Beim Starten eines Drehstrommotors aus einem Einphasennetz. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren

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Der Artikel diskutiert die negativen Aspekte des Startens von Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfigläufer aus einem einphasigen Wechselstromnetz durch Umschalten der Statorwicklungen von Stern auf Dreieck. Es werden Startschemata vorgestellt, die diese Nachteile beseitigen.

In [1] wird vorgeschlagen, leistungsstarke (2...7 kW) und schnelllaufende (3000 U/min und mehr) dreiphasige Elektromotoren (EM) aus einem einphasigen Netz zu betreiben, indem man ihre Statorwicklungen von einem umschaltet Stern zu einem Dreieck. Darüber hinaus ist die normale Arbeitsverbindung der Wicklungen eine Dreiecksverbindung. Das heißt, es geht um die Einführung serieller dreiphasiger asynchroner Elektromotoren, die für eine Spannung von 220/380 V ausgelegt sind.

Die vorgeschlagene Startmethode bezieht sich gemäß der bestehenden Klassifizierung auf die Startmethoden bei niedriger Spannung, und wie Sie wissen, besteht der Hauptzweck eines solchen Starts darin, den Startstrom des ED zu reduzieren, weil. Letzterer arbeitet zum Zeitpunkt der Einbindung in das Netzwerk nahezu im Kurzschlussmodus.

Das Starten eines ED bei niedriger Spannung wird bei begrenzter Netzwerkleistung verwendet. Zusätzlich zu der in [2] angegebenen empirischen Formel, die die Möglichkeit des Direktanlaufs von EM ermittelt, gibt es auch die folgenden Einschränkungen für die Leistung von Motoren, die direkt aus dem Netzwerk gestartet werden.

Wenn der ED von einem Transformator gespeist wird, der in einem reinen Stromnetz betrieben wird, sollte die maximale Motorleistung bei häufigen Starts 20 % und bei seltenen 30 % der Transformatorleistung betragen.

Bei Transformatorbetrieb für gemischte Lasten (Strom und Beleuchtung) beträgt die maximale Leistung des ED 4 % der Transformatorleistung bei häufigen Starts und 8 % bei seltenen Starts.

Wenn der ED von einem Kraftwerk mit geringer Leistung gespeist wird – 12 % der Kraftwerksleistung. Daher müssen EMs, die über diese Grenzen hinausgehen, mit reduzierter Spannung gestartet werden, was vom Autor der Anmerkung [1] vorgeschlagen wird, indem die EM-Wicklungen von einem Stern auf ein Dreieck umgeschaltet werden.

Für diese Startmethode müssen jedoch zusätzlich zu [2] die folgenden Überlegungen angestellt werden.

1. Asynchrone EM mit Industriefrequenz darf keine Rotationsgeschwindigkeit von mehr als 3000 U/min haben, wie der Autor betont [1]:

n1=60f1/p=60Ч50=3000 об/мин,

wobei p die Polpaarzahl der Maschine ist.

Nur asynchrone Dual-Power-Motoren, über die der Autor dieses Artikels in Zukunft sprechen möchte, ermöglichen eine Verdoppelung der Drehzahl von Asynchronmotoren, nämlich: eine zusätzliche nicht standardmäßige synchrone Drehzahl von 2000 U/min und 6000 U/min bei einem zu erhalten Industriefrequenz von 50 Hz.

Daher ist es schwer zu sagen, was der Autor von [1] meint, wenn er über den Start eines ED bei 3000 U/min oder mehr schreibt.

2. Die praktische Umsetzung der von ihm vorgeschlagenen bekannten Startmethode geht davon aus, dass der ED sechs Ausgangsenden hat. Da der ED der gängigsten 4A-Serie mit einer Leistung von 0,06 ... 0,37 und 0,55 ... 11 kW bei der Verbindung der Wicklungen mit einem Stern oder einem Dreieck drei Ausgänge (C1, C2, C3) hat [3], dann „Unsere Handwerker“ hatten und werden weiterhin ernsthafte Schwierigkeiten haben, Drehstrom-Elektromotoren dieser Baureihe des vom Autor [1] angegebenen Leistungsbereichs (2...7 kW) auf den Markt zu bringen, weil Für sie ist die vorgeschlagene Umschaltung der Statorwicklungen von Stern auf Dreieck nicht anwendbar.

Wenn wir auf asynchrone EMs der neuen einheitlichen AI-Serie [4] eingehen, die einst gemeinsam mit den Ländern von Interelectro entwickelt wurden und dem vielversprechenden Entwicklungsstand der weltweiten Elektrotechnik entsprachen, dann ergibt sich hier ein ähnliches Bild: EMs mit einer Leistung von 0,55 bis 11 kW werden für Spannungen von 220, 380 und 660 V mit Phasenkonjugation in ein Dreieck oder einen Stern mit drei Ausgangsenden (C1, C2, C3) hergestellt.

Daher kann die vorgeschlagene Lösung auch hier nicht angewendet werden. Nehmen wir nun den Allzweck-ED der älteren A2- und A02-Serie, der 1957–1959 entwickelt wurde. und hatte neun Dimensionen, dann wurden diese EMs bis einschließlich der fünften Dimension (0,8 ... 13 kW) auch mit drei Ausgangsenden (C1, C2, C3) für Spannungen von 220, 380, 660 V mit Dreieck oder Stern hergestellt Wicklungsanschlussschema [4].

Somit passt auch diese Reihe nicht zum Lösungsvorschlag des Autors [1].

Daher kann die vorgeschlagene Lösung zum Starten von Drehstrom-Elektromotoren mit einer Leistung von 2 ... 7 kW aus einem Einphasennetz durch Umschalten ihrer Wicklungen von Stern auf Dreieck nur sehr, sehr begrenzte Anwendung finden (für Elektromotoren, die auf Sonderbestellung des Verbrauchers mit sechs Ausgangsenden hergestellt werden) oder eine Demontage des Elektromotors erforderlich ist, was natürlich unerwünscht ist.

3. Aus der Fachliteratur von vor vierzig Jahren [5] ist bekannt, dass Startmethoden durch Umschalten der Wicklungen von Stern auf Dreieck und durch Änderung der Polpaarzahl fast keine praktische Anwendung haben, sondern hauptsächlich einen Reaktor- oder Spartransformatorstart verwenden.

Wie in [6] erwähnt, besteht der Nachteil des Startens eines EM durch Umschalten seiner Wicklungen von einem Stern auf ein Dreieck im Vergleich zu einer Drossel oder einem Spartransformator darin, dass beim Startschalten die Stromkreise der EM-Wicklungen unterbrochen werden, was zum Auftreten von Schaltüberspannungen führt, was natürlich die Zuverlässigkeit des Betriebs des EM und der Schaltgeräte verringert. Darüber hinaus kommt es beim Schalten zu erheblichen Stößen im mechanischen Teil der EM, insbesondere wenn der Start unter Last erfolgt.

In [7] werden die Gründe für die Wirkung des EM-Schutzes beim Wechsel von Stern auf Dreieck erläutert. Tatsache ist, dass bei einem solchen Schalter im Stromversorgungskreis des ED häufig ein Stromstoß auftritt, der den Wert des üblichen Anlaufstroms um das 2,88-fache überschreiten kann. Dieser Stromstoß führt zum Auslösen des Schutzes im Stromversorgungskreis des ED. Um dies zu vermeiden, wird eine Methode zum nahtlosen Wechsel von Stern auf Dreieck vorgeschlagen. In diesem Fall überschreitet der Einschaltstrom im Moment des Umschaltens nicht den Wert des Einschaltstroms beim Direktstart des EM.

Abbildung 1 zeigt ein Diagramm der kontinuierlichen Umschaltung der Wicklungen eines dreiphasigen asynchronen EM von einem Stern auf ein Dreieck. Die Tabelle zeigt die Schaltfolge der Schaltgerätekontakte für diesen Stromkreis.

Wie aus dem Schaltplan hervorgeht, ist es relativ komplex und erfordert vier Magnetstarter und drei Startwiderstände.

4. Der Autor der Notiz [1] schlägt ein einphasiges Einschalten des ED vor, wenn seine Wicklungen im Betriebsmodus mit einem „nackten“ Dreieck verbunden sind und nichts weiter. Bekanntlich beträgt die Ausnutzung der Gesamtleistung in diesem Fall 50 ... 60 % und die Nutzleistung des Elektromotors etwa 1 ... 3,5 kW für den Leistungsbereich von 1 ... es nimmt deutlich ab, während das Magnetfeld des ED elliptisch wird. Ein elliptisches Feld zeichnet sich durch die Variabilität der momentanen Rotationsgeschwindigkeit des Raumvektors der resultierenden magnetomotorischen Kraft und dementsprechend des EM-Magnetfelds aus, die insbesondere bei niedrigen Trägheitsmomenten des Rotors Vibrationen verursachen kann, was typisch für Hochgeschwindigkeits-EMs ist, für die tatsächlich vom Autor [2] vorgeschlagen wird, die Startmethode durch Umschalten der Wicklungen (7 U/min oder mehr) zu verwenden. Das elliptische Feld setzt das Vorhandensein eines direkten (rotierenden) Moments und eines umgekehrten (bremsenden) Moments im ED voraus. Das Vorhandensein eines Rückdrehmoments führt zu einer Leistungsverschlechterung im Einphasenbetrieb, nämlich: Der Motor weist deutlich schlechtere Werte für Effizienz und Leistungsfaktor auf.

Um die Energieleistung von EMs im einphasigen Betrieb zu verbessern und die Größe der Leistung besser zu nutzen, ist es erforderlich, sie mit einem Arbeitskondensator zu betreiben, wie beispielsweise in [2] gezeigt. In diesem Fall erreicht die Hüllkurvenleistungsausnutzung 80 bis 100 % und der Wert des Leistungsfaktors nähert sich dem Wert eins. Dies bedeutet, dass der Elektromotor praktisch keine Blindenergie aus dem Netz verbraucht, wodurch der Betrieb der Stromleitung erleichtert und ihr Durchsatz erhöht wird.

Abbildung 2 zeigt eine Spartransformatorschaltung zum Starten eines dreiphasigen EM im Einphasenmodus. Die Schaltung enthält einen herkömmlichen Labor-Spartransformator (LATR), beispielsweise einen Neun-Ampere-Transformator, mit dem Sie einen ED mit einer Leistung von bis zu etwa 2 ... 3 kW reibungslos starten können. Bei sechs Leitungen der Statorwicklung des EM sind zwei davon – A und B – in entgegengesetzter Richtung eingeschaltet. Durch Vertauschen der Enden der Wicklung C können Sie die Drehrichtung des EM ändern.

Vor dem Einschalten des EM im Netzwerk wird der LATR-Motor auf die niedrigste Position gestellt, dann wird der Paketschalter A1 eingeschaltet und die Spannung am ED durch Bewegen des Motors nach oben schrittweise erhöht, wodurch die Nennspannung am Motor eingestellt wird, auch wenn diese im Netzwerk abgesenkt wird. Die Schaltung ermöglicht es in gewissen Grenzen auch, die Drehzahl des ED durch Änderung der Spannung an seinen Anschlüssen zu regulieren.

Die Gesamtleistungsausnutzung dieser Schaltung beträgt 80 bis 94 %, der Leistungsfaktor liegt nahe bei Eins, das Anlaufdrehmoment ist im Vergleich zu anderen Schaltungen etwa dreimal höher.

Sind nur drei Adern der Statorwicklung C1, C2, C3 des Motors vorhanden, wird diese über die Adern C1 und C3 mit den Ausgangsklemmen 1 und 2 des LATR verbunden (siehe Abb. 2).

Der Spartransformator kann auch in Reihe mit der EM-Schaltung geschaltet werden, wie in Abb. 3 gezeigt, beispielsweise für den Fall, dass der EM nur drei Ausgangsklemmen C1, C2, C3 hat. In diesem Fall wird daraus eine einstellbare Drossel (induktive Reaktanz). Vor dem Start wird der LATR-Mobilkontakt auf die äußerste rechte Position eingestellt, d. h. seine gesamte Wicklung ist in Reihe mit dem ED geschaltet. Während dieser beschleunigt, wird die LATR-Wicklung nach und nach außer Betrieb genommen, indem der bewegliche Kontakt in die äußerste linke Position bewegt wird, wie in Abb. 3 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Damit ist der Beginn des ED beendet.

Natürlich können Sie für die in Abb. 3 gezeigte Schaltung anstelle von LATR auch einen Labor-Gleitdrahtwiderstand (Rheostat) verwenden, beispielsweise vom Typ RSP für 7 Ohm und einen Strom von 7 ... 10 A völlig ausreichend und deutlich günstiger für einen ED mit einer Leistung von bis zu 2 ...XNUMX kW im Einphasenbetrieb. Gleichzeitig muss sein beweglicher Kontakt (Schieber) aus Gründen der Zuverlässigkeit mit einem der extremsten Anschlüsse verbunden sein. Beim Starten eines ED mit einem Rheostat ist zu beachten, dass der Rheostat reibungslos und vollständig außer Betrieb genommen werden muss, ohne seinen Schieber in Zwischenpositionen zu verzögern, was notwendig ist, um eine Überhitzung und einen möglichen Ausfall zu verhindern.

Anstelle eines einstellbaren Drahtwiderstands kann auch ein ungeregelter verwendet werden, der am Ende des Startvorgangs des ED mit einem Paketschalter SA2 überbrückt werden muss.

Es ist auch möglich, die ED mit einfachen Booster-Geräten bei niedriger Spannung zu starten [8]. Abbildung 4 zeigt ein Diagramm einer solchen Verbindung unter Verwendung von zwei Booster-Transformatoren, bei denen es sich um herkömmliche Abwärtstransformatoren vom Typ OSO-0,25 mit einer Leistung von 250 W, einer Spannung von 220/36 V und einem Strom der Sekundärwicklung (Durchgangswicklung) von 6,1 A handelt (im Alltag „Kessel“ genannt). Es besteht die Möglichkeit, einen (oder zwei) Transformatoren des Typs OSM-O,4 mit einer Leistung von 400 W zu verwenden, der über zwei Sekundärwicklungen verfügt und so bei Reihenschaltung als Durchführung verwendet werden kann.

Die entsprechenden Wicklungen jedes der Transformatoren VT1 und VT2 sind gegenläufig geschaltet. Darüber hinaus sind ihre Sekundärwicklungen in Reihe und entsprechend geschaltet, und die Primärwicklungen sind parallel und entsprechend geschaltet. Dadurch liegt eine reduzierte Spannung von etwa 150 V an der ED an und der Einschaltstrom wird entsprechend reduziert. Um Schaltüberspannungen beim Schalten auszuschließen, werden die Primärwicklungen mit einem 1 W Widerstand R50 überbrückt.

Vor dem Start des EM werden die Kontakte des Schalters SA2 geschlossen und die Kontakte des Schalters SA3 geöffnet. Der Motor wird mit einem Batch-Schalter SA1 eingeschaltet. Nach der Beschleunigung des letzteren werden die Kontakte SA2 geöffnet und SA3 geschlossen, wodurch der ED direkt an das Netzwerk angeschlossen wird, ohne seinen Stromversorgungskreis zu unterbrechen. In diesem Fall werden die Primärwicklungen der Transformatoren vom Netz getrennt und die Sekundärwicklungen werden durch die Kontakte des SAZ-Schalters überbrückt und nehmen nicht an der Arbeit teil. Es ist wünschenswert, den Betrieb der Schalter SA2 und SAZ zu synchronisieren: Wenn SA2 eingeschaltet ist, sollte SA3 öffnen und umgekehrt, wenn SA2 ausgeschaltet ist, sollte SAZ schließen.

Sie können den EM auch bei niedriger Netzspannung sanft starten, beispielsweise mit einem elektronischen Spannungsregler, wie in Abb. 5 dargestellt. Als Schlüsselelement der Schaltung kommt ein VT1-Transistor vom Typ P416, GTZ11I, KTZ61 zum Einsatz, der im Lawinenmodus arbeitet. Widerstände R1, R3, R5-R7 Typ MLT.

Die Kondensatoren C1-C3 Typ BM, MBM, K73-11 für 400 V werden bei der Einstellung innerhalb von 0,1 ... 1,0 μF ausgewählt. Der Widerstand R2 ist ein Trimmer, er ist darauf abgestimmt, die minimale Leistung in der Last beim höchsten Wert von R4 zu erhalten. Dioden VD1VD4 Typ D226B oder jede geeignete Diodenanordnung, zum Beispiel Typ KTs405I.

Der Triac VS1 wird entsprechend der Leistung der vom ED eingeführten Klasse ausgewählt, nicht niedriger als die vierte, zum Beispiel TS 106-10-4, TS112-10-4 und dergleichen.

Am Ende des Startvorgangs des ED kann der Triac VS1 durch Überbrücken mit einem Schalter außer Betrieb genommen werden.

Ich schlage ein Schema (Abb. 6) zum sanften Umschalten von EM-Wicklungen von einem Stern auf ein Dreieck unter Verwendung eines dreiphasigen einstellbaren Spartransformators vom Typ RNT mit offenem Nullpunkt vor, der zum Starten sowohl dreiphasiger als auch einphasiger EMs verwendet werden kann. Diese Schaltung eliminiert, wie alle oben genannten, die Nachteile von Kontaktschaltkreisen, da es im EM-Statorwicklungskreis keine Unterbrechungen gibt.

Es funktioniert auf folgende Weise. Vor dem Starten einer dreiphasigen EM werden die beweglichen Kontakte des RNT-Spartransformators auf die unterste Position gestellt.

In diesem Fall werden, wie aus Abb. 6 ersichtlich ist, die EM-Wicklungen durch einen Stern verbunden. Anschließend wird mit Hilfe eines Schaltgeräts Spannung an die Klemmen A, B, C des Motors angelegt, der bei einer 1,73-fach niedrigeren Netzspannung startet. Nach der Beschleunigung des EM werden die beweglichen Kontakte des RNT-Spartransformators sanft in die oberste Position überführt, was zu einem sanften Übergang von der Verbindung der EM-Wicklungen mit einem Stern zur Verbindung mit einem Dreieck und dementsprechend zu einer Erhöhung der führt Spannung an den Wicklungen um das 1,73-fache, d.h. bis zur Nennbetriebsspannung, bei der der ED arbeitet.

Auf ähnliche Weise wird der ED aus einem einphasigen Netzwerk gestartet, indem er über die Klemmen B und C daran angeschlossen wird und Klemme A über einen Arbeitskondensator mit Klemme B verbunden wird. Am Ende des Anlaufvorgangs kann die Wicklung des Spartransformators mit einem dreipoligen Paketschalter abgeschaltet werden.

Anstelle eines dreiphasigen RNT-Spartransformators können drei einphasige LATR-Typen verwendet werden, sofern sich alle drei beweglichen Kontakte jedes einzelnen von ihnen synchron bewegen. Der Start aller EM gemäß den obigen Diagrammen erfolgt im Leerlauf oder mit Lüfterlast auf der Welle, bei Vorhandensein eines Anlaufkondensators im Motorkreis, der in den Diagrammen nicht dargestellt ist.

Befund

1. Das vom Autor [1] vorgeschlagene Verfahren zum Starten von Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfigläufer aus einem einphasigen Wechselstromnetz durch Umschalten seiner Statorwicklungen von Stern auf Dreieck im angegebenen Leistungsbereich (2 . .. 7 kW) ist mit seltenen Ausnahmen praktisch nicht realisierbar, da Motoren dieser Leistung mit drei Abtriebsenden - C1, C2, C3 - hergestellt werden.

2. Das Umschalten der Statorwicklungen des Motors von Stern auf Dreieck während des Anlaufs durch ein Kontaktschaltgerät hat folgende negative Aspekte, die seine Anwendung in der Praxis erheblich einschränken:

2.1. Das Vorhandensein von Schaltstößen während des Schaltens aufgrund einer Unterbrechung der Stromkreise der Motorstatorwicklungen während des Startvorgangs, was die Zuverlässigkeit des Motors und der Schaltausrüstung verringert.

2.2. Aufgrund des großen Anlaufstroms, der den normalen Anlaufstrom um das 2,88-fache übersteigen kann, kann es beim Schalten zum Auslösen des Motorschutzes kommen.

2.3. Das Vorhandensein mechanischer Stöße auf die Motorwelle beim Schalten, was die Zuverlässigkeit des Elektroantriebs verringert.

3. Im Betriebsmodus können Vibrationen auftreten, insbesondere bei niedrigen Trägheitsmomenten des Rotors, die typisch für Hochgeschwindigkeitsmotoren sind (aufgrund des Vorhandenseins eines elliptischen Magnetfelds, das auf das Fehlen eines Arbeitskondensators im Motorkreis zurückzuführen ist).

4. Der Motor weist im Betriebsmodus die schlechteste Leistung und die geringste Energieleistung auf.

5. Um die genannten Mängel zu beseitigen, sollte der Motor im Betriebsmodus in Gegenwart eines Arbeitskondensators betrieben werden und der Start aus Netzen mit geringer Leistung sollte durch eine sanfte oder stufenweise Änderung der Spannung (Strom) in seinem Stromkreis erfolgen ohne die Stromkreise der Statorwicklungen zu unterbrechen.

Литература:

1. Bärtiger Yu. Über die Einbindung eines Drehstrommotors in ein Einphasennetz, die den Start erleichtert//Elektriker. - 2002. Nr. 4. - S.13.
2. Kolomoitsev K.V. Noch einmal über die Einbindung eines Drehstrommotors in ein Einphasennetz // Elektriker. - 2001. - Nr. 12. C.12.
3. Stokolov V.E., Usyshkin G.S. und andere. Elektrische Ausrüstung von Schmiede- und Pressmaschinen: Ref. - 2. Aufl. - M.: Mashinostroenie, 1981. - 304 S.
4. Handbuch der elektrischen Maschinen: in 2 Tonnen / C 74 Unter dem General. Hrsg. I.P. Kopylov und V.K. Kljukow. T.1. - M: Energoatomizdat, 1988. - 456 S.
5. Benerman V.I., Loetsky N.N. Entwurf von leistungselektrotechnischen Anlagen für Industrieunternehmen. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1960. - S.83.
6. Voldek A.K. Elektrische Maschinen: Lehrbuch. für Gestüt. Universitäten. Ed. 2. - L.: Energie, 1974. - S. 570.
7. RJ. Elektrotechnik und Energietechnik (Sammelband). 1974, Nr. 7K S. 9, Zusammenfassung 7K58.
8. Kolomoitsev K.V. Einfache Booster-Geräte//Elektriker. - 2003. Nr. 1. - S.6.

Autor: A.G. Zyzyuk

Siehe andere Artikel Abschnitt Die Elektromotoren.

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