Способы пуска асинхронных двигателей

В момент пуска частота вращения ротора
двигателя равна нулю, а вращающееся
поле мгновенно приобретает синхронную
частоту вращения по отношению к ротору,
в результате в обмотке ротора наводится
большая ЭДС. При этом токи ротора и
статора в несколько раз превосходят
минимальные их значения, так как они
увеличиваются с увеличением скольжения
ротора, т.е. с уменьшением его частоты
вращения (рис. 10).

Пусковой ток асинхронных двигателей с
короткозамкнутым ротором в 5 –10
раз превышает номинальный (пусковой
момент составляет 1,1 ‑ 1,8 от
номинального значения момента). Так как
этот ток протекает по обмотке
электродвигателя кратковременно и
только в процессе запуска, то, если пуски
двигателя не очень часты, он не вызывает
перегрева электродвигателя. Поэтому
пуск асинхронных электродвигателей
небольшой мощности, как правило,
производится простым включением в сеть.
Однако большой пусковой ток крупных
электродвигателей для питающих их
электрических сетей вызывает резкие и
значительные (особенно в маломощных
сетях) скачки напряжения, что неблагоприятно
сказывается на других, включенных в эту
же сеть потребителях электроэнергии.

Рис. 10

Как видно из рис. 10, пусковой
момент асинхронного двигателя заметно
меньше максимального, и при нагрузке
на валу ротора, превышающейМ_п,
двигатель не запустится. При этом, если
статор не отключить от сети, большой
пусковой ток приведет к перегреву
обмоток и выходу из строя двигателя.

Для предупреждения описанных
неблагоприятных ситуаций, необходимо
ограничение пускового тока асинхронных
двигателей при подаче на них питающего
напряжения или повышение пускового
момента.

Снижение напряжения на обмотках
асинхронного электродвигателя при
пуске достигается различными способами:

1. пуском
   с использованием автотрансформатора
   или индукционного регулятора;

2. пуском
   с переключением обмотки статора со
   звезды на треугольник;

3. пуском
   с включением добавочного сопротивления
   в обмотку статора двигателя.

Однако при снижении пускового напряжения
пусковой момент асинхронного двигателя
также падает, ибо он пропорционален
квадрату пускового напряжения. Поэтому
означенные способы пуска могут быть
применимы в основном для приводных
двигателей механизмов, не требующих
при запуске больших пусковых моментов
(например, запуск двигателя вентилятора,
ненагруженного двигателя, двигателя
на холостом ходу и др.).

Асинхронный электродвигатель с фазным
ротором пускают в ход с помощью пускового
реостата с максимальным сопротивлением
R_доб, включаемого последовательно
с обмоткой ротора (см. рис. 3). При этом
критическое скольжениеs_к= (R’₂+R_доб)/(Х₁+Х’₂)
увеличивается, а величина критического
моментаМ_к = 3pU₁²/2₁(X₁+X’₂)
не меняется. Искусственные характеристики
момент-скольжение с добавочным
сопротивлением приведены на рис.  11.
ВеличинаR_добподбирается
такой, чтобы критическое скольжение
было равным единице, тогда пусковой
момент вырастет до критического значения.
УвеличениеМпроисходит за счет
увеличения активной составляющей тока.
Действующее значение пускового тока
при этом уменьшается.

Рис. 11

В начальный момент пусковое активное
сопротивление реостата вводится в цепь
двигателя полностью(R_доб).

С увеличением оборотов частота вращения
магнитного поля по отношению к ротору
уменьшается. Соответственно уменьшаются
ЭДС и ток ротора. Поэтому с увеличением
частоты вращения двигателя можно
постепенно уменьшать значение пускового
сопротивления в цепи обмотки ротора
(R‘_доб),
не опасаясь того, что ток двигателя
возрастет до значений, опасных для него.
При полностью выведенном сопротивлении
пускового реостата(R»_доб
= 0) пуск двигателя заканчивается.
Такой способ позволяет обеспечить
необходимый для пуска пусковой момент
двигателя.

Основные способы пуска асинхронных двигателей

Практически в каждом проекте мы сталкиваемся с необходимостью  подключения асинхронных двигателей, поэтому нужно знать про основные особенности пуска таких двигателей. В основном – это двигатели вентиляторов и насосов, которые присутствуют в каждом здании.

В интернете по данной теме представлено предостаточно информации, но мне хотелось бы отразить данную тему со стороны проектировщика.

Как можно запустить асинхронный двигатель?

Самый простой и самый дешевый способ пуска асинхронных двигателей – это прямой пуск. Прямой пуск представляет собой присоединение обмоток двигателя непосредственно к сети без изменения электрических параметров сети. Как правило, такой пуск выполняют при помощи электромагнитных пускателей и контакторов.

При малых мощностях двигателей практически всегда применяют прямой пуск. При проектирования возникают ситуации, когда приходится подключать двигатели большой мощности. Четкой границы не существует, но на мой взгляд при подключении двигателей более 50кВт, стоит проверить всю питающую сеть. Дело в том, что для пуска двигателя на валу необходимо создать достаточно большой крутящий момент, поэтому при пуске двигатель развивает большой пусковой ток, в 5-10 раз больше номинального тока. Повышение пускового тока приводит к падению напряжения в сети. Если падение напряжения составит более 15%, то двигатель может просто-напросто не включиться и заодно нарушит работу других электроприемников. Такое может случиться, если питающая трансформаторная подстанция имеет небольшую мощность. В литературе можно встретить такое правило: мощность двигателя должна быть не более 30% мощности трансформатора.

Как запустить асинхронный двигатель в маломощной сети?

В настоящее время для пуска двигателей в маломощной сети широко применяют устройства плавного пуска (УПП). В данных устройствах ограничение тока достигается путем плавного изменения напряжения на обмотках электродвигателях (U/f=const). Таким же образом происходит плавная остановка двигателя.  Благодаря УПП снижается вероятность перегрева обмоток, пуск проходит плавно без опасных гидравлических ударов, в случае с насосами.

Выполнить задачу пуска двигателей в маломощной сети могут и частотные преобразователи (ЧП). Частотные преобразователи выполняют функции УПП и значительно расширяют свои возможности. Простыми словами  — это более навороченное устройство, по сравнению с УПП и ему стоит посвятить отдельную тему =)

Основным недостатком УПП и ЧП является их цена. По сравнению с прямым пуском разница в цене будет не менее чем в 10 раз. Но не стоит забывать, что они отлично справляются со своими прямыми обязанностями: защищают двигатель и сеть от аварийных ситуаций.

Другие способы пуска асинхронных двигателей применяют крайне редко.

Пожалуй, можно еще упомянуть про пуск при пониженном напряжении «звезда-треугольник». Суть данного способа заключается в том, что сначала обмотки двигателя подключаются по схеме звезда, а затем переключаются на схему треугольник. Это позволяет снизить пусковые токи в 3 раза. Такой пуск двигателя достаточно дешевый, всего в 2-3 раза дороже прямого пуска. Я его ни разу не применял.

Какие способы пуска асинхронных двигателей используете вы? 

Советую почитать:

Методы пуска асинхронного двигателя [Примечания GATE]

Серия испытаний

Автор: Айна Парашер|Обновлено: 26 августа 2022 г. фазный источник переменного тока. Это поле образует связь с проводниками ротора, придавая ему крутящий момент. Асинхронный двигатель запускается таким образом. Стартер используется в каждом из методов пуска асинхронного двигателя, чтобы поддерживать пусковой ток в допустимых пределах. Здесь мы прочитаем соответствующие методы запуска асинхронного двигателя в следующих разделах.

Далее мы обсудим различные методы пуска асинхронного двигателя , наряду с этим мы обсудим, как в этих методах изменяется пусковой момент двигателя. Кандидаты могут просмотреть эти учебные заметки о различных методах запуска асинхронного двигателя, чтобы подготовиться к GATE и другим соответствующим экзаменам.

Содержание

• 1. Каковы методы запуска асинхронного двигателя?
• 2. Методы пуска асинхронного двигателя — прямой пуск
• 3. Способы пуска асинхронного двигателя — пуск с сопротивлением статора/реактивным сопротивлением
• 4. Способы пуска асинхронного двигателя — пускатель с автотрансформатором
• 5. Способы пуска асинхронного двигателя — пуск звезда-треугольник
• 6. Способы пуска асинхронного двигателя — Контроль сопротивления ротора

Прочитать статью полностью

Каковы методы запуска асинхронного двигателя?

Существует необходимость контролировать большие токи во время запуска асинхронного двигателя, поскольку они могут нанести вред ближайшим нагрузкам, поэтому мы должны принять подходящие методы запуска асинхронного двигателя, чтобы уменьшить высокие пусковые токи. Но пока двигатель работает на номинальной скорости, с этими пусковыми токами проблем нет, поскольку двигатель достигает номинальной скорости, возникает скольжение и ток ротора уменьшается. Ниже приведены наиболее часто используемые методы пуска асинхронного двигателя.

• Прямой пуск в режиме онлайн
• Пуск с сопротивлением/реактивным сопротивлением статора
• Пускатель с автотрансформатором
• Пускатель со звездой-треугольником
• Контроль сопротивления ротора

Наряду с этим мы обсудим, как изменяется пусковой момент двигателя. методы, чтобы понять их, мы должны иметь базовые знания о крутящем моменте и текущем соотношении асинхронных двигателей.

Методы пуска асинхронного двигателя — прямой пуск

В этом методе пуска асинхронного двигателя мы не будем беспокоиться о падении напряжения, поскольку мы используем этот метод пуска двигателей малой мощности (до 5 л.с.). Но у него есть некоторые основные функции, такие как защита от отсутствия напряжения, защита от перегрузки по току и изолятор для обслуживания асинхронного двигателя. Мы можем использовать этот метод для справедливой оценки оборудования, используя недавно разработанные устройства, такие как быстродействующий АВР (автоматический регулятор напряжения).

Во время пуска крутящий момент равен

Где

P _cu  – потери в меди ротора, при пусковом скольжении равные 1, а при пуске потери в меди ротора равны

Где

I _{2.St  9006 – ток по фазам ротора, но когда ротор находится в состоянии покоя, он равен току короткого замыкания на фазу I SC .}

⇒I _2.St = I _SC

⇒T _st ∝ I ² _SC

При работе асинхронного двигателя с полной нагрузкой крутящий момент равен )

здесь

• s _f — скольжение при полной нагрузке,
• I _f  — ток ротора при полной нагрузке.

⇒ T _F ∝ I ² _F /S _F

⇒ T _ST /T _F = (I _SC /I _{.0061 f} ) ² s _f

В этом методе пуска асинхронного двигателя мы последовательно подключаем внешний реостат к каждой фазе статора, чтобы уменьшить напряжение на статоре в x(x<1) раз. ). Следовательно, ток статора также уменьшается во столько же раз. Использование реакторов может повлиять на рабочий коэффициент мощности, что также может повлиять на пусковой момент двигателя. Следовательно, реакторы менее предпочтительны. Этот метод пуска асинхронного двигателя не подходит для машин большой мощности.

Путем использования реактивного сопротивления или сопротивления статора пусковой ток I _SC может быть уменьшен в х раз до xI _SC .

⇒T _st  ∝ (xI _SC ) ²

⇒T _st  ∝ x ² (I _SC ) ²

⇒T _st /T _f  = x ² (I _SC /I _f ) ² s _f

Методы пуска асинхронного двигателя – автотрансформаторный стартер

Этот способ пуска асинхронного двигателя предпочтительнее для асинхронных двигателей большой мощности. Регулируя обвязки, автотрансформатор может снизить напряжение в пределах от 50 до 70 процентов. Этот метод запуска эффективен, но дорог.

При пуске ток в обмотке ротора xI _SC , Значит, уменьшается в x раз.

⇒T _st /T _f  = x ² (ISC/If) ² s _f

Если пренебречь током холостого хода автотрансформатора, то входная и выходная мощности автотрансформатора по фазам равны.

⇒ V ₁ I ₁ = XI _SC XV ₁

I ₁ = X ² I _SC (x <1)

здесь

_{10061 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 10061 (x <1) I SC . ток от питающей сети до автотрансформатора.}

Методы пуска асинхронного двигателя — 

Пуск звезда-треугольник

Этот метод пуска асинхронного двигателя подходит для статора асинхронного двигателя, обмотка которого предназначена для соединения треугольником в рабочем состоянии. Это простой пускатель, для которого требуется трехполюсный двухпозиционный переключатель (T.P.D.T). Первоначально обмотка статора преобразуется в звезду с помощью переключателя TPDT, следовательно, напряжение на каждой фазе статора уменьшается в 1/√3 раза, следовательно, ток короткого замыкания ротора также уменьшается во столько же раз. .

⇒ T _ST /T _F = 1/3 (I _SC /I _F ) ² S _F

. Как правило, асинхронные двигатели с номинальным напряжением более 3,3 кВ имеют статор, соединенный звездой, для снижения требований к изоляции. Следовательно, этот метод не будет применим для таких конструкций.

Методы пуска асинхронного двигателя —

Контроль сопротивления ротора

Среди методов пуска асинхронного двигателя это лучший метод пуска, но он очень редко используется в обычных приложениях, так как предполагает обширную конструкцию, подверженную регулярному ремонту и техническому обслуживанию. В этом методе номинальное значение напряжения может быть приложено к статору, но, тем не менее, мы можем управлять I _SC с помощью реостатов, подключенных к обмотке ротора асинхронного двигателя с контактными кольцами. Дополнительным преимуществом является то, что мы можем улучшить пусковой момент двигателя.

Часто задаваемые вопросы о способах пуска асинхронного двигателя

• Зачем нужен стартер при пуске асинхронного двигателя?

  Стартер — это устройство, которое снижает начальный высокий ток двигателя за счет снижения напряжения питания, подаваемого на двигатель. Чтобы предотвратить повреждение двигателя и любого расположенного рядом оборудования, требуется стартер для ограничения пускового тока.

• В чем важность прямого онлайн-пуска асинхронного двигателя?

  Этот метод пуска асинхронного двигателя имеет некоторые основные функции защиты, такие как защита от отсутствия напряжения и защита от перегрузки по току. Поскольку мы используем этот метод пуска многофазных асинхронных двигателей малой мощности, в сегменте малой мощности мы можем не обращать внимания на высокие токи ротора во время пуска.

• Каков наилучший способ запуска асинхронного двигателя?

  Метод контроля сопротивления ротора является наилучшим способом запуска асинхронного двигателя, поскольку он обеспечивает высокий пусковой момент наряду с контролем тока ротора, но мы редко отдаем предпочтение этому методу на практике, поскольку он включает в себя сложную конструкцию контактных колец и хрупкую конструкцию ротора. это очень дорого.

• Каково применение асинхронных двигателей с контактными кольцами?

  Благодаря своей уникальной конструкции асинхронные двигатели с контактными кольцами могут использоваться для нагрузок, требующих высокого пускового момента, таких как тяговые краны, лифты, подъемники, дробилки, плунжерные насосы, компрессоры и конвейеры.

• Каков коэффициент снижения тока ротора при пуске асинхронного двигателя по схеме звезда-треугольник?

  Ток ротора во время пуска будет уменьшен на коэффициент 1/√3 или 0,577. Этот метод пуска может быть применен к асинхронным двигателям со статорами, соединенными треугольником. Этот метод запуска может предложить только одноступенчатое управление.

ESE & GATE EE

Electrical Engg.gategate EEEESE EEOTH

GradeStack Learning Pvt. Ltd.Windsor IT Park, Tower — A, 2-й этаж,

Sector 125, Noida,

Uttar Pradesh 201303

[email protected]

Методы пуска двигателей переменного тока

• Прямой пуск от сети
• Пуск звезда-треугольник
• Статор сопротивления пусковой
• Автотрансформатор пусковой
• Пуск двигателя с контактными кольцами
• Плавный пуск/замедление
• Пуск преобразователя частоты

При включении двигателя:

• высокий пусковой ток
• вызвать падение напряжения
• заметный в осветительном оборудовании

запретить использование двигателей с системами прямого пуска от сети

несколько систем пуска, которые различаются в зависимости от характеристик двигателя и нагрузки. Выбор определяется электрическими, механическими и экономическими факторами. Тип приводной нагрузки также важен при выборе пусковой системы.

Прямой пуск

Двигатель запускается со своими собственными характеристиками. При включении двигатель ведет себя как трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой, образованной клеткой ротора с очень низким сопротивлением. В роторе возникает высокий наведенный ток, что приводит к пиковому току в сети.

•Прямой пуск (Direct On Line, DOL) — самый простой и экономичный метод пуска двигателя. При этом предполагается, что источник питания может легко обеспечить высокий пусковой ток и что компоненты силовой передачи и рабочая машина подходят для высоких пусковых крутящих моментов.

Ток при пуске = от 5 до 8 номинального тока.

Средний пусковой момент составляет:

T при пуске = от 0,5 до 1,5 номинального T

• Преимущества:

• Простое оборудование
• Высокий пусковой момент
• Быстрый старт
• Низкая стоимость

Прямой пуск от сети подходит только в следующих случаях:

• Низкая мощность двигателя
• Приводная машина не требует постепенного увеличения скорости или имеет демпфирующее устройство для ограничения толчков при запуске
• Пусковой момент может быть высоким, не влияя на работу машины или приводимую в движение нагрузку.

Контактор выбирается в соответствии с номинальным рабочим током Ie и соответствующей категорией применения:

• Асинхронные двигатели AC-3 с короткозамкнутым ротором: запуск, отключение во время работы
• Асинхронные электродвигатели AC-4 с короткозамкнутым ротором: пуск, заглушка, толчковый режим

Прямой пуск (реверс)

• В реверсивном пускателе двигатель переключается двумя контакторами, по одному на каждое направление. Если двигатель запускается из состояния покоя, контактор выбирается в соответствии с категорией применения AC-3. Однако часто направление вращения двигателя изменяется во время его работы (запирание), что означает соответственно более высокую нагрузку на контакторы и, следовательно, требует выбора в соответствии с категорией применения AC-4.

Таблица выбора реверсивных устройств (Schneider Electric):  

Пуск звезда-треугольник

• Пуск по схеме «звезда-треугольник» (в Северной Америке вместо этого обычно используется обозначение «звезда-треугольник») является простейшим методом снижения пускового тока двигателя. Эта система пуска может использоваться только с двигателем, в котором оба конца его три обмотки статора прикреплены к клеммной колодке.

•SC = от 1,5 до 2,6 RC (номинальный ток RC).

•ST = от 0,2 до 0,5 RT (номинальный крутящий момент RT)

Пуск по схеме «звезда-треугольник» подходит для машин с низким моментом сопротивления или для машин, которые запускаются без нагрузки (например, деревообрабатывающие станки).

Выбор компонентов пускателя

При схеме «звезда-треугольник» в режиме «треугольник» цепи главного контактора, контактора «треугольник» и реле защиты двигателя подключаются последовательно к обмоткам двигателя.

Таким образом, устройства нагружаются фазным током Ip:

Ip = Ie/√3 = 0,58 · Ie

Таблица выбора устройств звезда-треугольник (Schneider Electric): 

Статор сопротивления пусковой

Поскольку крутящий момент пропорционален квадрату напряжения на клеммах двигателя, он увеличивается быстрее, чем при пуске по схеме «звезда-треугольник», когда напряжение остается постоянным на всем протяжении соединения по схеме «звезда». Таким образом, эта система пуска подходит для машин с резистивным крутящим моментом, увеличивающимся с увеличением скорости, таких как вентиляторы и центробежные насосы.

Автотрансформатор пусковой

Процесс запуска состоит из трех этапов:

• Автотрансформатор соединяется звездой, затем двигатель подключается к сети через часть обмоток автотрансформатора. Процесс выполняется при пониженном напряжении, которое зависит от коэффициента трансформации.
• Открыто звездообразное соединение. Часть катушки, подключенная к сети, действует как индуктивность последовательно с двигателем.
• Подключение к полному напряжению выполняется после второго шага, который обычно длится доли секунды. Участок обмотки автотрансформатора, включенный последовательно с двигателем, замыкается накоротко, и автотрансформатор отключается

Пуск двигателя с контактными кольцами

• Потребляемый ток более или менее пропорционален крутящему моменту, максимально лишь немного превышающему теоретическое значение. Например, для пускового момента, равного 2 RT, пик тока составляет около 2 RC.
• Двигатель с контактными кольцами и пусковым устройством ротора является лучшим выбором для всех случаев, когда пики тока должны быть низкими, а также для машин, которые запускаются при полной нагрузке.
• Этот тип пуска очень плавный, поскольку количество и форму кривых, представляющих последовательные шаги, легко настроить в соответствии с механическими и электрическими требованиями (резистивный крутящий момент, значение ускорения, максимальный пик тока и т. д.).

Плавный пуск/замедление пуска

• Управление ограничением тока устанавливает максимальный ток (от 3 до 4 x RC) во время пусковой стадии и снижает характеристику крутящего момента.
• Этот регулятор особенно подходит для «турбомашин» (центробежных насосов, вентиляторов).
• Регулировка крутящего момента оптимизирует характеристики крутящего момента в процессе пуска и снижает пусковой ток сети. Это подходит для машин с постоянным крутящим моментом.
• Этот тип пускателя может иметь множество различных схем:

— одностороннего действия,

— двустороннего действия,

— устройство шунтирования в конце процесса пуска,

— пуск и гашение нескольких двигателей в каскаде

— и т.д.

Пуск преобразователя частоты

• Это эффективная система запуска, которую можно использовать в тех случаях, когда необходимо контролировать и регулировать скорость. Ее назначение включает:
• пуск с высокоинерционными нагрузками
• пуск при высоких нагрузках на источниках с низкой мощностью короткого замыкания,
• оптимизация потребления электроэнергии адаптирована к скорости «турбомашин».
• Эту систему запуска можно использовать на всех типах машин. Это решение в основном используется для регулировки скорости двигателя, начиная с второстепенной цели.

Критерии выбора

•Основные критерии выбора метода пуска

• Существуют ли какие-либо ограничения в отношении загрузки припасов?
• Предлагают ли технологически более сложные продукты дополнительные функции для оптимизации применения (например, функции предварительного предупреждения реле защиты двигателя, зеркальные контакты для контроллеров безопасности, каналы связи и т. д.)?
• Должны ли учитываться, помимо пуска, особенности управляемого выбега до остановки или торможения?
• Помимо пуска, следует ли учитывать аспекты управления скоростью после пуска двигателя (например, с точки зрения технологического процесса или энергосбережения)?

Сводная таблица систем пуска трехфазных двигателей

Список литературы:

-Schneider Electric Guide

-ABB Руководства

-SIEMENS Руководства

также читайте эти статьи:

Высокоскоростный перевод BUSBAR (HSBT).