Téměř žádná výroba se v dnešní době neobejde bez výkonného asynchronního elektromotoru. Při spouštění takového motoru je startovací proud 3-8krát vyšší než jmenovitý proud potřebný pro provoz v normálním stabilním režimu.
K roztočení rotoru z klidu je zapotřebí velký rozběhový proud. To vyžaduje mnohem více úsilí než dále udržovat konstantní počet otáček v daném časovém úseku. Značné rozběhové proudy u asynchronních motorů jsou velmi nežádoucím jevem, protože to může vést ke krátkodobému nedostatku energie pro další zařízení připojená ke stejné síti (pokles napětí). Existuje mnoho příkladů takového vlivu, jak ve výrobě, tak v každodenním životě. První věc, která vás napadne, je „blikání“ žárovky, když je svařovací stroj v provozu, ale existují i vážnější případy: pokles napětí může způsobit vadnou dávku zboží ve výrobě, což vede k velkým finančním a pracovním nákladům. náklady. Velký rozběhový proud může také způsobit znatelné tepelné přetížení vinutí motoru, což má za následek stárnutí izolace, její poškození a nakonec i spálení motoru.
To vše posloužilo jako motiv k nalezení řešení minimalizace startovacích proudů. Jedním z takových řešení je metoda spouštění motoru hvězda-trojúhelník. Nejprve pojďme zjistit, co je „hvězda“ a co je „trojúhelník“ a jak se od sebe liší. Hvězda a trojúhelník jsou nejběžnější a nejpraktičtější schémata připojení pro třífázové elektromotory. Při zapnutí třífázového elektromotoru “hvězda” (viz. Obrázek 1) konce statorových vinutí jsou spojeny dohromady, spojení probíhá v jednom bodě, který se nazývá nulový bod nebo neutrál. Na začátek vinutí je přivedeno třífázové napětí.
Obrázek 1 – Schéma zapojení do hvězdy
Při spojení vinutí statoru s “hvězdou” je poměr mezi lineárním a fázovým napětím vyjádřen vzorcem:
kde:
Uл – napětí mezi dvěma fázemi;
Uф – napětí mezi fází a nulovým vodičem;
Hodnoty lineárních a fázových proudů jsou stejné, tzn. Iл = Iф.
Když je třífázový elektromotor zapnutý do trojúhelníku (viz. Obrázek 2) statorová vinutí elektromotoru jsou zapojena do série. Konec jednoho vinutí je tedy spojen se začátkem dalšího, napětí je v tomto případě aplikováno na spojovací body vinutí. Při připojení vinutí statoru k trojúhelníku se fázové napětí rovná lineárnímu napětí mezi dvěma vodiči: Uл =Uф.
Obrázek 2 – Schéma zapojení trojúhelníku
Proud ve vedení (síti) je však větší než proud ve fázi, který je popsán vzorcem:
kde:
Iл — lineární proud;
Iф – fázový proud.
Ukazuje se, že spojením vinutí s „hvězdou“ snížíme lineární proud, což jsme původně hledali. Toto schéma má však nevýhodu: jak vidíme ze vzorce, startovací moment motoru je přímo úměrný fázovému napětí:
kde:
U — fázové napětí vinutí statoru;
r1 – aktivní odpor fáze vinutí statoru
r2 – snížená hodnota aktivního odporu fáze vinutí rotoru;
x1 – indukční odpor fáze vinutí statoru;
x2 — snížená hodnota indukční reaktance stacionární fáze vinutí rotoru;
m – počet fází;
p — počet párů tyčí.
Aby to bylo jasnější, podívejme se na příklad: předpokládejme, že pracovní obvod vinutí asynchronního elektromotoru je “trojúhelník” a lineární napětí napájecí sítě je 380 V, odpor vinutí statoru Z = 10 ohmů. Pokud jsou vinutí během spouštění zapojena do hvězdy, pak se napětí a proud ve fázích sníží:
Fázový proud se rovná proudu vedení a rovná se:
Poté, co motor dosáhne požadované rychlosti, tj. zrychlí, přepneme vinutí z „hvězdy“ na „trojúhelník“, v tomto případě dostaneme zcela jiné hodnoty proudu a napětí:
V souladu s tím je při spouštění motoru podle schématu „hvězda“ fázové napětí √3krát menší než lineární napětí a podle schématu „trojúhelníku“ jsou stejné. Z toho vyplývá, že okamžik při startování podle schématu “hvězda” je 3x menší, což znamená, že spuštěním motoru podle tohoto schématu nedosáhneme výkonu motoru na jmenovitý výkon. Při řešení jednoho problému vzniká druhý, neméně akutní než zvýšené startovací proudy. Stále však existuje jediné řešení: je nutné kombinovat schémata připojení motoru tak, aby při spouštění výkonného motoru nebyly v síti žádné velké proudy a poté, co motor dosáhne rychlosti potřebné pro jeho provoz, přepne se na „ trojúhelník“ obvod, který umožňuje bezproblémovou práci se 100% zátěží.
Časové relé Finder 80.82 se s tímto úkolem dokonale vyrovná. Když je relé připojeno k napájení, kontakt se okamžitě uzavře, což je zodpovědné za připojení podle schématu “hvězdy”. Po předem stanovené době, kdy otáčky motoru dosáhnou provozní frekvence, se rozepne kontakt hvězdicového obvodu a sepne kontakt, který je zodpovědný za zapojení do trojúhelníku. Kontakty zůstanou v této poloze, dokud nebude relé odpojeno od napájení. Vizuální diagram činnosti tohoto relé je uveden na Obrázek 3.
Obrázek 3 – Časový diagram časového relé 80.82
Podívejme se podrobněji na implementaci tohoto schématu v praxi. Platí pouze pro motory, jejichž typový štítek označuje „Δ/Y 380/660V“. Na Obrázek 4 je představena výkonová část obvodu hvězda-trojúhelník, která využívá tři elektromagnetické spouštěče.
Obrázek 4 – Výkonová část obvodu hvězda-trojúhelník
Jak bylo popsáno dříve, relé Finder 80.82 musí být použito k ovládání přechodu z hvězdy na trojúhelník. Na Obrázek 5 je uvedeno schéma ovládání pomocí tohoto relé.
Podívejme se na algoritmus, jak toto schéma funguje:
Po stisknutí tlačítka S1.1 je cívka spouštěče KM1 pod napětím, v důsledku toho se sepnou výkonové kontakty KM1 a pomocí přídavného kontaktu KM1.1 je realizován samosběr startéru. Současně je přivedeno napětí na časové relé U1. Kontakty časového relé 17-18 jsou sepnuté a startér KM2 je zapnutý. Motor se tedy spouští podle schématu “hvězdy”. Po čase T (srov. Obrázek 3), kontakt časového relé 17-18 se okamžitě rozepne, uplyne časové zpoždění Tu a kontakt 17-28 se sepne. V důsledku toho bude fungovat startér KM3, který se přepne na obvod „trojúhelník“. Normálně sepnuté kontakty spouštěčů KM2.2 a KM3.2 se používají k zamezení současné aktivace spouštěčů KM2 a KM3. Pro ochranu motoru před přetížením je v silovém obvodu instalováno tepelné relé KK1. V případě přetížení tepelné relé otevře silový obvod a řídicí obvod přes kontakt KK1.1. Motor se zastaví po stisknutí tlačítka S1.2, čímž se přeruší obvod samosběru a odpojí se cívka startéru KM1.
Shrneme-li to, co bylo napsáno, můžeme dojít k závěru, že pro usnadnění startování výkonného elektromotoru se doporučuje zpočátku jej spustit podle „hvězdového“ obvodu, což může výrazně snížit startovací proudy, snížit pokles napětí v sítě, ale nedovolí motoru dosáhnout svého jmenovitého provozního režimu. Pro dosažení jmenovitého režimu motoru je nutné přepnout vinutí statoru do trojúhelníkového obvodu. Obvod pro spínání vinutí z hvězdy na trojúhelník je realizován pomocí časového relé Finder 80.82, ve kterém se nastavuje doba rozběhu elektromotoru.
Proč je nutné přepínání hvězda-trojúhelník? Jak víte, třífázové asynchronní elektromotory s rotorem nakrátko jsou zapojeny do hvězdy nebo trojúhelníku v závislosti na síťovém napětí, pro které je každé vinutí navrženo.
Rotor turbínového kompresoru
Při spouštění zvláště výkonných elektromotorů zapojených do trojúhelníku jsou pozorovány zvýšené rozběhové proudy, které v přetížených sítích vytvářejí dočasný pokles napětí pod přípustnou mez, proto je nutné při spouštění elektromotoru implementovat spínací mechanismus hvězda-trojúhelník.
Tento jev je způsoben konstrukčními prvky asynchronního e-mailu. motory, ve kterých má masivní rotor dostatečně velkou setrvačnost, a když se roztáčí, motor pracuje v režimu přetížení. Startování elektromotoru se stává obtížnějším, pokud je na hřídeli zátěž s velkou hmotou – rotory turbínových kompresorů, odstředivá čerpadla nebo mechanismy různých obráběcích strojů.
Způsob snížení startovacích proudů elektromotoru přepínáním režimů hvězda-trojúhelník
Pro snížení proudových přetížení a úbytků napětí v síti se používá speciální způsob připojení třífázového elektromotoru, při kterém při zvyšování otáček dochází k přepínání z hvězdy do trojúhelníku.
Teorie připojení vinutí motoru: hvězda (vlevo) a trojúhelník (vpravo)
Při připojení vinutí zapojených do hvězdy motoru určeného pro zapojení do trojúhelníku k třífázové síti 380 V je napětí dodávané každému vinutí o 70 % nižší než jmenovitá hodnota. V souladu s tím bude proud při spouštění motoru menší, ale je třeba mít na paměti, že bude také menší počáteční točivý moment.
Proto přepínání hvězda-trojúhelník nelze použít u elektromotorů, které mají zpočátku na hřídeli nesetrvační zatížení, jako je hmotnost nákladu navijáku nebo odpor pístového kompresoru.
Je nepřípustné přepínat režimy s elektromotorem stojícím na pístovém kompresoru
Pro práci jako součást takových jednotek, které mají v době spouštění velké zatížení, se používá speciální třífázová elektrická energie. motory s fázovým rotorem, u kterých jsou rozběhové proudy regulovány pomocí reostatů.
Spínání hvězda-trojúhelník lze použít pouze u elektromotorů s volně rotujícím zatížením hřídele – ventilátory, odstředivá čerpadla, hřídele obráběcích strojů, odstředivky a další podobná zařízení.
Odstředivé čerpadlo s asynchronním elektromotorem
Provádění změn režimů připojení vinutí motoru
Je zřejmé, že pro spuštění třífázového elektromotoru v režimu hvězda s následným přepnutím na zapojení vinutí do trojúhelníku je nutné použít několik třífázových stykačů ve startéru.
Sada stykačů ve spouštěči hvězda-trojúhelník
V tomto případě je nutné zablokovat okamžitou činnost těchto stykačů a také je třeba zajistit krátkodobou spínací prodlevu, aby bylo zaručeno vypnutí spojení do hvězdy dříve, než sepne trojúhelník, jinak dojde k třífázovému zkratu. objeví se.
Časové relé (RT), které se v obvodu používá pro nastavení intervalu spínání, proto musí zajistit také zpoždění 50-100 ms, aby nedošlo ke zkratu.
Způsoby, jak implementovat zpoždění přepínače
Diagram spínacích časů
Existuje několik zásad pro implementaci zpoždění pomocí:
- Časové relé s normálně otevřeným kontaktem v době spuštění blokuje zapojení do trojúhelníku vinutí. V tomto obvodu je spínací moment určen pomocí proudového relé (RT);
- Timer (časové relé), přepínání režimu po předem nastaveném časovém intervalu (setpoint) 6-10 sekund;
- Zapnutím stykačů externími ovládacími proudy z automatických řídicích jednotek nebo ručních spínačů.
Moderní časové relé s nastavením všech parametrů
Klasické schéma
Tento systém je poměrně jednoduchý, lze jej provádět ručně, nenáročný a spolehlivý, má však významnou nevýhodu, která bude popsána níže a vyžaduje použití objemného a zastaralého časového relé.
Tento RT poskytuje vypínací zpoždění díky zmagnetizovanému jádru, které nějakou dobu trvá, než se demagnetizuje.
Elektromagnetické časové relé zpoždění
Abychom porozuměli fungování tohoto obvodu, je nutné v duchu projít obvody proudění.
Klasický spínací obvod s proudovým a časovým relé
Po zapnutí třífázového jističe AB je startér připraven k provozu. Přes normálně sepnuté kontakty tlačítka “Stop” a kontakt tlačítka “Start” uzavřený operátorem protéká proud cívkou stykače KM. Silové kontakty KM jsou udržovány v zapnutém stavu “samozdvihem” díky kontaktu BKM.
Na fragmentu výše uvedeného diagramu červená šipka označuje bočníkový kontakt
Relé KM je nutné k tomu, aby bylo možné vypnout motor tlačítkem Stop. Impulz z tlačítka “Start” prochází také normálně zavřeným BKM1 a RV, čímž se spustí stykač KM2, jehož hlavní kontakty dodávají napětí do hvězdicového zapojení vinutí – rotor se roztáčí.
Protože v okamžiku spuštění KM2 se otevře kontakt BKM2, nemůže KM1, který zajišťuje sepnutí trojúhelníkového spojení vinutí, nijak fungovat.
Stykače zajišťující zapojení do hvězdy (KM2) a trojúhelníku (KM1).
Rozběhové proudové přetížení elektromotoru způsobí, že RT, který je součástí obvodů proudových transformátorů TT1, TT2, pracuje téměř okamžitě. V tomto případě je řídicí obvod cívky KM2 přerušen kontaktem RT a blokuje činnost RV.
Současně se spuštěním KM2 se pomocí jeho přídavného normálně otevřeného kontaktu BKM2 spustí časové relé, jehož kontakty jsou sepnuty, ale KM1 nepracuje, protože BKM2 je v obvodu cívky KM1 rozpojen.
Sepnutí časového relé – zelená šipka, spínací kontakty – červené šipky
Se zvyšujícími se otáčkami klesají rozběhové proudy a otevře se kontakt RT v řídicím obvodu KM2. Současně s odpojením silových kontaktů, které zajišťují napájení hvězdicového zapojení vinutí, se BKM2 sepne v řídicím obvodu KM1 a BKM2 se rozepne v silovém obvodu RV.
Protože se však RV vypíná se zpožděním, stačí tato doba k tomu, aby jeho normálně otevřený kontakt v okruhu KM1 zůstal sepnutý, díky čemuž dochází k samočinnému vyzvednutí KM1, které spojuje vinutí s trojúhelníkem.
Normálně otevřený samosběrný kontakt KM1
Nevýhoda klasického schématu
Pokud v důsledku nesprávného výpočtu zatížení hřídele nemůže získat hybnost, pak proudové relé v tomto případě nedovolí obvodu přepnout do režimu delta. Dlouhodobý provoz asynchronní motor v tomto režimu startovacího přetížení je vysoce nežádoucí, vinutí se přehřívá.
Přehřáté vinutí motoru
Proto, abyste předešli následkům neočekávaného zvýšení zátěže při spouštění třífázového elektromotoru (opotřebené ložisko nebo cizí předměty vnikající do ventilátoru, znečištění oběžného kola čerpadla), měli byste k napájení připojit také tepelné relé obvodu elektromotoru. motoru za stykačem KM (není na schématu vyznačeno) a namontujte snímač teploty na skříň.
Vzhled a hlavní součásti tepelného relé
Pokud se pro přepínání režimů používá časovač (moderní RV), ke kterému dochází v nastaveném časovém intervalu, pak při zapnutí vinutí motoru do trojúhelníku dojde k souboru jmenovitých otáček za předpokladu, že zatížení hřídele odpovídá technické podmínky pro provoz elektromotoru.
Přepínání režimů pomocí moderního časového relé CRM-2T
Obsluha samotného časovače je vcelku jednoduchá – nejprve se zapne stykač do hvězdy a po nastavitelné době se tento stykač vypne a s nějakým také nastavitelným zpožděním se zapne stykač trojúhelník.
Správné specifikace pro použití spojů spínacích vinutí.
Při spouštění libovolného třífázového el. motoru, je třeba dodržet nejdůležitější podmínku – moment odporu zátěže musí být vždy menší než rozběhový moment, jinak elektromotor jednoduše nenastartuje a jeho vinutí se přehřeje a spálí, i když je režim startu hvězda použitý, ve kterém je napětí nižší než jmenovité.
I když je na hřídeli volně se otáčející zátěž, rozběhový moment při zapojení hvězdou nemusí stačit a el. motor nezvedne otáčky, při kterých by měl být proveden přechod do trojúhelníkového režimu, protože odpor média, ve kterém se otáčejí mechanismy jednotek (lopatky ventilátoru nebo usazeninové oběžné kolo), se zvyšuje s rostoucí rychlostí otáčení.
V tomto případě, pokud je proudové relé vyloučeno z obvodu a přepínání režimů se provádí podle nastavení časovače, pak v okamžiku přechodu na trojúhelník budou všechny stejné proudové rázy téměř stejné doby trvání. pozorováno jako při spouštění ze stacionárního stavu rotoru.
Srovnávací charakteristiky přímého a přechodového motoru začínají zatížením hřídele
Je zřejmé, že takové spojení hvězda-trojúhelník nepřinese žádné pozitivní výsledky s nesprávně vypočítaným rozběhovým momentem. Ale v okamžiku, kdy je stykač vypnutý, což zajišťuje připojení do hvězdy, s nedostatečnými otáčkami motoru, v důsledku samoindukce bude v síti pozorováno přepětí, které může poškodit další zařízení.
Při použití spínání hvězda-trojúhelník je tedy nutné dbát na to, aby takové zapojení třífázového asynchronního el bylo účelné. motoru a znovu zkontrolujte výpočty zatížení.
Zde je dobré video o přechodu elektromagnetického startéru hvězda-trojúhelník
