Электрическая схема прямого пуска электрического двигателя
Схемы пуска асинхронного электродвигателя
Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором применяются в строительстве, металлообработке, химической, пищевой и других промышленных отраслях. Особенно широко используются трехфазные двигатели. Для их работы не требуются дополнительные пусковые обмотки. Однако отсутствие дополнительной обмотки приводит к тому, что в момент пуска на статоре возникает высокий пусковой ток, который может стать причиной просадки напряжения и, как следствие, перегрузки линии электропитания, короткого замыкания и других нештатных ситуаций.
Существует несколько схем запуска асинхронных двигателей — их выбирают в соответствии с особенностями и спецификой промышленного применения. Вкратце расскажем об этих схемах, за подробностями сюда https://tehprivod.su/.
Прямой пуск
Прямой пуск возможен для электродвигателей малой мощности. Значение пускового тока, превышающее номинальное в 7 раз, не является для них проблемой.
«Ахиллесова пята» прямого пуска — одновременное подключение нескольких двигателей к электрической подстанции малой мощности. При добавлении к сети еще одного двигателя просадка напряжения может быть критической и повлечь за собой остановку работающего оборудования.
Во избежание описанной ситуации время перегрузки сети должно быть максимально снижено. Как этого достичь? По возможности запускать электродвигатель с минимальной нагрузкой. Если оборудование предполагает длительные просадки при прямом пуске, они должны учитываться еще на стадии проектирования промышленных электросетей.
Плавный пуск
Снизить значение пускового тока можно, понизив напряжение на статоре при запуске электродвигателя. В процессе разгона его значение можно постепенно увеличивать.
Реостатный способ плавного пуска электродвигателя привлекает простотой и дешевизной, но сегодня он устарел и серьезно проигрывает устройствам плавного пуска.
Недостатки реостатной схемы очевидны:
Ее проблематично автоматизировать, усовершенствовав контроль и упростив управление.
Пуск электродвигателя под нагрузкой усложняется — крутящий момент снижается в 4 раза. Как следствие, двигателю требуется больше времени, чтобы набрать рабочую скорость.
Устройства плавного пуска, также известные как софтстартеры, лишены перечисленных недостатков. Они компактны и функциональны. Простейшие УПП обеспечивают:
Плавный пуск, разгон и остановку двигателя.
Возможность настройки и регулирования рабочих параметров.
Многоуровневую защиту электродвигателя.
Постоянное ограничение тока.
Пуск по схеме «звезда-треугольник»
Этот вариант привлекает простотой и дешевизной. Он предполагает соединение обмоток «звездой» при запуске, а в процессе разгона электродвигателя – перекоммутацию обмоток в нормальное положение «треугольник».
Напряжение на обмотке уменьшается почти в 2 раза, но в случае отказа одного из контакторов, управляемых вручную, пострадает вся коммутация. Как следствие, существенно упадет мощность двигателя, возникнут проблемы с его запуском.
Важно учитывать и уменьшающийся крутящий момент при соединении обмоток по схеме «звезда», вследствие которого запуск электропривода под нагрузкой может быть затруднен.
Пуск с преобразователем частоты
Пуск асинхронных электродвигателей с помощью частотных преобразователей привлекает гибкостью управления. Электронное управление современных ПЧ обеспечивает мягкий пуск и дальнейшую плавную регулировку работы электропривода. При этом соотношение напряжения и частоты придерживается строго заданных параметров.
Преимущество частотных преобразователей в том, что потребление электроэнергии сокращается почти на 50%. Как следствие, сокращаются текущие эксплуатационные расходы предприятия, снижается себестоимость производства.
§80. Пуск в ход асинхронных двигателей
При пуске двигателя в ход должны по возможности удовлетворяться следующие основные требования: процесс пуска должен быть простым и осуществляться без сложных пусковых устройств, пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи — по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляются и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используются двигатели: необходимость плавного пуска, наибольшего пускового момента и пр. Практически используются следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.
Прямой пуск применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Однако при прямом пуске двигателей большой мощности, особенно при подключении их к недостаточно мощным электрическим сетям, могут возникать чрезмерно большие падения напряжения (свыше 10—15%). В этом случае прямой пуск для двигателей с короткозамкнутым ротором не применяют и пускают их при пониженном напряжении.
Прямой пуск асинхронного двигателя широко применяют в технике. Недостатками его являются большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент.
Пуск при пониженном напряжении применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения осуществляется следующими способами:
переключением обмотки статора при пуске с рабочей схемы «треугольник» на пусковую схему «звезда». В этом случае фазное напряжение, подаваемое на обмотку статора, уменьшается в ?З раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в ?З раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на схему «треугольник»;
включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных резисторов или реакторов. При этом на указанных аппаратах создаются некоторые падения напряжения ?U, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора будет приложено пониженное напряжение U1 — ?U. По мере увеличения частоты вращения ротора двигателя уменьшается э. д. с, индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате этого уменьшается падение напряжения ?U и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение;
подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор. Последний может иметь несколько ступеней, которые в процессе пуска двигателя переключаются соответствующей аппаратурой.
Недостатком всех указанных способов является значительное уменьшение пускового и наибольшего моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Поэтому они могут применяться только при пуске двигателя без нагрузки.
Пуск с помощью пускового реостата применяется для двигателей 1 с фазным ротором (рис. 265, а). Пусковой реостат 2 обычно имеет четыре — шесть ступеней, что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление Rп, поддерживая высокое значение пускового момента на все время, разгона двигателя. При пуске предварительно устанавливают пусковой реостат в положение, при котором он имеет максимальное
Рис. 265. Схема включения асинхронного двигателя с пусковым реостатом (а) и механические характеристики двигателя при пуске (б)
сопротивление Rп4 = Rп max, после чего подключают обмотку статора к сети трехфазного тока. При этом двигатель пускается по характеристике 4 (рис. 265,б) и развивает в начале пуска вращающий момент Mпmax.
Пуск электродвигателя постоянного тока
Подписка на рассылку
- ВКонтакте
- ok
- YouTube
- Яндекс.Дзен
- TikTok
При подаче напряжения на электродвигатель происходит скачок напряжения, который называется пусковым током. Пусковой ток часто выше номинального от 5 до 10 раз, но отличается своей кратковременностью.
Процессы, протекающие при пуске двигателя
Когда на обмотке статора увеличивается токовая нагрузка, одновременно с этим увеличивается крутящий момент двигателя, передающийся на вал ротора. Резкое увеличение крутящего момента может вызвать резкое повышение температуры обмотки статора и привести к неисправностям в изоляции, что может стать причиной вибраций, механических деформаций и выхода двигателя из строя.
Чтобы избежать поломки электродвигателя, сразу после начала его работы пусковой ток понижается до номинальных частот вращения. Для снижения пускового тока применяют несколько способов, которые также позволяют стабилизировать напряжение электропитания. Существует несколько способов запуска двигателей постоянного тока.
Прямой пуск электродвигателя постоянного тока
При прямом пуске подключение обмотки якоря происходит непосредственно к электрической сети. Это означает, что двигатель подключается к источнику электропитания при своем номинальном напряжении. Прямой пуск электродвигателя используется, когда есть стабильное питание двигателя, который жестко связан с приводом. Это один из самых простых методов пуска.
Преимуществом прямого пуска является то, что при таком запуске температура повышается не столь значительно, если сравнивать с другими методиками. Если отсутствуют специальные ограничения на поступающий от электросети ток, то такой способ считается наиболее предпочтительным. Те электродвигатели, что предназначаются для частых пусков и отключений, оборудуются специальной системой управления, с контактором и термореле, которые защищают прибор от поломки.
Если электродвигатели имеют малую мощность и работают без частых остановок и пусков, то для его включения требуется самое примитивное оборудование. Обычно им является вручную работающий расцепитель. При такой схеме непосредственно на сами клеммы двигателя и подается напряжение. Для электродвигателей небольших размеров пусковой момент составляет 150–300 % от номинального, а сам пусковой ток — 300–800%.
Прямой пуск имеет то ограничение, что пик нагрузки некоторых крупных двигателей может быть в 15, а иногда и в 50 раз больше номинального. Такие нагрузки совершенно недопустимы, поэтому такой способ пуска применяется лишь на двигателях малой мощности.
Реостатный пуск электродвигателя постоянного тока
Реостатный пуск, в отличие от прямого, не имеет ограничений на мощность двигателя, поэтому его часто применяют на приборах большой мощности. Реостат для пуска изготавливается из провода, который имеет высокое удельное сопротивление и разделен на секции. Ток возбуждения, который возникает при включении двигателя, устанавливается таким образом, чтобы соответствовать номинальным значениям. Это необходимо для того, чтобы при пуске развивался максимально большой допустимый момент, что необходимо для быстрого разгона двигателя.
Реостатный пуск осуществляется вместе с последовательным уменьшением сопротивления реостата, что позволяет не допускать скачков электрического тока и гарантирует безопасность при включении даже самых мощных электродвигателей.
Пуск электродвигателя путем изменения питающего напряжения
Пуск путем изменения питающего напряжения является еще одним способом начать работу электродвигателя. При использовании реостатного пуска могут возникнуть большие потери энергии непосредственно в самом пусковом реостате. Для того чтобы избежать этих потерь и повысить экономичность и энергоэффективность, двигатель запускается с помощью очень плавного постепенного повышения напряжения, которое подается на обмотку якоря. Для такого способа требуется отдельный источник постоянного тока, с помощью которого можно регулировать напряжение. Для этого используют генераторы и управляемые выпрямители. Пуск путем изменения питающего напряжения двигателя является обычной практикой на тепловозах.
Пуск двигателя постоянного тока с ограничивающими сопротивлениями и на пониженном напряжении
Пуск двигателя с ограничивающими сопротивлениями
Все электрические машины постоянного тока рассчитываются на трехкратное превышение номинального тока. При таком превышении тока изоляция в машинах не повреждается .
Схема пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения с помощью пусковых сопротивлений.
Rn – пусковое сопротивление. Величина этого сопротивления выбирается таким, чтобы ток при пуске был равен (2÷3)Iн.
Сопротивление Rn, которые вводится в цепь якоря, может быть отключено, когда двигатель достигнет максимальной скорости вращения, но это приведет к затягиванию времени пуска, а это невыгодно для производственного механизма, потому что приведет к снижению производительности.
Чтобы уменьшить время переходного процесса с помощью системы управлений электрического двигателя сопротивления выводятся из цепи якоря по частям, и такой пуск называется ступенчатым. Для того чтобы определить когда должна срабатывать схема управления электрическим приводом, выбирают значения контрольного тока, который называется током переключения (1,1÷1,3)Iн.
При подаче напряжения на якорь, в цепи якоря происходит бросок тока до величины пускового тока, равного (2÷3)Iн, затем ток начинает уменьшаться, а скорость расти. Когда ток достигнет значения тока переключения, срабатывает система управления двигателем и замыкает контакт K1.
Так как система электрического привода обладает инерционностью, скорость вращения его мгновенно измениться не может. В момент переключения происходит бросок тока до величины пускового тока.
Зависимость Iа, M и n от времени при пуске двигателя постоянного тока.
При ступенчатом пуске существует два положительных момента:
1. За счет уменьшения величины пускового тока удается снизить размеры электрического оборудования для управления двигателем и улучшить режим работы электрического двигателя.
2. Уменьшить время переходного процесса (время пуска) за счет поочередного вывода сопротивлений из цепи якоря.
К недостаткам следует отнести усложнение схемы управления электроприводом, и, как следствие, большие капитальные затраты.
Механические удары в системе электрического привода в момент переключения ступеней ускорения могут привести к разрушению зубчатой передачи или сбросу ремня в ременной передаче.
Сопротивления, которые устанавливаются при пуске в цепь якоря, нагреваются, поэтому использовать такой способ пуска для электрических двигателей мощностью более 100 кВт не рекомендуется.
Для двигателей мощностью более 100 кВт используется третий способ пуска – пуск на пониженном напряжении.
Пуск двигателя на пониженном напряжении
Для того чтобы осуществить пуск на пониженном напряжении, между питающей сетью и электрическим двигателем должен находится источник регулируемого напряжения.
Схема пуска двигателя постоянного тока на пониженном напряжении с помощью источника регулируемого напряжения.
Характеристика пуска двигателя постоянного тока на пониженном напряжении с помощью источника регулируемого напряжения.
При этом способе пуска отсутствуют броски тока в цепи якоря. Пуск плавный. В механической части электрического привода отсутствуют удары, но этот способ пуска очень дорогой, так как стоимость источника регулируемого напряжения соизмерима со стоимостью электрического двигателя.
