Что такое прямой пуск двигателя

Устройство автомобилей

Системы пуска двигателя

Система пуска обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя, поскольку сам двигатель в неподвижном состоянии не создает вращающего момента, и без внешнего источника энергии не запустится.
Для того, чтобы вдохнуть в двигатель жизнь, его коленчатому валу нужно сообщить определенную начальную (пусковую) частоту вращения, после чего начинают протекать газообменные и термодинамические процессы в цилиндрах, а также функционировать основные системы, обеспечивающие работу двигателя – питания, зажигания, смазки. В цилиндры двигателя начинает поступать горючая смесь (у дизелей – чистый воздух), в нужный момент на свечи зажигания подается искрообразующий электрический импульс, либо впрыскивается порция топлива (у дизелей), а система смазки обеспечивает снижение сил трения при работе механизмов двигателя – двигатель запускается и начинает работать самостоятельно.

При первоначальном проворачивании коленчатого вала системе пуска необходимо преодолеть моменты сопротивления следующих составляющих:

• момент сил трения, возникающих между поверхностями сопряженных деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, имеющих привод от коленчатого вала;
• момент инерционных сил, которые появляются в процессе разгона двигателя, создаваемых движущимися деталями. Основную долю момента инерционных сил составляет момент инерции маховика;
• момент сопротивления тепловых циклов горючей смеси, определяемый затратами энергии на расширение и сжатие заряда в цилиндрах двигателя. Эта составляющая зависит от величины компрессии в цилиндрах, степени сжатия и рабочего объема двигателя.

Суммарный момент сопротивления зависит, также, от типа и мощности двигателя, а также от его температуры и технического состояния. Так, с понижением температуры увеличивается вязкость масла смазывающей системы, что приводит к увеличению момента сил трения.

Система пуска должна обладать достаточной мощностью, чтобы преодолеть моменты сопротивления, заставив вращаться коленчатый вал с частотой, необходимой для запуска двигателя. За все время существования двигателей внутреннего сгорания изобретатели и конструкторы разработали и испробовали на практике разнообразные способы пуска двигателей. И в современных двигателях можно встретить разные по принципу действия и конструкции пусковые устройства. При этом используемый в двигателе способ пуска во многом определяется назначением и характером работы машины, а также условиями, в которых она эксплуатируется.

Классификация систем пуска двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно запустить, раскручивая коленчатый вал различными способами:

Мускульный пуск

Мускульный пуск осуществляется вручную при помощи пусковой рукоятки (или другого аналогичного устройства), либо проворачиванием вывешенного ведущего колеса, когда второе ведущее колесо заторможено (опирается на дорогу и не вращается благодаря дифференциалу).
В данном способе источником энергии для проворачивания коленчатого вала двигателя является мускульная сила человека.

Мускульный пуск применяется на современных автомобилях только в случае отказа штатной системы пуска. Он достаточно опасен с точки зрения травмирования человека, поэтому требует особой осторожности при применении. Запускать дизельный двигатель при помощи мускульного пуска значительно сложнее и опаснее, чем двигатель с принудительным воспламенением из-за высокой степени сжатия в цилиндрах.
В последние годы на легковых автомобилях производителями не предусматриваются штатные устройства для мускульного пуска двигателя.

Пуск методом буксировки

Методом буксировки двигатель можно запустить при помощи другого транспортного средства либо с использованием мускульной силы группы людей или животных (лошадей, мулов и т. п.).
Буксированием автомобиль разгоняется до некоторой скорости, после чего водитель включает передачу КПП (обычно 3-ю) и плавно включает сцепление, заставляя коленчатый вал крутиться.
Данный метод пуска двигателя не применим для автомобилей, оборудованных автоматической коробкой передач.

Пуск от электродвигателя

Пуск от электрического двигателя постоянного тока — стартера, использующего для своей работы энергию аккумуляторной батареи автомобиля. Этот способ наиболее удобен и практичен, поэтому применяется в подавляющем большинстве систем пуска современных автомобильных двигателей.
Стартер конструктивно объединяет электродвигатель постоянного тока, привод с обгонной муфтой, соединяющий стартер с венцом маховика, и электрическое реле включения электродвигателя.

Пуск с помощью вспомогательного двигателя — «пускача»

Пуск основного двигателя от вспомогательного двигателя внутреннего сгорания малой мощности, который запускается от других источников энергии, в том числе – вручную. Этот способ нередко применяется в тракторных двигателях, поскольку позволяет легко запустить двигатель большой мощности с высокой степенью сжатия, свойственной дизелям, мало зависит от степени заряда аккумуляторной батареи, поэтому применим в любых условиях, в том числе вдали от населенных пунктов.
В качестве пусковых двигателей обычно используют небольшие карбюраторные двигатели, называемые «пускачами».

Пневматический пуск

Пневматический пуск осуществляется с использованием энергии сжатого воздуха, который накапливается в специальных баллонах при работе основного двигателя. Этот способ пуска ДВС в автомобильном транспорте применения не нашел; его чаще используют для запуска судовых и тепловозных двигателей, а также дизелей тяжелой бронетанковой техники.

Инерционный пуск

Инерционный пуск с использованием энергии вращающегося маховика, накопившего энергию во время работы двигателя — может использоваться для запуска двигателя после кратковременной остановки. Впрочем, известны инерционные системы пуска, в которых тяжелый маховик первоначально раскручивался вручную, после чего его энергия использовалась для пуска двигателя и после длительной стоянки.
К инерционному пуску можно отнести пуск двигателя, заглохшего во время движения транспортного средства – включение какой-либо передачи КПП при плавном включении сцепления позволяет раскрутить коленчатый вал от вращающихся колес. Такой способ пуска двигателя иногда еще называют ротационным.

Непосредственный пуск

Непосредственный пуск (Direct Start) – перспективный способ пуска двигателя внутреннего сгорания без применения внешних источников механической энергии, предложенный известной фирмой Bosch.
Оригинальность этого способа пуска заключается в том, что с помощью бортового компьютера определяется, какой из цилиндров двигателя наиболее подходит для выполнения такта рабочего хода (поршень находится чуть за пределами верхней мертвой точки), после чего в него подается и воспламеняется небольшая порция горючей смеси – двигатель начинает работать.
По ряду причин этот способ можно использовать в двигателях с числом цилиндров не менее четырех.

Работы над воплощением этой идеи в настоящее время ведутся, и вполне возможно, электрическую систему пуска заменит более эффективный и удобный непосредственный пуск.

Пиротехнический пуск

Еще один редкий способ запуска двигателя. Пиротехнический пуск — способ с использованием пиротехнических веществ, например, пороха, не получивший применения на автомобилях. Этот способ технологически похож на пневматический пуск, и отличается тем, что не требует запаса сжатого воздуха — давление пуска обеспечивают пороховые газы, образующиеся при сгорании пиропатрона, который можно воспламенить электрической искрой или ударом обыкновенного молотка по капселю.
В настоящее время пиротехнический пуск используется на некоторых моделях снегоходов и моторных судовых шлюпок, поскольку удобен тем, что в некоторых условиях для пуска двигателя другие источники энергии недоступны.

Основное требование, предъявляемое к системам пуска двигателя – обеспечение достаточной частоты вращения коленчатого вала, для чего необходим крутящий момент определенной величины. При этом система пуска должна надежно функционировать в любых условиях эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, и минимально расходовать запасы собственных источников энергии транспортного средства.

Вспомогательные устройства пуска двигателя

К системе пуска относятся и устройства, облегчающие пуск холодного двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды. Такие устройства в момент пуска холодного двигателя позволяют улучшить искрообразование (в двигателях с принудительным воспламенением смеси), обеспечить подачу в цилиндры горючей смеси необходимого качества и количества, выполняют продувку цилиндров, а также предварительный подогрев горючей смеси, смазочного материала, охлаждающей жидкости и деталей основных механизмов двигателя.

Особенно затруднен пуск холодного двигателя, оборудованного газовой и дизельной системой питания в зимнее время. Здесь, наряду с перечисленными выше причинами, имеют место и специфические трудности пуска, обусловленные характеристиками используемого топлива и типом системы питания.
Так, газовое топливо при выходе из баллонов нуждается в подогреве (газообразное) или испарении (жидкий газ). Для того, чтобы подогреватель или испаритель начали функционировать, необходимо изначально запустить и прогреть двигатель, поскольку в подогревателе используются отработавшие газы, а в испарителе — горячая жидкость системы охлаждения. Очевидно, в холодном состоянии системы двигателя не могут обеспечить нормальный подогрев газа перед подачей его в редуктор и смеситель. Поэтому пуск двигателя в газобаллонных автомобилях обычно осуществляется на бензине, а после некоторого прогрева двигателя переключают систему питания на газообразное топливо.

Для дизелей дополнительной причиной затруднения пуска является холодный воздух. Поскольку дизельный двигатель использует для воспламенения горючей смеси сильное сжатие воздуха, то очевидно, что холодный воздух при одной и той же степени сжатия прогреется меньше, чем теплый воздух, и воспламенение смеси будет затруднено или даже невозможно. Кроме того, высокая степень сжатия в дизелях, характеризующаяся значительным компрессионным сопротивлением, создает дополнительное препятствие работе системы пуска (стартера или пускового двигателя), и при запуске трудно раскрутить коленчатый вал до нужной частоты.
Для устранения описанных причин затрудненного пуска дизелей применяются такие конструкторские решения, как предварительный подогрев воздуха во впускном трубопроводе с помощью специальных электронагревательных свечей, а также декомпрессоры — устройства, снижающие компрессию двигателя в момент раскручивания коленчатого вала перед пуском двигателя. Декомпрессоры обычно открывают клапана (впускной, выпускной или оба), что облегчает стартеру раскручивание коленчатого вала до нужной частоты, а после отключения декомпрессора двигатель запускается.
Кроме того, декомпрессор может быть использован для аварийной остановки двигателя в случае необходимости — снижение компрессии в цилиндрах исключает возгорание горючей смеси, и дизель глохнет.
Конструктивно декомпрессор представляет собой систему тяг и рычагов с ручным или электромагнитным приводом, воздействующих на штанги толкателей и открывающих клапаны ГРМ.

В условиях очень низких температур для облегчения пуска двигателя нередко применяют эфиросодержащие жидкости, впрыскиваемые в небольшом количестве во впускной тракт системы питания.

В холодное время года наиболее удобным и надежным средством облегчения пуска двигателей являются предпусковые подогреватели.

Пуск двигателя через понижающий автотрансформатор

Пуск двигателя через понижающий автотрансформатор

При пуске двигателя через понижающий автотрансформатор (рисунок 3) вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубильник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное напряжение U/1.

Рисунок 3. Схема автотранс­форматорного способа пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в Ка раз, где Ка — коэффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К^2а раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в КА раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет КаКа = К^2а раз. Например, если кратность пускового тока асинхронного двигателя при непосредственном его включении в сеть составляет Iп / I1ном = 6 , а напряжение сети 380 В, то при автотрансформатор¬ном пуске с понижением напряжения до 220 В кратность пускового тока в сети I/п/ I1ном = 6/ (380/220)^2 = 2 .

После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1 размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением рубильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U1 = (0,50÷0,60)U1ном, на второй — U1 = (0,70÷0,80)U1ном и, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напряжение U1ном.

Автотрансформаторный способ пуска сопровождается уменьшением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьшения пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в питающей сети уменьшается в U/1/ U1ном раз, а при автотрансформаторном — в (U/1/ U1ном)^2 раз. Но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (понижающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) несколько ограничивают применение этого способа пуска асинхронных двигателей.

Влияние отрицательных последствий прямого пуска асинхронного двигателя на двигатель, рабочий механизм и питающую сеть Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пантель Олег Валентинович

В статье рассматривается влияние отрицательных последствий прямого пуска асинхронного двигателя (АД) на двигатель, рабочий механизм и питающую сеть. Описываются недостатки прямого пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором , последствия действий данных факторов и преимущества использования устройств плавного пуска .

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Пантель Олег Валентинович

Текст научной работы на тему «Влияние отрицательных последствий прямого пуска асинхронного двигателя на двигатель, рабочий механизм и питающую сеть»

Влияние отрицательных последствий прямого пуска асинхронного двигателя на двигатель, рабочий механизм и питающую сеть Пантель О. В.

Пантель Олег Валентинович /Pantel Oleg Valentinovich — заведующий лабораторией электромеханики,

кафедра электрических сетей и систем,

Институт ядерной энергии и промышленности,

Севастопольский государственный университет, г. Севастополь

Аннотация: в статье рассматривается влияние отрицательных последствий прямого пуска асинхронного двигателя (АД) на двигатель, рабочий механизм и питающую сеть. Описываются недостатки прямого пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, последствия действий данных факторов и преимущества использования устройств плавного пуска.

Ключевые слова: прямой пуск асинхронного двигателя, короткозамкнутый ротор, электродвигатель, плавный пуск.

Прямой пуск — самый распространенный метод пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатель подключается непосредственно к питающей сети через пускатель. При этом асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором развивает высокий пусковой крутящий момент с относительно малым временем разгона. Этот метод обычно используется для двигателей малой и средней мощности, которые достигают полной рабочей частоты вращения за короткое время.

К недостаткам прямого пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором можно отнести:

— высокое потребление тока и соответствующее падение напряжения, что может повредить другим частям системы, подключенным к сети;

— интенсивное ускорение, которое оказывает негативное влияние на компоненты механических передач (ремни, цепи, механические соединения и т. д.), сокращая срок их службы.

Электродвигатель — во время пуска на холостом ходу, когда происходит активное сопротивление его роторной цепи, начинает выделяться тепловая энергия, которая равна кинетической энергии маховых масс, которые приводятся в движение, а во время пуска под нагрузкой количество выделяемой электрической энергии увеличивается.

Выделение электрической энергии в любой цепи выбранного статора чаще всего несколько больше, чем в роторной. Во время частых пусков и во время довольно тяжелых условиях пуска, когда все маховые массы приводимых в движение механизмов большие, часто возникает опасность что электродвигатель перегреется. Количество пусков асинхронного двигателя за один час, допустимое по условиям его нагрева, будет больше, чем будет меньше номинальная мощность двигателя и соответственно, чем меньше соединение с его валом. Во время подачи полного напряжения на выбранный статор любой асинхронной машины имеют место два отрицательных фактора, а точнее: — колебательно затухающий характер данного пускового момента двигателя, — довольно большая кратность начального пускового тока двигателя [3, 4].

Последствия действий данных факторов.

Электродвигатель имеет значительный по величине пусковой ток, что приводит к сильным просадкам напряжения на питающих шинах выбранной подстанции (во время соизмеримой мощности двигателя и трансформатора), что может нарушить работу других потребителей и самого двигателя (торможение/пуска). Большой пусковой ток может вызвать также приличные термические перегрузки обмотки, в результате чего может появиться возможность ускорения старения всей изоляции, ее повреждение, в результате может образоваться межвитковое короткое замыкание. Чувствительным колебанием момента двигателя на самом начальном этапе пуска, которые могут быть выше 4-5 кратного значения заранее заданного (номинального) момента, могут создать лишние проблемы для работы данного механизма (любой кинематической цепи, вплоть до скручивания всех валов). Именно поэтому метод пуска электродвигателя, который напрямую подключен к сети, имеет три очень серьёзные недостатки — влияние на сеть, на сам двигатель и на технологический процесс.

Влияние на питающую сеть. Во время питания от автономных генераторов, особенно в самом конце линии электрических передач, падение напряжения на внутреннем сопротивлении выбранного источника питания и данной линии во время протеканий достаточно больших пусковых токов электродвигателя может привести к просадке напряжения в целой сети, что, конечно, отрицательно сказывается на работе любого другого подключенного к ней оборудования (терминалы релейной защиты, связь, компьютеры, контроллеры и другие), а сам электродвигатель имеет шанс не запуститься по причине уменьшения его момента пропорционально квадрату данной просадки напряжения.

Влияние на сам электродвигатель. Самые пиковые броски тока, которые происходят в переходном процессе пуска (от 6 до 10 по отношению к заданному (номинальному)), могут привести к значительным нагрузкам на всех проводниках, которые расположены в лобовой части обмотки электрического двигателя, что в результате приводит к ослаблению бандажирования обмотки, преждевременному выходу электродвигателя из рабочего состояния и постепенному нарушению изоляции по причине короткого замыкания всех витков обмотки [1].

Влияние на технологический процесс. Самые пиковые моменты переменного знака, которые развиваются электродвигателем во время пуска (от 4 до 5 кратные по отношению к заданному (номинальному)), могут привести к медленному повышению зазоров в механических соединениях между механизмом и электродвигателем, кроме этого, в другом ряде случаев вредно сказываются на всем технологическом процессе, где данные нагрузки крайне недопустимы (к примеру, магистральные конвейеры, когда осуществляется вытягивание приводного ремня, смесители и вентиляторы в случае опасности деформирования, системы транспортировки развешанных, поломка рабочих колес и насосов, хрупких или уложенных материалов во время их раскачивания, рассыпания или падения и тому подобное) [2].

Электродвигатель и преимущества плавного пуска.

Использование устройств плавного пуска дает возможность: устранить все рывки в механической части привода в момент останова и пуска электродвигателя; увеличить период службы электродвигателя; уменьшить вероятность перегрева электродвигателя; снизить ударные перегрузки с помощью уменьшения пусковых токов электродвигателя. Вместе с эффектом от плавного пуска данное устройство плавного пуска дает возможность уменьшить мгновенную активную используемую мощность, существенно уменьшить реактивную мощность, снизить шум, защитить электродвигатель, вибрацию и нагрев электродвигателя.

1. Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением. М.: Академия, 2006. 265 с.

2. Браславский И. Я., Ишматов З. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Академия, 2004. 256 с.

3. АметистоваЕ. В. Основы современной энергетики. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 632 с.

4. Бурман А. П. Строев В. А. Современная электроэнергетика. М.: Академия, 2004. 256 с.

Особенности и способы пуска асинхронного двигателя

Схемы пуска двигателей в ход должны предусматривать создание большого пускового момента при небольшом пусковом токе и, следовательно, при небольшом падении напряжения при пуске. При этом может требоваться плавный пуск, повышенный пусковой момент и т. д.

На практике применяются следующие способы пуска:

1. непосредственное присоединение к сети — прямой пуск;

Прямой пуск применяется для двигателей с короткозамкнутым ротором. Для этого они проектируются так, чтобы пусковые токи, протекающие в обмотке статора, не создавали больших механических усилий в обмотках и не приводили к их перегреву. Но при прямом пуске двигателей большой мощности в сети могут возникать недопустимые, более 15%, падения напряжения, что приводит к неустойчивой работе пусковой аппаратуры (дребезжание), подгоранию контактов и практически к невозможности пуска.

2. понижение напряжения при пуске;

Применяется для двигателей средней и большой мощности при ограниченной мощности сети. На обмотку статора подается пониженное напряжение. Напряжение можно регулировать с помощью включения добавочных сопротивлений в цепь статора, автотрансформатора, полупроводникового регулятора напряжения. Также, если при нормальной работе двигателя соединены «треугольником», то при пуске они первоначально соединяются «звездой». При этом пусковые токи уменьшаются в три раза.

Основным недостатком этих методом является снижение пускового момента.

3. включение сопротивления в цепь ротора в двигателях с фазовым ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Недостатком данного способа является его относительная сложность и необходимость применения более дорогих двигателей с фазным ротором. В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска, когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент.

32.Какими способами можно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя?

Частота вращения асинхронного двигателя

n = n₁ (1 – s) = (60f₁/p) (1-s)

Из этого выражения видно, что ее можно регулировать, изменяя частоту f₁ питающего напряжения, число пар полюсов р и скольжение s. Скольжение при заданных значениях момента на валу М_вн и частоты f₁ можно изменять путем включения в цепь обмотки ротора реостата.

Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения.Этот способ требует наличия преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. Такой способ регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя является весьма перспективным.

Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Этот способ позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. Для этой цели отдельные катушки 1, 2 и 3, 4, составляющие одну фазу, переключаются так, чтобы изменялось соответствующим образом направление тока в них (например, с последовательного согласного соединения на встречное). При изменении числа полюсов изменяется частота вращения n₁ магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения n его ротора. В асинхронном двигателе число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора. В короткозамкнутом роторе это условие выполняется автоматически и при переключении обмотки статора никаких изменений в обмотке ротора выполнять не требуется.

Такой способ регулирования частоты вращения используется только в двигателях с коротко-замкнутым ротором.

Регулирование путем включения в цепь ротора реостата. Это способ регулирования может быть использован только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, поэтому его используют только при кратковременных режимах работы двигателя (при пуске и пр.).

Изменение направления вращения.Для изменения направления вращения двигателя нужно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка чередования тока в фазах обмотки статора.

33.Что такое скольжение, как оно определяется и какова его роль в работе асинхронного двигателя?

Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (n=n₀). При этом в обмотке ротора ЭДС E₂ будет равна нулю. Ток в обмотке ротора I₂=0, электромагнитный момент M тоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться несинхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя – асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки. Для сравнения частоты вращения магнитного поля n₀ и ротора n ввели коэффициент, который назвали скольжением и обозначили буквойS. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

При пуске в ход асинхронного двигателя n=0,S=1. В режиме идеального холостого хода n=n₀,S=0. Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Устройство ограничения пускового тока асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Эксплуатация асинхронных электрических двигателей тесно связана с необходимостью ограничения пусковых токов для сохранности моторов. Ограничение величины пусковых токов осуществляется в ходе выбора той или иной схемы запуска электродвигателя. На практике широко используются следующие типы запуска двигателя:

• прямой пуск;
• плавный пуск;
• звезда-треугольник;
• частотное регулирование.

Рассмотрим каждый из представленных выше способов пуска асинхронного электродвигателя более подробно.

Прямой пуск

Это наиболее популярный способ включения асинхронного электрического двигателя. Требуется всего одно действие – включение мотора в электросеть на зафиксированной частоте и номинальном напряжении тока. После прямого запуска электромотор начинает набирать обороты с высокой скоростью. Главное достоинство этой схемы – выгода с экономической точки зрения. Прямой пуск можно выполнять без использования иных устройств, на установку которых нужны дополнительные средства. Есть у этого типа запуска и недостатки.

Прямой пуск подходит исключительно для маломощных моторов, т. к. их пусковые токи не настолько большие, как у более мощных собратьев (моторов, приводов и т.д.). Тем не менее, даже эти токи оказывают большую нагрузку на электрическую сеть, ведь они могут в 10 и более раз превышать номинальные, что негативно сказывается на кабелях, питающих мотор, и на электросети в целом. Высокие токи плохо влияют и на обмотку самого мотора

Особенности пуска асинхронных электродвигателей

На сегодняшний день асинхронные электродвигатели являются самыми распространёнными потребителями электроэнергии в мире и используются повсеместно, начиная от бытовых устройств, таких как пылесос, холодильник или вентилятор и заканчивая крупными промышленными установки, в которых мощность электродвигателей измеряется в мегаваттах. Это насосные станции, конвейеры, горнодобывающие установки, системы вентиляции или дымоудаления и т.д. Согласно статистики в мире используется около 300 миллионов трехфазных асинхронных электродвигателей с напряжением 380В.

Ежегодно около 10% из этих электродвигателей выходят из строя из-за неправильной эксплуатации, перегрузок или аварийных режимов работы. Часто выход из строя связано с процессом пуска асинхронного электродвигателя, когда он должен набрать номинальную скорость вращения в механизмах с большим моментом инерции. Соответственно момент пуска для асинхронного электродвигателя является тяжелым режимом работы с большой механической и электрической нагрузкой. Пусковые токи асинхронного электродвигателя могут превышать номинальные в 10 – 12 раз.

Виды пуска электродвигателей и их особенности

Прямой пуск асинхронного электродвигателя

– это наиболее традиционный способ пуска, который используется с момента появления электродвигателей и до настоящего времени. Это наиболее технически просто реализуемое и экономически выгодное решение, позволяющее запустить электродвигатель при номинальном напряжении. При таком способе пуска используется минимальный набор коммутационного оборудования, однако в настоящее время он в основном применяется для пуска электродвигателей небольших мощностей в связи с определенным количеством недостатков, который можно разделить на 2 категории: электрические и механические.

При прямом пуске асинхронного электродвигателя происходит довольно большой бросок тока, который приводит к падению напряжения в питающей сети. А также может привести к срабатыванию защиты, особенно в случаях, когда не применяется специальные аппараты для защиты электродвигателя. Кроме того, в случае затяжного пуска, длительное протекание тока превышающего номинальный в 6 -8 раз оказывает значительное тепловое и электродинамическое воздействие как на кабель подключенный к электродвигателю, так и на обмотки асинхронного электродвигателя, что приводит к их повышенному износу.

Высокий начальный пусковой момент может привести к значительному толчку и, следовательно, к существенной нагрузке на механизмы электропривода, такие как ремни или крепления узла подшипника. Это вызывает их сокращение срока службы или полный выход из строя. В случае особо ответственных производств простои оборудования в течение времени пока будет производиться ремонт могут привести к значительным убыткам. При останове, как и при пуске, возникают сильные механические вибрации, вызванные переходными процессами. Они не позволяют осуществить синхронную работу нескольких независимых узлов в сложных станках линиях или установках.

Пуск по схеме звезда-треугольник

, также является одним из известных способов пуска асинхронных электродвигателей. Этот метод используется для снижения механических нагрузок и ограничения пускового тока. Но и у него есть несколько недостатков. Во-первых, электродвигатель обязательно должен иметь 6 клемм для подключения питания. Во-вторых, для пуска по данной схеме необходимы 3 контактора, что опять же увеличивает стоимость и габариты установки. При переключении со схемы звезда на схему треугольник все равно происходит, пусть и кратковременный, но большой по амплитуде бросок тока. В-третьих, требуется использование двух кабелей от пункта управления до электродвигателя, что в случае длинных линий достаточно дорого. И последний недостаток заключается в том, что останов электродвигателя при подобной схеме подключения точно такой же как и при прямом пуске.

Третий способ пуска – использование устройств плавного пуска

Устройство плавного пуска – это механическое, электронное или электромеханическое устройство, используемое для плавного пуска или останова электродвигателей. Благодаря применению устройства плавного пуска можно одновременно обеспечить плавный разгон и останов асинхронного электродвигателя, добиться улучшения стабильности электрических сетей, то есть уменьшить броски тока при пуске и значительно уменьшить просадки напряжения в сети при тяжелом пуске. Кроме того, использование систем плавного пуска минимизируют механические перегрузки оборудования при пуске и останове, уменьшает износ механизмов и тем самым увеличивает срок службы асинхронных электродвигателей, редукторов, муфт и других деталей привода. Поэтому самым оптимальным решением по соотношению функционал – стоимость для пуска асинхронных электродвигателей, в случае если нет необходимости постоянного регулирования скорости, являются устройства плавного пуска.

Прочитайте о принципе действия и преимуществах устройств плавного пуска (УПП)

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.

Можно использовать софтстартеры механического и электрического, а также комбинированного типа. Первые имеют вид жидкостных муфт, тормозных колодок либо блокировок, использующих силу магнетизма. Они имеют простую конструкцию и отличаются высокой надежностью, однако имеют ограниченный функционал. Устройства электрического типа позволяют регулировать параметры мотора в ходе пуска более широко и постепенно.

Звезда-треугольник

Схема «звезда-треугольник» подразумевает двухэтапное безопасное подключение электрического двигателя:

1. Сперва мотор запускается в рамках схемы «Звезда», которая подразумевает использование низких пусковых токов. Некоторое время двигатель питается по этой схеме и плавно набирает обороты.
2. 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.

Реостатный пуск двигателей с фазным ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором пускают в ход с помощью резисторов, включаемых в цепь ротора, что позволяет уменьшить пусковой ток и увеличить пусковой момент двигателя ( рис. 9.17 )..

Рис. 9.17. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Для пуска двигателя включают линейный контактор КЛ, через контакты которого

обмотка статора двигателя подключается к питающей сети «напрямую».Контакты КУ1 и

КУ2 контакторов ускорения при пуске должны быть разомкнуты. Тем самым последова-

тельно в каждую из трех фазных обмоток ротора вводятся обе ступени добавочных ( пус

ковых ) резисторов r

и r. Эти ступени увеличивают общее ( эквивалентное ) сопро

тивление цепей фазных обмоток ротора, что ( см. выше ) приводит, с одной стороны, к уменьшению пускового тока, с другой – к увеличению пускового момента.

Когда двигатель разгонится до скорости 30-40% номинальной, отключают первую ступень r

, для чего замыкают контакты КУ1.

Двигатель с броском тока продолжает разгоняться, и при скорости 60-70% номи-

нальной отключают вторую ступень r

, для чего замыкают контакты КУ2.

Двигатель после отключения резисторов r

и rпродолжает разгоняться до номи

Отключение резисторов можно производить вручную – при помощи контроллеров, или полуавтоматически – при помощи более сложных про устройству магнитных станций. Следует отметить, что, кроме указанных достоинств – увеличенный пусковой мо-

мент, меньший пусковой ток, двигатели специального исполнения имеют существенные недостатки:

1. более сложное устройство обмоток роторов;

2. наличие щеточного устройства у двигателей с фазным ротором, снижающее

3. худшие эксплуатационные характеристики, а именно — меньшие значения коэф

фициента полезного действия и коэффициента мощности.

На судах из перечисленных выше типов двигателей специального исполнения огра

ниченное применение нашли двигатели с двумя клетками на роторе – в электроприводах грузовых лебедок ( суда польской постройки типа «Муром» ), и более широкое примене-

ние – двигатели с фазным ротором. Их применяют на многих сериях судов в электроприво

Частотное регулирование

Под частотным регулированием понимание использование частотно-управляемого привода. Данное устройство регулирует частоту вращения ротора электромотора. В конструкцию частотного преобразователя входит инвертор и выпрямитель. К преимуществам запуска двигателя через частотное регулирование относится большой выбор значений для регулировки количества оборотов, увеличение ресурса мотора, максимальный пусковой момент и экономия электрической энергии по сравнению с другими способами запуска мотора.

Недостатки у частотного регулирования также имеются. Это сравнительно высокая цена преобразователей для мощных моторов, а также высокий уровень помех, которые наблюдаются поблизости от этих устройств.

Пусковые режимы электрических моторов

Существуют и применяются на практике разные пусковые режимы асинхронных электродвигателей. Каждый имеет свои плюсы и минусы в зависимости от технических характеристик моторов и нагрузки.

Выбор конкретного режима пуска определяется электрическими, механическими, экономическими факторами. Вид управляемой нагрузки, также является важным фактором выбора режима запуска. Рассмотрим наиболее часто практикуемые варианты пусков.

Пусковые режимы свободно вращающегося мотора

Этот режим пуска асинхронного электродвигателя видится самым простым из всех существующих схем. Здесь статор мотора напрямую подключается к источнику питания. Электродвигатель стартует в соответствии с определённой для него характеристикой.

Схема на прямые пусковые режимы электродвигателя: 1 — колодка предохранителей; 2 — контактор; 3 — биметаллическое реле; 4 — мотор; 5, 6 — кривые состояния в момент старта

Когда имеет место момент включения, электрический мотор, в данном случае, работает подобно вторичной обмотке трансформатора. Пусковые режимы здесь характеризуются короткозамкнутым ротором, имеющим крайне малое сопротивление.

На роторе формируется высокий индуцированный ток, превышающий в 5-8 раз номинальный параметр, за счёт чего возрастает пиковый ток в сети питания. Среднее значение пускового момента при этом составляет 0,5-1,5 от номинала.

Несмотря на явные преимущества (простая схема, высокий пусковой момент, быстрый старт, экономия), режим прямого пуска асинхронных моторов видится разумным лишь в следующих обстоятельствах:

• мощность электродвигателя низка по сравнению с мощностью сети и не создаёт помехи от пускового тока;
• привод не нуждается в плавном разгоне или имеет демпфирующее устройство, ограничивающее удар при запуске,
• пусковой момент не влияет на работу ведомой машины или нагрузку, приводимую в движение.

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.