Способы запуска трехфазных асинхронных двигателей
Доброго времени суток, уважаемые читатели блога nasos-pump.ru
Двигатели трехфазные
В рубрике «Общее» рассмотрим способы запуска трехфазных асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором. В настоящее время используются различные способы запуска асинхронных двигателей. При запуске двигателя должны удовлетворяться основные требования. Запуск должен происходить без применения сложных пусковых устройств. Пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи как можно меньше. Современные электродвигатели являются энерго-эффективными двигателями и имеют более высокие пусковые токи, что заставляет уделять большее внимание их способам запуска. При подаче на двигатель напряжения питания возникает скачок тока, который называют пусковым током.
Пусковой ток обычно превышает номинальный в 5 – 7 раз, но действие его кратковременное. После того как двигатель вышел на номинальные обороты, ток падает до минимального. В соответствии с местными нормами и правилами, для снижения пусковых токов, и используются разные способы запуска асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором. Вместе с этим необходимо уделять внимание и стабилизации напряжения сетевого питания. Говоря о способах запуска, которые уменьшают пусковой ток, следует отметить, что период запуска не должен быть слишком долгим. Слишком продолжительные периоды запуска могут вызвать перегрев обмоток.
Прямой запуск
Самый простой и наиболее часто применяемый способ запуска асинхронных двигателей – это прямой пуск. Прямой пуск означает, что электродвигатель запускается прямым подключением к сетевому напряжению питания. Прямой пуск применяется при стабильном питании двигателя, жестко связанного с приводом, например насоса. На (Рис.1) приведена схема прямого пуска асинхронного двигателя.

Прямой пуск
Подключение двигателя в электрическую сеть происходит при помощи контактора (пускателя). Реле перегрузки необходимо для защиты двигателя в процессе эксплуатации от перегрузки по току. Двигатели малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при прямом подключении обмоток статора к сетевому питанию пусковые токи, возникающие при запуске, не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры на двигатель, с точки зрения механической и термической прочности. Переходной процесс в момент запуска характеризуется очень быстрым затуханием свободного тока, что позволяет пренебречь этим током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса. На графике (Рис. 1) приведена характеристика пускового тока при прямом запуске асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором.
Прямой запуск от сети питания является самым простым, дешёвым и наиболее часто применяемым способом запуска. При таком запуске происходит наименьшее повышение температуры в обмотках электродвигателя во время включения по сравнению со всеми остальными способами запуска. Если нет жестких ограничений по току, то такой метод запуска является наиболее предпочтительным. В разных странах действуют различные правила и нормы по ограничению максимального пускового тока. В таких случаях, необходимо использовать другие способы запуска.
Для небольших электродвигателей пусковой момент будет составлять от 150% до 300% от номинального момента, а пусковой ток будет составлять от 300% до 700% от номинального значения или даже выше.
Запуск «звезда – треугольник»
Запуск переключением «звезда – треугольник» используется для трёхфазных индукционных электродвигателей и применяется для снижения пускового тока. Следует отметить, что запуск переключением «звезда – треугольник» возможен только в тех двигателей, у которых выведены начала и концы всех трех обмоток. Пульт для запуска «звезда – треугольник» состоит и следующих комплектующих, трех контакторов (пускателей), реле перегрузки по току и реле времени, управляющего переключением пускателей. Чтобы можно было использовать этот способ запуска, обмотки статора электродвигателя, соединенные по схеме «треугольник», должны быть рассчитаны на работу в номинальном режиме. Обычно электродвигатели рассчитаны на напряжение 400 В при соединении по схеме «треугольник» (∆) или на 690 В при соединении по схеме «звезда» (Y). Такая унифицированная схема соединения может быть также использована для пуска электродвигателя при более низком напряжении. Схема запуска переключением «звезда – треугольник» показана на (Рис. 2)

Пуск звезда треугольник
В момент пуска электропитание к обмоткам статора подключено по схеме «звезда» (Y) Замкнуты контакторы К1 и К3. По истечении определённого периода времени, зависящего от мощности двигателя и времени разгона, происходит переключение на режим запуска «треугольник» (∆). При этом контакты пускателя K3 размыкаются, а контакты пускателя K2 замыкаются. Управляет переключением контактов пускателей K3 и K2 реле времени. На реле выставляется время, в течение которого происходит разгон двигателя. В режиме запуска «звезда – треугольник» напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в корень из трех раз, что приводит к уменьшению фазных токов тоже в корень из трех раз, а линейных токов в 3 раза. Соединение по схеме «звезда – треугольник» дает более низкий пусковой ток, составляющий всего одну треть тока при прямом запуске. Запуск «звезда – треугольник» особенно хорошо подходят для инерционных систем, когда происходит «подхватывание» нагрузки после того, как произошел разгон двигателя.
Запуск «звезда – треугольник» также понижает и пусковой момент, приблизительно на треть. Данный метод можно использовать только для индукционных электродвигателей, которые имеют подключение к напряжению питания по схеме «треугольник». Если переключение «звезда – треугольник» происходит при недостаточном разгоне, то это может вызвать сверхток, который достигает почти такого же значения, что и ток при «прямом» запуске. За время переключения из режима «звезда» в «треугольник» двигатель очень быстро теряет скорость вращения, для ее восстановления необходим мощный импульс тока. Скачок тока может стать ещё больше, так как на время переключения двигатель остается без сетевого напряжения.
Запуск через автотрансформатор
Данный способ запуска осуществляется при помощи автотрансформатора, последовательно соединённого с электродвигателем во время запуска. Автотрансформатор понижает подаваемое на электродвигатель напряжение (приблизительно на 50–80% от номинального напряжения), чтобы произвести запуск при более низком напряжении. В зависимости от заданных параметров напряжение снижается в один или два этапа. Понижение напряжения, подаваемого на электродвигатель одновременно, приведёт к уменьшению пускового тока и вращающего пускового момента. Если в определённый момент времени к электродвигателю не подаётся питание, он не потеряет скорость вращения, как в случае с запуском «звезда – треугольник». Время переключения от пониженного напряжения к полному напряжению можно корректировать. На (Рис. 3) приведена характеристика пускового тока при запуске асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором при помощи автотрансформатора.

Пуск через автотрансформатор тока
Помимо уменьшения пускового момента, способ запуска через автотрансформатор имеет и недостаток. Как только электродвигатель начинает работать, он переключается на сетевое напряжение, что вызывает скачок тока. Вращающий момент зависит от напряжения подаваемого на двигатель. Значение пускового момента пропорциональны квадрату напряжения.
Плавный пуск
В устройстве «плавный пуск» используются те же IGBT транзисторы, что и в частотных преобразователях. Данные транзисторы через цепи управления, понижают начальное напряжение, поступающее на электродвигатель, что приводит к уменьшению пускового момента в электродвигателе. В процессе запуска «плавный пуск» постепенно повышает напряжение электродвигателя, что позволяет электродвигателю разогнаться до номинальной скорости вращения, не образуя большого момента и пиков тока. На (Рис. 4) приведена характеристика пускового тока при запуске асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором с помощью устройства «плавный пуск». Плавный запуск может использоваться также для управления торможением электродвигателя. Устройство «плавный пуск» дешевле преобразователя частоты. Использование устройства «плавного пуска» для асинхронных двигателей значительно увеличивают срок службы электродвигателя, а с ним и насоса находящегося на валу этого двигателя.

Диаграмма для плавного пуска двигателя
У «плавного пуска» существуют те же проблемы, что и у частотных преобразователей: они создают наводки (помехи) в систему электроснабжения. Данный способ также обеспечивает подачу пониженного напряжения к электродвигателю во время запуска. При плавном запуске электродвигатель включается при пониженном напряжении, которое затем увеличивается до напряжения сетевого питания. Напряжение в плавном пускателе уменьшается за счет фазового сдвига. Данный способ пуска не вызывает образования скачков тока. Время запуска и пусковой ток можно задавать.
Запуск при помощи частотного преобразователя
Частотные преобразователи предназначены не только для запуска, но и управления электродвигателем. Инвертор позволяет снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом. На (Рис. 5) приведена характеристика пускового тока при запуске асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя.

Пуск двигателя с преобразователем частоты
Преобразователи частоты остаются все еще дорогими устройствами, и также как и плавный пуск, создают дополнительные помехи в сеть электропитания.
Заключение
Задача любого из способов запуска электродвигателя заключается в том, чтобы согласовать характеристики вращающего момента электродвигателя с характеристиками механической нагрузки, при этом необходимо, чтобы пиковые токи не превышали допустимых значений. Существуют различные способы запуска асинхронных двигателей, каждый их которых имеет свои плюсы и минусы. И в заключении приведена небольшая таблица, где в краткой форме указаны преимущества и недостатки наиболее распространённых способов запуска асинхронных электродвигателей.
Таблица 1
Способы запуска | Преимущества | Недостатки |
Прямой запуск | Простой и экономичный. Безопасный запуск Самый большой пусковой момент | Высокий пусковой ток |
Запуск «звезда – треугольник» | Уменьшение пускового тока в три раза. | Скачки тока при переключении «звезда – треугольник». Не подходит, если нагрузка без инерционная. Пониженный пусковой момент. |
Запуск через автотрансформатор | Уменьшение пускового тока на U2. | Скачки тока при переходе от пониженного напряжения к номинальному напряжению. Пониженный пусковой момент. |
Плавный запуск | Отсутствуют скачки тока. Небольшой гидравлический удар при запуске насоса. Уменьшение пускового тока на требуемую величину, обычно в 2-3 раза. | Пониженный пусковой момент. |
Запуск при помощи частотного преобразователя | Отсутствуют скачки тока. Небольшой гидравлический удар при запуске насоса. Уменьшение пускового тока, обычно, до номинального. Напряжение питания на двигатель можно подавать постоянно. | Пониженный пусковой момент. Высокая стоимость. |
Спасибо за оказанное внимание.
P.S. Понравился пост? Порекомендуйте его в социальных сетях своим друзьям и знакомым.
Еще похожие посты по данной теме:
nasos-pump.ru
Пуск асинхронного двигателя
Пусковые свойства двигателей.
При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.
В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.
Прямой пуск. Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на рис. 3.22. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора
, (3.37)
максимальны (см.п.3.19 при s=1). По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI= IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.
Рис. 3.22
Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:
.(3.38)
Из рис. 3.18 видно, что пусковой момент близок к номинальному и значительно меньше критического. Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).
Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться. С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).
Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами. Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки. Эффект вытеснения тока состоит в следующем: потокосцепление и индуктивное сопротивление X2 проводников в пазу ротора тем выше, чем ближе ко дну паза они расположены (рис.3.23). Также X2 прямо пропорционально частоте тока ротора.
Следовательно, при пуске двигателя, когда s=1 и f2 = f1 = 50 Гц , индуктивное сопротивление X2 = max и под влиянием этого ток вытесняется в наружный слой паза. Плотность тока j по координате h распределяется по кривой, показанной на рис.3.24. В результате ток в основном проходит по наружному сечению проводника, т.е. по значительно меньшему сечению стержня, и, следовательно, активное сопротивление обмотки ротора R2 намного больше, чем при нормальной работе. За счет этого уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент МП (см. (3.37), (3.38) ). По мере разгона двигателя скольжение и частота тока ротора падает и к концу пуска достигает 1 – 4 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление мало и ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. При сильно выраженном эффекте вытеснения тока становится возможным прямой пуск при меньших бросках тока и больших пусковых моментах.
К двигателям с улучшенными пусковыми свойствами относятся двигатели, имеющие роторы с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и некоторые другие.
Рис.3.23 Рис. 3.24
Двигатели с глубокими пазами. Как показано на рис.3.25, паз ротора выполнен в виде узкой щели, глубина которой примерно в 10 раз больше, чем ее ширина. В эти пазы-щели укладывается обмотка в виде узких медных полос. Распределение магнитного потока показывает, что индуктивность и индуктивное сопротивление в нижней части проводника значительно больше, чем в верхней части. Поэтому при пуске ток вытесняется в верхнюю часть стержня и активное сопротивление значительно увеличивается. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, и плотность тока по сечению становится почти одинаковой. В целях увеличения эффекта вытеснения тока глубокие пазы выполняются не только в виде щели, но и трапецеидальной формы. В этом случае глубина паза несколько меньше, чем при прямоугольной форме.
Рис.3.25
Рис.3.26
Двигатели с двойной клеткой. В таких двигателях обмотки ротора выполняются в виде двух клеток (рис.3.26): во внешних пазах 1 размещается обмотка из латунных проводников, во внутренних 2 – обмотка из медных проводников. Таким образом, внешняя обмотка имеет большее активное сопротивление, чем внутренняя. При пуске внешняя обмотка сцепляется с очень слабым магнитным потоком, а внутренняя – сравнительно сильным полем. В результате ток вытесняется во внешнюю клетку, а во внутренней тока почти нет.
По мере разгона двигателя ток из внешней клетки переходит во внутреннюю и при s =sНОМ протекает в основном по внутренней клетке. Ток во внешней клетке при этом сравнительно небольшой. Результирующий пусковой момент, складывающийся из моментов от двух клеток, значительно больше, чем у двигателей нормальной конструкции, и несколько больше, чем у двигателей с глубоким пазом. Однако следует иметь в виду, что стоимость двигателей с двойной клеткой ротора выше.
Пуск переключением обмотки статора.
Если при нормальной работе двигателя фазы статора соединены в треугольник, то, как показано на рис.3.27, при пуске первоначально они соединяются в звезду. Для этого сначала включается выключатель Q, а затем переключатель S ставится в нижнее положение Пуск. В таком положении концы фаз Х, Y, Z соединены между собой, т.е. фазы соединены звездой. При этом напряжение на фазе в √3 раз меньше линейного. В результате линейный ток при пуске в 3 раза меньше, чем при соединении треугольником. При разгоне ротора в конце пуска переключатель S переводится в верхнее положение и, как видно из рис. 3.27, фазы статора пересоединяются в треугольник. Недостатком этого способа является то, что пусковой момент также уменьшается в 3 раза, так как момент пропорционален квадрату фазного напряжения, которое в √3 раз меньше при соединении фаз звездой. Поэтому такой способ применим при небольшом нагрузочном моменте и только для двигателей, нормально работающих при соединении обмоток статора в треугольник.
Рис.3.27
Пуск при включении добавочных резисторов в цепь статора. (рис. 3.28). Перед пуском выключатель (пускатель) находится в разомкнутом состоянии и замыкается выключатель Q1.
При этом в цепь статора включены добавочные резисторы RДОБ. В результате обмотка статора питается пониженным напряжением U1n = U1НОМ – InRДОБ. После разгона двигателя замыкается выключатель Q2 и обмотка статора включается на номинальное напряжение U1НОМ. Подбором RДОБ можно ограничить пусковой ток до допустимого. Следует иметь в виду, что момент при пуске, пропорциональный U21П, будет меньше и составляет (U1П / U1НОМ)2 номинального. Важно отметить, что при этом способе пуска значительны потери в сопротивлении RДОБ (RДОБI21n). Можно вместо резисторов RДОБ включить катушки с индуктивным сопротивлением ХДОБ, близким к RДОБ.
Применение катушек позволяет уменьшить потери в пусковом сопротивлении.
Рис.3.29 Рис.3.28
Автотрансформаторный пуск. Кроме указанных способов можно применить так называемый автотрансформаторный пуск.
Соответствующая схема показана на рис.3.29. Перед пуском переключатель S устанавливается в положение 1, а затем включается автотрансформатор и статор питается пониженным напряжением U1П. Двигатель разгоняется при пониженном напряжении и в конце разгона переключатель S переводится в положение 2 и статор питается номинальным напряжением U1ном.
Если коэффициент трансформации понижающего трансформатора n, тогда ток I на его входе будет в n раз меньше. Кроме того, пусковой ток будет также в n раз меньше, т.е. ток при пуске в сети будет в n2раз меньше, чем при непосредственном пуске.
Этот способ, хотя и лучше рассмотренных в п.3.14.7, но значительно дороже.
Пуск двигателя с фазным ротором.
Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис.3.30. Начала фаз обмоток ротора присоединяются к контактным кольцам и через щетки подключаются к пусковому реостату с сопротивлением Rp.
Приведенное к обмотке статора сопротивление пускового реостата Rp рассчитывается так, чтобы пусковой момент был максимальный, т.е. равен критическому. Так как при пуске скольжение sП = 1, то sП = 1 = sК , равенство МП = М Пmaх = МК будет обеспечено. Тогда .
Пуск двигателя происходит по кривой, показанной на рис.3.31. В момент пуска рабочая точка на механической характеристике находится в положении а, а при разгоне двигателя она перемещается по кривой 1, соответствующей полностью включенному реостату. При моменте, соответствующем точке е , включается первая ступень реостата и момент скачком увеличивается до точки b – рабочая точка двигателя переходит на кривую 2; в момент времени, соответствующей точке d, выключается вторая ступень реостата, рабочая точка скачком переходит в точку с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и затем в точку f. Реостат закорачивается, обмотка ротора замыкается накоротко, а щетки отводятся от колец.
Таким образом, фазный ротор позволяет пускать в ход асинхронные двигатели большой мощности при ограниченном пусковом токе. Однако этот способ пуска связан со значительными потерями в пусковом реостате. Кроме того, двигатель с фазным ротором дороже двигателя с короткозамкнутым ротором. Поэтому двигатель с фазным ротором применяется лишь при больших мощностях и высоких требованиях к приводу.
electrono.ru
2.1.5. Расчёт пусковых сопротивлений асинхронных двигателей
где rЯ = rД +rПУСК +rПР – полное сопротивление якорной цепи при тор-
можении.
Полагая Емакс. ≈ UH (торможение со скорости идеального холостого хо-
да), что ведёт к некоторому увеличению сопротивления ступени противовключения, и подставляя вместо IТ ток IТ.НАЧ, соответствующий μТ.НАЧ., получим
IТ.НАЧ | ≈ | 2U H | |
rД +rПУСК +rПР | |||
|
|
и
IТ.НАЧ −(rД +rПУСК ).
Методика расчёта пусковых сопротивлений асинхронных двигателей
приведена в работах [1, с. 201-206; 2, с. 74-82; 3, с. 221-237].
На практике часто выполняется приближённый расчёт пусковых сопротивлений, полагая, что пуск асинхронного двигателя происходит на линейных участках механических характеристик. Поэтому расчёт пусковых сопротивлений асинхронных двигателей выполняется аналогично расчёту пусковых сопротивлений двигателей постоянного тока с независимым или параллельным возбуждением (см. пп. 2.1.3).
Отметим некоторые особенности расчёта.
Графический способ расчёта. Расчёт естественной механической характеристики двигателя производится по формуле
μе = |
| 2тk | , | (2.5) | ||
| se | + | ske | |||
|
|
|
| |||
|
| ske | se |
|
| |
|
|
|
|
|
где μе – относительный момент двигателя не естественной характеристике; se – скольжение двигателя на естественной характеристике;
41

ske – критическое скольжение двигателя на естественной характеристике, приводится для данного двигателя в справочниках на электрические машины [4,5];
тk = | M k | – перегрузочная способность двигателя, приводится для |
| ||
| M H |
данного двигателя в справочниках на электрические машины [4,5]; Мk – критический момент двигателя.
Задаваясь скольжениями se от 0 до 1, по формуле (2.5) вычисляют относительный момент двигателя для заданных скольжений и строят естественную механическую характеристику двигателя в двигательном режи-
ме: μе = f(se).
Построив естественную механическую характеристику и задавшись величиной пикового момента μ1 ≤ 0,85тk (при форсированном пуске) или величиной момента переключения μ2 ≥ 0,1μC (при нормальном пуске),
строят пусковую диаграмму двигателя.
Например, для схемы пуска двигателя в три ступени, приведённой на рис. 2.2, пусковая диаграмма будет иметь вид, показанный на рис. 2.6.
s
0 | sc | a | ρр |
|
в | ест. | |||
|
| c | ρ3 | |
|
|
| ||
|
| d | ρ2 |
|
|
| e | ρ1 |
|
|
|
|
|
1 | f |
|
| |
μс μ2 μ=1 | μ1 | μk μ | ||
0 |
Рис. 2.6. Пусковая диаграмма асинхронного двигателя при пуске в три ступени
42

Величину момента переключения μ2 при форсированном пуске, а при нормальном пуске величину пикового момента μ1, определяют по формулам:
μ2 = μλ1 ; μ1 = μ2λ,
где λ = μ1 .
μ2
При форсированном пуске:
λ = m s |
| 1 |
H | μ . | |
| 1 |
При нормированном пуске:
где т – число ступеней пуска;
sН – номинальное скольжение двигателя; приводится в справочниках на электрические машины [4,5].
Для определения сопротивлений ступеней пускового реостата необходимо вычислить номинальное активное сопротивление ротора:
RPH = | EPH , | (2.6) |
| 3 I PH |
|
где ЕРН, IРН – соответственно номинальная ЭДС и номинальный ток ротора; приводятся в справочниках по электрическим машинам [4,5].
Сопротивления ступеней пускового реостата для рассматриваемого примера определяются по формулам:
r1 = afde RРH , r2 = cdaf RРH , r3 = afвc RРH .
Полное сопротивление пускового реостата:
43
rПУСК = afве RРH .
Аналогично вычисляются сопротивления ступеней пускового реостата и при большем числе ступеней пуска двигателя.
Аналитический способ расчёта. Аналитический расчёт пусковых сопротивлений асинхронных двигателей выполняется аналогично, как и для двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (см.
пп. 2.1.3):
r1 = rРλm−1(λ −1),
r2 = rРλm−2 (λ −1),
r3 = rРλm−3 (λ −1),
……………
rm = rР (λ −1),
где rP – активное сопротивление обмотки ротора, приводится в справочниках по электрическим машинам [4,5].
2.1.6. Расчёт тормозных сопротивлений асинхронных двигателей
Тормозные сопротивления асинхронных двигателей могут быть рассчитаны двумя способами: графическим и графоаналитическим.
Методика расчёта тормозных сопротивлений асинхронных двигате-
лей изложена в работах [1, с. 254-260; 2, с. 82-89; 3, с. 252-276].
Для упрощения расчёта полагают, что торможение осуществляется на линейном участке механической характеристики. В этом случае расчёт тормозных сопротивлений проще выполнить графическим способом, который и рассматривается ниже.
44

Динамическое торможение
Динамическое торможение асинхронного двигателя может осуществляться двумя способами: с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Однако торможение с самовозбуждением не нашло широкого применения вследствие высокой стоимости конденсаторов, подключаемых к обмотке статора двигателя для его осуществления.
Для осуществления динамического торможения с независимым возбуждением обмотку статора вращающегося двигателя отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока. Обмотка ротора при этом может быть закорочена накоротко либо через добавочный резистор. Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором при динамическом торможении с независимым возбуждением имеет вид, представленный на рис. 2.7, а, а механические характеристики – на рис. 2.7, б. Для получения динамического торможения контактор КМ1 отключается и включается контактор КМ2.
– = U + |
|
|
|
|
| s |
|
|
|
КМ2 | 0 | sc | a |
|
IП | в | ест. | ||
|
|
| ||
|
|
| ρДТ |
|
| д.т. |
| c |
|
IP |
|
|
| |
1 |
|
|
| |
rД |
| d |
| |
|
|
| ||
–μ –μТ.НАЧ. | 0 | μс | μ=1 | μ |
Рис. 2.7. Схема включения (а) и механические характеристики асинхронного двигателя естественная и динамического торможения при различных сопротивлениях в цепи ротора (б)
Расчёт сопротивления динамического торможения, включаемого в
цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором для ограничения
45
тока ротора при торможении, графическим способом производится следующим образом (рис. 2.7, б):
1.Задаются начальным тормозным моментом μТ.НАЧ. ≤ 0,85тk .
2.Проводят характеристику динамического торможения через начало координат и точку с координатами [sс, μТ.НАЧ.].
3.В первом квадранте из точки s = 0 проводят прямую, параллельную линейному участку характеристики динамического торможения.
4.Находят отрезок, отсекаемый естественной характеристикой двигателя и характеристикой, параллельной характеристике динамического торможения при номинальном моменте двигателя (μ = 1) – отрезок «в-с»).
5.Вычисляют по формуле (2.6) номинальное сопротивление ротора двигателя.
6.Определяютсопротивлениединамическоготорможенияпоформуле
rДТ = adвс RРH .
Противовключение
Торможение противовключением асинхронного двигателя осуществляется тогда, когда обмотки статора включены на одно направление вращения, а двигатель вращается в обратную сторону.
При реактивном статическом моменте на валу двигателя для получения противовключения необходимо поменять направление момента двигателя на противоположное по отношению к двигательному режиму, изменив чередование фаз питающего двигатель напряжения переключением двух фаз между собой. При этом существенно возрастает ЭДС ротора, а следовательно, и ток ротора вследствие более быстрого пересечения обмоток ротора вращающимся полем статора. Для ограничения тока ротора в этом режиме в ротор асинхронного двигателя с фазным ротором вводится добавочное сопротивление – ступень противовключения, которая вместе с
46

пусковым сопротивлением ограничивает ток двигателя до допустимых пределов.
Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором в режиме противовключения показана на рис. 2.8, а, а механические характеристики естественная и противовключения – на рис. 2.8, б. Для получения противовключения контакторы КМ1, КМ3 и КМ4 отключаются и включается контактор КМ2.
~ 3 |
| s |
|
|
|
|
| 0 | sc | a | ρР |
|
|
| в | ест. | |
|
|
|
| ||
КМ1 | КМ2 |
|
| ρПУСК | |
|
|
|
| c |
|
М |
| пр |
|
| ρПР |
|
|
|
|
| |
|
| 1 | μс | d | |
КМ4 | –μ μТ.НАЧ. |
| е | μ=1 μ1 μ | |
rпуск |
|
|
|
|
|
КМ3 |
|
|
|
|
|
rпр |
|
|
|
|
|
2
Рис. 2.8. Схема управления асинхронным двигателем с торможением противовключением (а) и механические характеристики двигателя естественная и противовключения (б)
Наиболее просто сопротивление ступени противовключения определяется графическим способом. Порядок определения следующий (см.
рис. 2.8, б):
1. Задаются (или он должен быть задан) начальным тормозным моментом в пределах: μТ.НАЧ. ≤ 0,85тk .
47
2.Строят линейную часть механической характеристики торможения противовключением по двум точкам с координатами [s = sС, μ = μТ.НАЧ.]
и[s = 2, μ = 0].
3.В первом квадранте проводят прямую, параллельную механической характеристике торможения противовключением и находят точку пересечения её с прямой μ = 1, соответствующей номинальному моменту двигателя (точка «е»).
4.Находят численное значение сопротивления ступени противовключения в относительных единицах, которое равно отрезку, отсекаемому
при μ = 1 первой искусственной характеристикой при пуске двигателя (s = 0, μ = 0; s = 1, μ = μ1) и прямой, параллельной механической характеристике противовключения (отрезок «с–е»).
5. Определяютсопротивлениеступенипротивовключенияпоформуле rПР = adсе RРH .
48
studfiles.net
2.1.5. Расчёт пусковых сопротивлений асинхронных двигателей
где rЯ = rД +rПУСК +rПР – полное сопротивление якорной цепи при тор-
можении.
Полагая Емакс. ≈ UH (торможение со скорости идеального холостого хо-
да), что ведёт к некоторому увеличению сопротивления ступени противовключения, и подставляя вместо IТ ток IТ.НАЧ, соответствующий μТ.НАЧ., получим
IТ.НАЧ | ≈ | 2U H | |
rД +rПУСК +rПР | |||
|
|
и
IТ.НАЧ −(rД +rПУСК ).
Методика расчёта пусковых сопротивлений асинхронных двигателей
приведена в работах [1, с. 201-206; 2, с. 74-82; 3, с. 221-237].
На практике часто выполняется приближённый расчёт пусковых сопротивлений, полагая, что пуск асинхронного двигателя происходит на линейных участках механических характеристик. Поэтому расчёт пусковых сопротивлений асинхронных двигателей выполняется аналогично расчёту пусковых сопротивлений двигателей постоянного тока с независимым или параллельным возбуждением (см. пп. 2.1.3).
Отметим некоторые особенности расчёта.
Графический способ расчёта. Расчёт естественной механической характеристики двигателя производится по формуле
μе = |
| 2тk | , | (2.5) | ||
| se | + | ske | |||
|
|
|
| |||
|
| ske | se |
|
| |
|
|
|
|
|
где μе – относительный момент двигателя не естественной характеристике; se – скольжение двигателя на естественной характеристике;
41

ske – критическое скольжение двигателя на естественной характеристике, приводится для данного двигателя в справочниках на электрические машины [4,5];
тk = | M k | – перегрузочная способность двигателя, приводится для |
| ||
| M H |
данного двигателя в справочниках на электрические машины [4,5]; Мk – критический момент двигателя.
Задаваясь скольжениями se от 0 до 1, по формуле (2.5) вычисляют относительный момент двигателя для заданных скольжений и строят естественную механическую характеристику двигателя в двигательном режи-
ме: μе = f(se).
Построив естественную механическую характеристику и задавшись величиной пикового момента μ1 ≤ 0,85тk (при форсированном пуске) или величиной момента переключения μ2 ≥ 0,1μC (при нормальном пуске),
строят пусковую диаграмму двигателя.
Например, для схемы пуска двигателя в три ступени, приведённой на рис. 2.2, пусковая диаграмма будет иметь вид, показанный на рис. 2.6.
s
0 | sc | a | ρр |
|
в | ест. | |||
|
| c | ρ3 | |
|
|
| ||
|
| d | ρ2 |
|
|
| e | ρ1 |
|
|
|
|
|
1 | f |
|
| |
μс μ2 μ=1 | μ1 | μk μ | ||
0 |
Рис. 2.6. Пусковая диаграмма асинхронного двигателя при пуске в три ступени
42

Величину момента переключения μ2 при форсированном пуске, а при нормальном пуске величину пикового момента μ1, определяют по формулам:
μ2 = μλ1 ; μ1 = μ2λ,
где λ = μ1 .
μ2
При форсированном пуске:
λ = m s |
| 1 |
H | μ . | |
| 1 |
При нормированном пуске:
где т – число ступеней пуска;
sН – номинальное скольжение двигателя; приводится в справочниках на электрические машины [4,5].
Для определения сопротивлений ступеней пускового реостата необходимо вычислить номинальное активное сопротивление ротора:
RPH = | EPH , | (2.6) |
| 3 I PH |
|
где ЕРН, IРН – соответственно номинальная ЭДС и номинальный ток ротора; приводятся в справочниках по электрическим машинам [4,5].
Сопротивления ступеней пускового реостата для рассматриваемого примера определяются по формулам:
r1 = afde RРH , r2 = cdaf RРH , r3 = afвc RРH .
Полное сопротивление пускового реостата:
43
rПУСК = afве RРH .
Аналогично вычисляются сопротивления ступеней пускового реостата и при большем числе ступеней пуска двигателя.
Аналитический способ расчёта. Аналитический расчёт пусковых сопротивлений асинхронных двигателей выполняется аналогично, как и для двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (см.
пп. 2.1.3):
r1 = rРλm−1(λ −1),
r2 = rРλm−2 (λ −1),
r3 = rРλm−3 (λ −1),
……………
rm = rР (λ −1),
где rP – активное сопротивление обмотки ротора, приводится в справочниках по электрическим машинам [4,5].
2.1.6. Расчёт тормозных сопротивлений асинхронных двигателей
Тормозные сопротивления асинхронных двигателей могут быть рассчитаны двумя способами: графическим и графоаналитическим.
Методика расчёта тормозных сопротивлений асинхронных двигате-
лей изложена в работах [1, с. 254-260; 2, с. 82-89; 3, с. 252-276].
Для упрощения расчёта полагают, что торможение осуществляется на линейном участке механической характеристики. В этом случае расчёт тормозных сопротивлений проще выполнить графическим способом, который и рассматривается ниже.
44

Динамическое торможение
Динамическое торможение асинхронного двигателя может осуществляться двумя способами: с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Однако торможение с самовозбуждением не нашло широкого применения вследствие высокой стоимости конденсаторов, подключаемых к обмотке статора двигателя для его осуществления.
Для осуществления динамического торможения с независимым возбуждением обмотку статора вращающегося двигателя отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока. Обмотка ротора при этом может быть закорочена накоротко либо через добавочный резистор. Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором при динамическом торможении с независимым возбуждением имеет вид, представленный на рис. 2.7, а, а механические характеристики – на рис. 2.7, б. Для получения динамического торможения контактор КМ1 отключается и включается контактор КМ2.
– = U + |
|
|
|
|
| s |
|
|
|
КМ2 | 0 | sc | a |
|
IП | в | ест. | ||
|
|
| ||
|
|
| ρДТ |
|
| д.т. |
| c |
|
IP |
|
|
| |
1 |
|
|
| |
rД |
| d |
| |
|
|
| ||
–μ –μТ.НАЧ. | 0 | μс | μ=1 | μ |
Рис. 2.7. Схема включения (а) и механические характеристики асинхронного двигателя естественная и динамического торможения при различных сопротивлениях в цепи ротора (б)
Расчёт сопротивления динамического торможения, включаемого в
цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором для ограничения
45
тока ротора при торможении, графическим способом производится следующим образом (рис. 2.7, б):
1.Задаются начальным тормозным моментом μТ.НАЧ. ≤ 0,85тk .
2.Проводят характеристику динамического торможения через начало координат и точку с координатами [sс, μТ.НАЧ.].
3.В первом квадранте из точки s = 0 проводят прямую, параллельную линейному участку характеристики динамического торможения.
4.Находят отрезок, отсекаемый естественной характеристикой двигателя и характеристикой, параллельной характеристике динамического торможения при номинальном моменте двигателя (μ = 1) – отрезок «в-с»).
5.Вычисляют по формуле (2.6) номинальное сопротивление ротора двигателя.
6.Определяютсопротивлениединамическоготорможенияпоформуле
rДТ = adвс RРH .
Противовключение
Торможение противовключением асинхронного двигателя осуществляется тогда, когда обмотки статора включены на одно направление вращения, а двигатель вращается в обратную сторону.
При реактивном статическом моменте на валу двигателя для получения противовключения необходимо поменять направление момента двигателя на противоположное по отношению к двигательному режиму, изменив чередование фаз питающего двигатель напряжения переключением двух фаз между собой. При этом существенно возрастает ЭДС ротора, а следовательно, и ток ротора вследствие более быстрого пересечения обмоток ротора вращающимся полем статора. Для ограничения тока ротора в этом режиме в ротор асинхронного двигателя с фазным ротором вводится добавочное сопротивление – ступень противовключения, которая вместе с
46

пусковым сопротивлением ограничивает ток двигателя до допустимых пределов.
Схема включения асинхронного двигателя с фазным ротором в режиме противовключения показана на рис. 2.8, а, а механические характеристики естественная и противовключения – на рис. 2.8, б. Для получения противовключения контакторы КМ1, КМ3 и КМ4 отключаются и включается контактор КМ2.
~ 3 |
| s |
|
|
|
|
| 0 | sc | a | ρР |
|
|
| в | ест. | |
|
|
|
| ||
КМ1 | КМ2 |
|
| ρПУСК | |
|
|
|
| c |
|
М |
| пр |
|
| ρПР |
|
|
|
|
| |
|
| 1 | μс | d | |
КМ4 | –μ μТ.НАЧ. |
| е | μ=1 μ1 μ | |
rпуск |
|
|
|
|
|
КМ3 |
|
|
|
|
|
rпр |
|
|
|
|
|
2
Рис. 2.8. Схема управления асинхронным двигателем с торможением противовключением (а) и механические характеристики двигателя естественная и противовключения (б)
Наиболее просто сопротивление ступени противовключения определяется графическим способом. Порядок определения следующий (см.
рис. 2.8, б):
1. Задаются (или он должен быть задан) начальным тормозным моментом в пределах: μТ.НАЧ. ≤ 0,85тk .
47
2.Строят линейную часть механической характеристики торможения противовключением по двум точкам с координатами [s = sС, μ = μТ.НАЧ.]
и[s = 2, μ = 0].
3.В первом квадранте проводят прямую, параллельную механической характеристике торможения противовключением и находят точку пересечения её с прямой μ = 1, соответствующей номинальному моменту двигателя (точка «е»).
4.Находят численное значение сопротивления ступени противовключения в относительных единицах, которое равно отрезку, отсекаемому
при μ = 1 первой искусственной характеристикой при пуске двигателя (s = 0, μ = 0; s = 1, μ = μ1) и прямой, параллельной механической характеристике противовключения (отрезок «с–е»).
5. Определяютсопротивлениеступенипротивовключенияпоформуле rПР = adсе RРH .
48
studfiles.net
Устройства и способы пуска асинхронного электродвигателя — прямой, звезда-треугольник, плавный и через частотный преобразователь
ПРЯМОЙ — ПЛАВНЫЙ — ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК — ЧЕРЕЗ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором благодаря своей крайней простоте получили широкое распространение, особенно в трехфазных сетях, где им не требуются дополнительные пусковые или смещенные по фазе обмотки. При правильной эксплуатации асинхронный электродвигатель становится практически вечным – единственное, что в нем может потребовать замены, это подшипники ротора.
Однако ряд особенностей асинхронных двигателей определяет специфику их пускового режима: отсутствие обмотки якоря означает отсутствие противоЭДС индукции в момент включения обмоток статора, а следовательно – высокий пусковой ток.
Если для маломощных электрических двигателей это не критично, то в промышленных электродвигателях пусковые токи могут достигать очень высоких значений, что приводит к просадкам напряжения в сети, перегрузкам подстанций и электропроводки.
ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.
Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору: включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.
Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора. Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.
Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя. В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.
В начало
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.
В начало
ПУСК ПО СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК
Другим способом запуска, использующимся на трехфазных двигателях, является перекоммутация обмоток: в момент пуска обмотки соединяются звездой, по мере разгона ротора обмотки переводятся в нормальное включение треугольником.
Такой метод пуска фактически является частным случаем способа пуска асинхронного электродвигателя на пониженном напряжении, так как напряжение на обмотках при этом снижаетсяпримерно в 1,73 раза.
Подобный способ пуска может быть легко реализован с помощью набора контакторов с ручным управлением или с приводом от реле времени, поэтому достаточно дешев и распространен. Основные недостатки этого способа:
- При отказе одного из контакторов произойдет нарушение коммутации, в результате чего либо станет невозможным пуск, либо значительно снизится мощность двигателя.
- Снижение напряжения и тока является фиксированным.
- Крутящий момент двигателя при включении обмоток звездой уменьшается, поэтому запуск желательно также производить без нагрузки.
В начало
ПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧЕРЕЗ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Наиболее гибкий способ управления не только режимом пуска, но и рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя – это применение частотного преобразователя. По своей сути частотный преобразователь представляет собой узкоспециализированный инвертор:
- входное напряжение в нем выпрямляется;
- затем заново преобразуется в переменное, но уже с заданной частотой и амплитудой.
Это происходит благодаря работе генератора широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который создает серию прямоугольных импульсов заданной частоты и скважности (отношения длительности импульса к его периоду). Генерируемые импульсы управляют силовыми ключами, коммутирующими выпрямленное напряжение питания на обмотки выходного трансформатора.
Как осуществляется плавный пуск через частотный преобразователь?
В данном случае становится возможным плавное изменение не только напряжения, но и частоты питающего электродвигатель напряжения. Благодаря тому, что ШИМ-генератор частотного преобразователя легко может управляться с обратной связью по потребляемому току, становится возможным пусковой режим, в котором ток не превышает номинальный – таким образом перегрузка питающей сети фактически отсутствует.
Однако такой пусковой режим требует значительного усложнения частотного преобразователя, поэтому для управления асинхронными электродвигателями обычно используется комбинация с отдельным устройством плавного пуска (УПП).
В начало
© 2012-2019 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
eltechbook.ru
Пример расчета параметров асинхронного двигателя
Пример. 3-х фазный АД с КЗ ротором типа АИР180М4 получает питание от 3-х фазной сети с линейным напряжением U1 = 380 В, частотой 50 Гц.
Данные номинального режима двигателя:
мощность на валу Р2НОМ = 30 кВт;
синхронная частота вращения n1 = 1500 об/мин;
номинальное скольжение sНОМ = 2,0 %;
коэффициент мощности cosϕНОМ = 0,87;
коэффициент полезного действия ηНОМ = 92 %;
кратности критического кM = 2,7;
пускового моментов кП = 1,7;
кратность пускового тока iП = 7;
соединение обмоток статора — звезда.
Найти: число пар плюсов; номинальную частоту вращения ротора; номинальное фазное напряжение; номинальный фазный ток обмотки статора; номинальный момент на валу; критическое скольжение и момент двигателя; пусковой момент при номинальном напряжении и снижении его значения на 20%; пусковой ток; емкость конденсаторов для увеличения коэффициента мощности до 1 и начертить электрическую схему двигателя с включением конденсаторов.
Решение:
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором — это ➠
Определяем число пар полюсов обмотки статора:
Вычисляем номинальная частота вращения ротора:
об/мин.
Находим номинальное фазное напряжение:
При соединении в «звезду» В.
Рассчитываем номинальный фазный ток обмотки статора:
А.
Определяем номинальный момент на валу:
Н⋅м.
Вычисляем критическое скольжение:
Находим критический момент:
Н⋅м.
Рассчитываем пусковой момент при номинальном напряжении:
Н⋅м,
при пониженном напряжении:
Н⋅м,
Определяем пусковой ток:
А.
Вычисляем емкость конденсаторов, для повышения коэффициента мощности до 1.
Формула емкости компенсирующих конденсаторов, соединенных по схеме «звезда», имеет вид:
Ф.
Формула емкости компенсирующих конденсаторов, соединенных по схеме «треугольник», имеет вид:
Ф,
где
f — частота питающей электросети, Гц;
QK — реактивная мощность, вар;
PHOM — активная мощность, Вт;
U1 — линейное напряжение, В;
ϕ1 и ϕ2 — соответственно углы сдвига фаз между напряжением и током до включения и после включения конденсаторной батареи, град.
град;
град.
Тогда, емкость конденсаторов, при соединении «в звезду» будет равна:
Ф
или 1124,89 мкФ.
При соединении в «треугольник», емкость конденсаторов будет в три раза меньше, чем при соединении «в звезду» и равняется:
Ф
или 374,96 мкФ.
В схеме соединения конденсаторов в «треугольник» емкость батареи получатся в три раза меньше, зато напряжение на конденсаторах в больше, если сравнивать со схемой соединения конденсаторов в «звезду».
Чертим схему включения конденсаторов для повышения коэффициента мощности электросети с асинхронным двигателем.
Подробно о реактивной мощности читайте здесь.
electrichelp.ru
8. Проверка низковольтной сети на возможность запуска электродвигателя
Для производственного потребителя находим объект, имеющий наибольшую установленную мощность двигателя Руст (определяем по приложению 1РУМ «Сельэнергопроект», 3 колонка таблицы). Сравниваем Руст на всех объектах и выбираем наибольшую мощность. Составляем схему электроснабжения этого объекта. Для асинхронного двигателя этой мощности выписываем из справочника паспортные данные. Измеряем на плане расстояние от ТП до данного объекта, выписываем марку и сечение провода. Все данные наносим на схему.
Методика проверки низковольтной сети на запуск двигателя описана и приведены примеры в (/2/ стр. 269-272)
Наиболее простой метод проверки описан в (/3/ стр. 230-231)
Пусковой ток асинхронного короткозамкнутого двигателя в 4…7 раз больше его номинального значения. Вследствие этого потеря напряжения в сети при пуске может в несколько раз превышать потерю при нормальной работе, а поэтому напряжение на двигателе будет значительно ниже, чем в обычном режиме.
При пуске электродвигателя напряжение па зажимах, с любого из работающих двигателей не должно снижаться больше, чем на 20% номинального напряжения сети. Если двигатель запускается от трансформатора через воздушную линию, потеря напряжения при пуске с учетом соединительной линии приблизительно равна:
(26)
где ZC — полное сопротивление сети для пуска двигателя от трансформатора,
ZЭЛ — полное сопротивление короткого замыкания асинхронного электродвигателя.
(27)
где ZЛ — полное сопротивление линии
ZТ — полное сопротивление трансформатора ( /1/ стр. 138 табл.7.1).
Сопротивление активное и индуктивное линий.
где г0 и х0 — удельное линейное активное и индуктивное сопротивление Ом/м
l – длина линии, м.
Полное сопротивление линии.
(29)
Полное сопротивление короткого замыкания асинхронного электродвигателя определяется по формуле:
где UН — номинальное напряжение электродвигателя, кВ;
1Н — номинальный ток электродвигателя, А;
КП— кратность пускового тока электродвигателя.
Приведенный метод расчета дает приближенные результаты и пригоден для ориентировочных оценок возможности запуска электродвигателя в данных условиях. Точные расчеты требуют знания характеристик электродвигателей и приводимых ими рабочих машин, которые даны в специальной литературе.
Во всех случаях, когда начальный момент приводного механизма не превышает 1/3 номинального момента электродвигателя, допускаю понижение напряжения в момент пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя на его зажимах до 30%. Этими условиями обычно удовлетворяют все приводы с ременной передачей, а из числа приводов с непосредственным соединением электродвигателя с механизмом- приводы центробежных насосом, вентиляторов и им подобные.
Пример расчета:
Наибольшую установленную мощность двигателя имеет водокачка (объект 16) запитанная линиями 9 и 10, а так же этот потребитель самый отдалённый от ЗТП. Мощность водокачки Р=8 кВт. Для этой мощности выписываем паспортные данные асинхронного электродвигателя:
Электродвигатель АИР32S4У3, Рн = 7,5 кВт, IH= 15,1 А, Кп=7,5, n = 1440 об/мин, КПД = 87,5%, cos φ = 0,86.
На плане измеряем расстояние от ТП до данного объекта, выписываем марку и сечение провода и заносим на рисунок 6.
Рисунок 28 – Схема электроснабжения водокачки
Определим полное сопротивление сети от трансформатора, Ом:
Zc= ZЛ+ Zт
где ZЛ – полное сопротивление линии, Ом
ZТ = 28,7 – полное сопротивление короткого замыкания трансфор-
матора, мОм, таблица 7.
где Rл – линейное активное исопротивление, мОм:
Rл = r0 ∙ L =
= 3,1 ∙ 186 = 50,4 мОм
где r0 = 3,1 мОм/м – удельное активное сопротивления для кабеля ААШВ 3х10+1х6;
L – длина линии до самого мощного двигателя, м.
Zc= 576,6 + (28,7/2) = 591 мОм=0,591 Ом
Определим полное сопротивление короткого замыкания электродвигателя, Ом.:
;
где IH– номинальный ток двигателя, А;
КП – кратность пускового тока.
Ом
Определим по формуле потерю напряжения при запуске двигателя, %
Условие не выполняется, а следовательно электродвигатель не запустится, по этому на данной линии принимаем сечение на порядок выше / 11/, а именно кабель ААШВ 3х16+1х10 мм2. Произведем перерасчет с учетом принятого кабеля:
Определим линейное активное исопротивление, мОм
Rл = 1,94 ∙ 186 = 361 мОм
Определим полное сопротивление линии, Ом:
Zл = Rл = 361 мОм
Определим по формуле потерю напряжения при запуске двигателя, %
Условие выполняется, а следовательно двигатель запустится.
studfiles.net