Пуск асинхронного двигателя
Пусковые свойства двигателей.
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.
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
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.
Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:
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.
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.
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.
FAQ по электродвигателям | Техпривод
Пусковые режимы переключением «звезда-треугольник»
Вариант с переключением схемы обмоток применим только на электродвигателях, где начальные и конечные проводники всех трёх обмоток статора выведены на клеммы БРНО. Кроме того, обмотка мотора должна иметь исполнение, когда соединение треугольником соответствует сетевому напряжению.
ПМ = 0.2 — 0.5 НПМ (номинальный пусковой момент)
Скорость электродвигателя стабилизируется при балансировке и резистивных крутящих моментах, как правило, на уровне 75-85% от номинальной скорости. Затем обмотки соединяются «треугольником», после чего электродвигатель восстанавливает рабочие характеристики.
Переход от соединения «звезда» на соединение «треугольник», как правило, контролируется таймером. Контактор «треугольника» закрывается спустя 30-50 миллисекунд после открытия контактора «звезды». Этой последовательностью предотвращается короткое замыкание между фазами.
Течение тока через обмотки нарушается, когда контактор «звезды» открывается и восстанавливается вновь, когда закрывается контактор «треугольника». В этот момент (сдвиг на «треугольник») формируется короткий, но сильный переходный пик тока по причине противоэлектродвижущей силы электродвигателя.
Пусковые режимы асинхронных электродвигателей — ZetSila
- Автотрансформатор подключается к обмоткам мотора, соединённым «звездой». Понижение напряжения регулируется коэффициентом трансформации путём автоматического выбора оптимального отношения.
- Режим «звезды» остаётся активным до перехода на полное напряжение. Питание осуществляется через часть катушки индуктивности, соединённой последовательно с обмоткой электродвигателя. Операция продолжается до набора оптимальной скорости вращения.
- Полное соединение. На эту часть процесса отводятся миллисекунды. Часть обмотки автотрансформатора, последовательно включенной с двигателем, замыкается накоротко, после чего автотрансформатор отключается.
Пусковые режимы с питанием части обмотки
Подобный вариант режима пуска асинхронного электродвигателя — редкость для России и Европы. Эта схема на пусковые режимы электродвигателей распространена в США (для моторов напряжением 230/460В).
Такие двигатели имеют обмотку статора, разделенную на две параллельные обмотки, с выводом шести или двенадцати концевых проводников. Этот вариант, по сути, эквивалентен двум «половинным моторам» равной мощности.
В режиме запуска один «половинный двигатель» подключается непосредственно к полному напряжению сети. Пусковой ток и крутящий момент делятся примерно на два. Крутящий момент, однако, существенно больше, чем для электродвигателя с короткозамкнутым ротором равной мощности в режиме пуска «звезда-треугольник».
Конечным этапом режима пуска становится подключение к сети второй обмотки. В этот момент, текущий пиковый ток отмечается низким уровнем и протекает кратковременно, потому что электродвигатель не отключается от сети и уже частично раскручен.
На что он влияет?
Описываемый нами показатель характеризует еще одну величину АКБ — пусковую мощность.
Данный показатель имеет ключевое значение для регионов с низкими среднегодовыми температурами и холодными зимами.
По мощности источника питания можно судить, насколько батарея может справиться с пуском мотора в критически низких температурах.
Во время испытания используется специальная нагрузка, схожая по своим характеристикам со стартером.
Разряд током производится до тех пор, пока напряжение не опустится до шести вольт. При этом в паспортные данные АКБ вносятся интервалы, при которых осуществлялись измерения и съем показаний.
По времени стартерного разряда можно судить о состоянии аккумуляторной батареи и ее энергетическом запасе (емкости). При этом чем больше номинальная емкость АКБ, тем большее число попыток придеться сделать хозяину для заводки силового узла.
Важно учитывать, что параметр пускового тока может различаться у абсолютно идентичных по внешнему виду АКБ.
Как правило, данный параметр зависит от свойств материалов, которые использовались в процессе создания аккумулятора, а также от ряда конструктивных особенностей.
Так, пусковое значение тока может возрастать в случае роста пористости применяемых свинцовых пластин, повышения их числа, применения ортофосфорной кислоты и так далее.
На практике наибольший пусковой ток выдают АКБ, выпускаемые для дизельных моторов.
К примеру, при емкости в 55 А/ч пусковой ток для бензинового мотора может достигать 255 Ампера. В то время как аналогичная батарея для дизельного мотора — 300 Ампер.
Если во время покупки вы увидели, что при идентичных основных параметрах пусковой ток источника питания больше, то можно смело выбирать данное устройство.
В холодную погоду такой аккумулятор может выручить и позволит без особых сложностей завести мотор.
При этом не нужно бояться, что завышенная величина как-то негативно скажется на оборудовании автомобиля или определенных его параметрах. Все, на что имеет действие параметр пускового тока, так это на надежность пуска.
Как уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя
- 6 — параметр, который указывает на количество элементов в источнике питания. Здесь речь идет о шести банках с напряжением по два Вольта каждая;
- СТ — назначение самого аккумулятора (стартерный);
- 55 — емкость источника питания, выражается в Ампер-часах;
- П — материал, из которого изготовлен блок изделия (в данном случае — полипропилен);
- М — мирпласт (материал, используемый для сепаратора).
Заводские характеристики АКБ, которые влияют на ее работу
Каждая АКБ имеет ряд параметров, которые стоит учитывать при выборе.
Как уже упоминалось выше, мощность источника питания зависит от параметра разрядного тока и среднего показателя напряжения.
Все показатели измеряются через идентичные временные промежутки. При этом расчет мощности осуществляется по простой формуле:
где параметр P — мощность аккумулятора В*А; I — разрядный ток, А; U — напряжение разряда, Вольт.
Во время пуска силового узла и работы стартера номинальный параметр напряжения снижается, ток заряда, наоборот, возрастает.
Если говорить простым языком, то повышение потребляемой мощности источником питания во время пуска приводит к падению уровня напряжения на его клеммах.
При этом чем меньше уровень напряжения, тем хуже стартер будет выполнять свою работу и проворачивать коленвал.
Несложно сформировать и обратную зависимость — чем большую мощность имеет АКБ, тем больше оборотов сделает стартер во время пуска силового узла. Это, в свою очередь, позволит быстрее завести мотор.
FAQ по электродвигателям
Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они имеют сравнительно простую конструкцию и относительно недороги.
В быту также применяют коллекторные (щеточные) электродвигатели переменного тока, которые имеют низкую надежность по сравнению с асинхронными.
2. Какие способы управления электродвигателями используются на практике?
Для обеспечения требуемого разгона и торможения без изменения рабочей частоты применяют устройство плавного пуска (УПП). Если нужно управлять только разгоном двигателя, используют схему включения «звезда-треугольник».
Для запуска двигателей без ПЧ и УПП широко применяются контакторы, которые позволяют дистанционно управлять пуском, остановом и реверсом.
3. Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?
Асинхронный электродвигатель, как правило, имеет три обмотки. У каждой обмотки есть по два вывода, которые должны быть обозначены в клеммной коробке двигателя. Если выводы обмоток известны, то можно легко прозвонить каждую из них и сравнить величину сопротивления с остальными обмотками. Если величины сопротивлений отличаются не более, чем на 1%, то скорее всего, обмотки исправны.
Сопротивление обмоток электродвигателя измеряется с помощью омметра, как и сопротивление обмоток трансформатора. Чем больше мощность двигателя, тем меньше сопротивление его обмоток, и наоборот.
Также мощность можно определить по нагрузке и по настройкам защитных устройств, через которые питается двигатель (мотор-автомат, тепловое реле).
Еще один способ – включаем двигатель на номинальную мощность, обеспечив нужную нагрузку на валу. После этого измеряем токоизмерительными клещами ток, который должен быть одинаков по всем обмоткам. Для приблизительной оценки мощности асинхронного двигателя, подключенного по схеме «звезда», нужно разделить номинальный измеренный ток на 2.
5. Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?
Управление скоростью вращения двигателя необходимо в трех режимах работы – при разгоне, торможении, и в рабочем режиме.
Наиболее универсальный способ управления оборотами — использование частотного преобразователя. Настройками ПЧ можно добиться любой частоты вращения в пределах технической возможности. При этом можно управлять и другими параметрами электродвигателя, а также следить за его состоянием во время работы. Частоту можно менять и плавно, и ступенчато.
Управление оборотами двигателя в режиме разгона и торможения возможно при использовании УПП. Это устройство позволяет значительно снизить пусковой ток за счет плавного разгона с медленным увеличением оборотов.
6. Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?
Бывает так, что известен ток асинхронного двигателя (по измерениям в номинальном режиме или по шильдику), но неизвестна его мощность. Как в таком случае рассчитать мощность? Обычно используют следующую формулу:
Как маркируются АКБ
- износ подшипников и повышенное механическое трение
- увеличение нагрузки на валу
- перекос напряжения питания
- пропадание фазы
- замыкание в обмотке
- проблема с обдувом (охлаждением)
Плавный пуск
Плавное включение электрического мотора возможно при наличии устройства плавного пуска (софтстартера). Его задачей является удержание параметров двигателя в безопасных рамках на протяжении всего времени запуска. Такое устройство исключает перегрев мотора, разрушение обмоток и негативное воздействие на питающую сеть.
Логичным способом снижения пускового тока стало снижение напряжения, подаваемого на статор в момент запуска, с его постепенным увеличением при разгоне двигателя.
Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.
Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:
Работа контакторов не привязывается к реальному значению тока, они либо переключаются вручную, либо перебираются с помощью реле времени автоматически.
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:
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.
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.
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.
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.
Выбор АКБ для автомобиля
Звезда-треугольник
Схема «звезда-треугольник» подразумевает двухэтапное безопасное подключение электрического двигателя:
- Сперва мотор запускается в рамках схемы «Звезда», которая подразумевает использование низких пусковых токов. Некоторое время двигатель питается по этой схеме и плавно набирает обороты.
- После набора определенного числа оборотов в минуту мотор переключается на схему «Треугольник», которая требует для работы высокие пусковые токи. Здесь двигатель выходит на проектную мощность.
Для реализации данной схемы пуска потребуется трехполюсный выключатель, три контактора, тепловое реле и реле времени. Преимущества этого типа запуска аналогичны преимуществам плавного пуска, описанного выше.
Расчет КПД электродвигателя
Онлайн расчет КПД (коэффициента полезного действия) электродвигателя
Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя производится по следующей формуле:
- P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателялибо определяется рассчетным путем);
- U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
- I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется расчетным путем);
- cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);
Оказались ли полезны для Вас данные онлайн калькуляторы? Или может быть у Вас остались вопросы? Напишите нам в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.
| P2 kWt | In, A (1×230) | Ist/In (1×230) | In, A (3×400) | Ist/In (3×400) |
| 0.37 | 3.95 | 3.4 | 1.40 | 3.7 |
| 0.55 | 5.80 | 3.5 | 2.20 | 3.5 |
| 0.75 | 7.45 | 3.6 | 2.30 | 4.7 |
| 1.1 | 7.30 | 4.3 | 3.40 | 4.6 |
| 1.5 | 10.2 | 3.9 | 4.20 | 5.0 |
| 2.2 | 14.0 | 4.4 | 5.50 | 4,7 |
Пуск асинхронного двигателя
- К — Кратность пускового тока, данная величина берется из паспорта электродвигателя, либо из каталожных данных (в приведенном выше онлайн калькуляторы кратность пускового тока определяется приблизительно исходя из прочих указанных характеристик электродвигателя).
Пример возможности пуска электродвигателя 380 В
В момент пуска двигателя 4А250М2 У3 работает подключенный к шинам двигатель 4А250S2 У3 мощностью 75 кВт с напряжением на зажимах 365 В. Напряжение на шинах 0,4 кВ при пуске двигателя равно Uш = 380 В.
1. Определяем длительно допустимый ток двигателя Д1:
где: Kпуск = 7,5 – кратность пускового тока, согласно паспорта на двигатель;
3. Определяем величину активного и индуктивного сопротивления для алюминиевого кабеля марки ААБ сечением 3х70 мм2 на напряжение 6 кВ от шин подстанции 2РП-1 до трансформатора типа ТМ 320 кВА, значения сопротивлений берем из таблицы 2.5 [Л2.с 48].
Получаем значения сопротивлений Rв = 0,447 Ом/км и Хв = 0,08 Ом/км.
Эти сопротивления необходимо привести к стороне низшего напряжения трансформатора, так как двигатель подключен к сети низшего напряжения. Из таблицы 8 [Л1, с 93] для номинального коэффициента трансформации 6/0,4 кВ и ответвления 0% находим значение n=15.
4. Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля по отношению к сети низшего напряжения по формуле [Л1, с 13]:
5. Определяем сопротивление кабеля длиной 850 м от подстанции 2РП-1 до трансформатора 6/0,4 кВ:
6. Определяем сопротивление трансформатора мощностью 320 кВА, 6/0,4 кВ по таблице 7 [Л1, с 92,93].
7. Определяем сопротивления линии от шин подстанции 2РП-1 до шин низшего напряжения подстанции:
8. Определяем сопротивление кабеля длиной 80 м марки ААБ 3х95 мм2 от шин низшего напряжения до зажимов двигателя:
где: R = 0,329 Ом/км и Х = 0,06 Ом/км -значения активных и реактивных сопротивлений кабеля определяем по таблице 2-5 [Л2.с 48].
9. Определяем суммарное сопротивление линии от подстанции 2РП-1 до зажимов двигателя:
