для включения тиристора на определенное время и управления подаваемым напряжением.

Импульсы зажигания могут варьироваться от 0° до 180°. Уменьшение угла возбуждения импульса увеличивает период проводимости тиристора, тем самым пропуская через него высокое напряжение.

Два таких тиристора соединены встречно для каждой фазы. Таким образом, он может контролировать ток в обоих направлениях. Каждый полупериод, угол открытия

Три пары тиристоров, каждая пара для отдельной фазы, используются для управления напряжением для запуска и остановки двигателя. Период проводимости тиристора зависит от угла открытия, контролируемого логической схемой.

Логическая схема содержит ПИД-регулятор или простой микроконтроллер, запрограммированный на генерацию импульсов. Контроллер изолирован от сети с помощью оптоизолятора, а для питания источника постоянного тока используется выпрямитель. Импульсы, генерируемые микроконтроллером, подаются на схему запуска тиристора, которая усиливает его перед срабатыванием тиристора.

Когда двигатель запускается, контроллер генерирует импульсы для каждого отдельного SCR. Импульс генерируется на основе пересечения нуля, которое обнаруживается с помощью детектора пересечения нуля. Угол первого пускового импульса составляет приблизительно около 180° (очень низкий период проводимости), чтобы обеспечить минимальное напряжение.

Постепенно после каждого перехода через нуль угол возбуждения импульсов начинает уменьшаться, увеличивая время проводимости тиристора. Напряжение через тиристор начинает увеличиваться. Поэтому скорость двигателя постепенно увеличивается.

Как только двигатель достигает полной номинальной скорости (при угле открытия 0°), тиристоры полностью шунтируются с помощью шунтирующего контактора при нормальной работе. Это повышает эффективность устройства плавного пуска, поскольку SCR прекращает работу. Во время останова двигателя тиристоры берут на себя управление и запускают последовательное срабатывание для снижения напряжения питания.

Байпасные контакторы могут быть внутренними или внешними. Внутренние обходные контакторы встроены в силовые выключатели. Каждый SCR имеет параллельный переключатель байпаса, который подает ток в нормальных условиях. Такая конфигурация контакторов занимает мало места, а пускатели имеют компактную конструкцию. В то время как внешние шунтирующие контакторы подключаются внешне параллельно устройству плавного пуска. Такие устройства плавного пуска громоздки.

Шунтирующие контакторы не предназначены для отключения или подачи тока в цепь, поэтому это могут быть контакторы с низким номиналом.

Преимущества устройства плавного пуска

Плавный пуск: В отличие от обычного пускателя двигателя, оно обеспечивает очень постепенное увеличение напряжения и скорости, что приводит к очень плавному пуску. Отсутствуют какие-либо механические воздействия или рывки, которые могут повредить мотор.

Управление ускорением и замедлением: Обеспечивает полностью регулируемое ускорение и замедление двигателя. Медленное или быстрое изменение угла зажигания может контролировать ускорение при запуске и замедление при остановке двигателя. Это используется в приложениях, где необходимо настроить ускорение запуска.

Нет скачков напряжения: Поскольку обычный пускатель двигателя обеспечивает полное напряжение на двигателе, в двигатель начинает поступать огромный пусковой ток, вызывающий скачок напряжения в цепи. устройство плавного пуска ограничивает такой ток, предотвращая скачки напряжения.

Многократные пуски: В некоторых приложениях двигатель должен запускаться и останавливаться несколько раз за небольшой промежуток времени. такой двигатель при использовании с обычным стартером будет перегреваться из-за высокого пускового тока. Однако устройства плавного пуска резко увеличивают количество пусков двигателя в течение определенного времени.  

Уменьшение перегрева: Перегрев двигателя является очень серьезной проблемой. Это происходит из-за большого тока обмотки при ее запуске. Устройство плавного пуска обеспечивает очень малую величину пускового тока, что предотвращает перегрев двигателя.

Увеличенный срок службы: Устройство плавного пуска по сравнению с обычным пускателем увеличивает срок службы двигателя. это связано с плавной работой и отсутствием электрических и механических нагрузок на двигатель.

Меньше техобслуживания: Благодаря плавной работе асинхронный двигатель с меньшей вероятностью будет иметь какие-либо механические неисправности, поэтому он требует меньше обслуживания, чем обычный пускатель двигателя.

Эффективность: Обычный пускатель двигателя подает полное напряжение (очень высокий пусковой ток) на двигатель, который потребляет слишком много энергии. Устройство плавного пуска значительно снижает его и позволяет постепенно увеличивать потребление энергии. Также силовые выключатели управляются с использованием очень низкого уровня напряжения. Это повышает общую эффективность двигателя.  

Компактный размер: Устройство плавного пуска имеет очень компактную конструкцию и занимает очень мало места. В отличие от других пускателей двигателей, он имеет очень малые габариты.

Низкая стоимость: по сравнению с другими пусковыми устройствами, такими как VFD, это действительно дешевле.

Недостатки устройства плавного пуска двигателя

Нет Регулировка скорости: Устройство плавного пуска позволяет контролировать только подачу входного напряжения, т. е. от 0 вольт до сетевого напряжения с фиксированной частотой сети. Поскольку частота постоянна, скорость двигателя постоянна и регулируется только подключенной к нему нагрузкой. Скорость асинхронного двигателя регулируется путем изменения частоты питания ниже или выше частоты сети в зависимости от потребности. Такая функция доступна только в VFD (преобразователь частоты).

Тепловыделение : Полупроводниковые переключатели внутри устройства плавного пуска рассеивают часть энергии в виде тепла. Следовательно, для охлаждения силовых ключей также требуются радиаторы.

Уменьшенный пусковой крутящий момент: Поскольку он снижает входное напряжение, соответствующее входному току, который прямо пропорционален пусковому крутящему моменту асинхронного двигателя, он значительно снижает пусковой крутящий момент. Вот почему Устройства плавного пуска используются для приложений с низким или средним пусковым моментом.

Применение устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска используется в промышленности и больше подходит для двигателей, работающих на постоянной скорости.

Вентиляторы: Огромные вентиляторы, используемые в промышленности, работают с постоянной скоростью. Однако они требуют защиты при запуске. Для таких вентиляторов оптимальным вариантом является устройство плавного пуска.

Конвейерные ленты: Конвейерные ленты в промышленности используются для перемещения объектов и требуют особого ухода. Внезапные рывки при пуске или остановке с помощью обычного стартера могут привести к смещению ремней, повреждению ремня из-за механического воздействия и повреждению размещенных на нем предметов.