На сегодняшний день асинхронные электродвигатели большой мощности отличаются надежностью работы и высокой производительностью, удобством эксплуатации и обслуживания, а также приемлемой ценой. Конструкция этого типа двигателя позволяет выдерживать сильные механические перегрузки.
Как известно, из основ электротехники, основными частями любого двигателя являются статичный статор, и вращающейся внутри его ротор.
Оба эти элемента состоят из токопроводящих обмоток, при этом статорная обмотка находиться в пазах магнитопровода с соблюдением расстояния в 120 градусов. Начало и конец каждой обмотки выведены в электрическую распределительную коробку и установлены в два ряда.
При подаче напряжения от трехфазной электросети на обмотки статора создается магнитное поле. Именно оно заставляет ротор вращаться.
Как подключить электродвигатель правильно – знает опытный электрик.
Подключение асинхронного двигателя к электрической сети осуществляется только по следующим схемам: «звезда», «треугольник» и их комбинации.
Выбор того или иного подсоединения зависит от:
Каждое соединение имеет свои плюсы и минусы в работе. В паспорте двигателя от завода-изготовителя, а также на металлическом лейбле на самом устройстве обязательно указана схема его подключения.
При соединении «Звезда» все концы статорных обмоток сходятся водной точке, а напряжение поступает на начало каждой из них. Подключение двигателя «звездой» гарантирует плавный, безопасный пуск агрегата, но на начальном этапе наблюдается значительная потеря нагрузки.
Подключение «треугольником» подразумевает последовательное соединение обмоток в замкнутую структуру, т.е.начало первой фазы соединяют с концом второй и. т.д.
Такое соединение дает выходную мощность до 70% от номинальной, но в таком случае существенно возрастают пусковые токи, что может спровоцировать поломку электродвигателя.
Существует также комбинированное соединение «звезда-треугольник» (такой значок Y/Δ обязательно должен значиться на корпусе мотора). Представленная схема вызывает скачки тока в момент переключения, которые приводят к тому, что скорость вращения ротора быстро снижается, а потом постепенно входит в норму.
Комбинированные схемы актуальны для электромоторов мощностью свыше 5 кВт.
Сейчас в промышленности более применимы асинхронные трехфазные электродвигатели отечественного производства, рассчитанные на номинальное напряжение от сети220/380 В. (агрегаты на 127/220 В уже редко используются).
Схема подключения «треугольник»- единственно верная для подключения к российским энергосетям зарубежных электромоторов номинальным напряжением 400-690 В.
Подключение трехфазного двигателя любой мощности осуществляется по определенному правилу: агрегаты низкой мощности присоединяются по схеме «треугольник», а высокомощные – только «звездой».
Так электромотор прослужит долго и проработает без сбоев.
Способ «звезды» применяется при подключении трехфазных асинхронных двигателей номинальным напряжением 127/220 В к однофазным сетям.
Явление значительного повышения пусковых токов при запуске высокомощных устройств, подсоединенных по схеме Δ, приводит в сетях с перегрузкой к кратковременному падению напряжения ниже допустимого значения. Все это объясняется особой конструкцией асинхронного электродвигателя, у которого ротор с большой массой обладает высокой инерционностью. Поэтому на начальном этапе работы мотор перегружается, особенно это актуально для роторов центробежных насосов, турбинных компрессоров, вентиляторов, станочного оборудования.
Чтобы снизить влияние всех этих электротехнических процессов, используют подключение электродвигателя «звездой» и «треугольником». Когда двигатель набирает обороты, ножи специального переключателя (пускателя с несколькими трехфазными контакторами) переводит обмотки статора со схемы Y на Δ.
Для реализации смены режимов кроме пускателя нужно специальное реле времени, благодаря которому происходит временная задержка 50-100 мс при переключении и защита от трехфазного короткого замыкания.
Сама процедура использования комбинированной схемы Y/ Δ эффективно помогает уменьшить пусковые токи мощных трехфазных агрегатов. Происходит это следующим образом:
При подаче напряжения 660 В по схеме «треугольник», каждая обмотка статора получает 380 В (√3 раза меньше), а, следовательно, по закону Ома, в 3 раза уменьшается сила тока. Поэтому при запуске в свою очередь в 3 раза снижается мощность.
Но такие переключения возможны только для моторов с номинальным напряжением 660/380 В при включении их в сеть с такими же значениями напряжения.
Опасно подключать электродвигатель с номинальным напряжением 380/220 В в сеть 660/380 В, его обмотки могут быстро перегореть.
И также помните, что вышеописанные переключения недопустимо применять для электромоторов, у которых на валу размещена нагрузка без инерции, к примеру, вес лебедки или сопротивление поршневого компрессора.
Для такого оборудования устанавливают специальные трехфазные электрические двигатели с фазным ротором, где реостаты уменьшают значение токов при пуске.
Чтобы изменить направление вращения электромотора, необходимо сменить местами две любые фазы сети при любом типе подключения.
Для этих целей при эксплуатации асинхронного электродвигателя применяют специальные электроаппараты ручного управления, к которым относятся реверсивные рубильники и пакетные переключатели или более модернизированные приборы дистанционного управления — реверсивные электромагнитные пускатели (рубильники).
С помощью снижения пускового момента и ограничения пускового тока используют метод пуска асинхронного двигателя переключение «звезда – треугольник». В первый момент пуска, напряжение к статорным обмоткам подключается по схеме «звезда» (Y). Как только двигатель разгоняется, его питание включается по схеме «треугольник» (∆).
Преимущества
Некоторые трехфазные двигатели на низкое напряжение с мощностью выше 5 кВт рассчитывают на напряжение 400 В при включении по схеме «треугольник» (∆) или на 690 В при включении по схеме «звезда» (Y). Такая схема включения дает возможность производить пуск двигателя при меньшем напряжении. При пуске двигателя по схеме «звезда – треугольник» удается уменьшить пусковой ток, до 1/3 от тока прямого пуска от сети. Пуск по схеме «звезда – треугольник» особенно подходит для механизмов с большими маховыми массами, когда нагрузка набрасывается уже после разгона двигателя до номинальной скорости.
Недостатки пуска асинхронного двигателя переключением «звезда – треугольник»
При пуске двигателя переключением «звезда – треугольник» происходит также снижение пускового момента, приблизительно на 33%. Данный метод можно использовать только для трехфазных асинхронных двигателей, которые имеют возможность подключения по схеме «треугольник». В таком варианте существует опасность переключения на «треугольник» при слишком низкой частоте вращения, что вызовет рост тока до такого же уровня, что и ток при «прямом» пуске DOL.
Во время переключения со «звезды» на «треугольник» асинхронный электродвигатель может быстро снизить скорость вращения, для увеличения которой также потребуется резкое увеличение тока. На рисунке показана схема запуска двигателя с помощью пускателей KM1, KM2, KM3. Пускатель KM1,КМ2 включает электродвигатель по схеме «звезда». Через время, отведенное на запуск и выход двигателя на 50% номинальной скорости, отключается пускатель КМ2 и включается КМ3, переключая двигатель на «треугольник».
Пусковой момент и ток при пуске переключением «звезда – треугольник» значительно ниже, чем при прямом пуске.
Сравнение способа прямого пуска DOL и пуска с переключением «звезда – треугольник»
В данных диаграммах показаны пусковые токи для насоса, с трехфазным асинхронным двигателем мощностью 7,5 кВт методом прямого пуска (DOL) и пуска переключением «звезда – треугольник», соответственно. На рисунке видно, что способ прямого пуска DOL отличается большими пусковыми токами, но который через некоторое время уменьшается и становится постоянным.
Способ пуска переключением «звезда – треугольник» отличается меньшими низким пусковыми токами. Однако, в момент запуска при переходе от «звезды» к «треугольнику» происходят скачки токов. Во время пуска по схеме «звезда», через (t = 0,3 с), величина тока снижается. Однако, во время переключения со «звезды» на «треугольнику», через время t = 1,7 с, величина тока достигает уровня пускового тока при прямом пуске. Более того, скачок тока может стать ещё больше, так как во время переключения на двигатель не подаётся напряжение и двигатель теряет скорость перед подачей полного напряжения.
Как правило, допустимая максимальная нагрузка любого реле времени не так велика, как необходимо. Для усиления выхода реле с целью управления более мощной нагрузкой разумно воспользоваться магнитным пускателем . Схема подключения к пускателю не представляет собой ничего сложного и любой начинающий электрик сможет осуществить такое подключение без особых сложностей.
Прежде чем приступить к изучению особенностей подключения, опишем особенности и назначения реле времени и магнитного пускателя .
Реле времени представляет собой простое современное автоматическое устройство. Здесь все понятно на интуитивном уровне и такие приборы очень широко используются в самых разных схемах для автоматизации технологических операций.
В наше время задачи реле времени могут выполняться программируемыми логическими контроллерами, однако, «старые» приборы еще не полностью вытеснены.
Предназначение реле времени - коммутация электроцепей с предварительно установленной временной выдержкой .
Современные реле времени представляют собой временные контроллеры, которые можно запрограммировать для решения конкретных задач.
Эти приборы способны обеспечивать нужный интервал времени, учитывая определенный алгоритм подключения элементов в электроцепи. Чаще всего они применяются при необходимости автоматического запуска устройств через определенный интервал времени , после того, как поступил основной сигнал.
Самые разные конструкции реле времени определяют применение прибора на бытовом и промышленном уровне.
Электромагнитный пускатель представляет собой электрический аппарат, который позволяет запускать, останавливать и защищать трехфазные асинхронные электрические двигатели .
Кроме того, эти приборы позволяют запускать и выключать любые виды нагрузки , к примеру, элементы нагрева, источники освещения и другие.
Производятся электромагнитные пускатели в одиночном или сдвоенном исполнении. Последние обладают механической защитой от одновременного запуска.
Приборы открытого исполнения используются в панельных установках, их применяют внутри закрытых специализированных шкафов, а также в других местах, которые надежно защищены от мелких частиц и механических повреждений.
В отличие от них, защищенные пускатели могут применяться внутри помещений, если среда не сильно запылена. Есть и пускатели, которые обладают надежной защитой от влаги и пыли, они могут использоваться как на внутренних, так и на наружных установках.
Чтобы пускатель и реле времени смогли надежно работать, их нужно правильно установить. Устройства должны быть жестко закреплены.
Нельзя устанавливать приборы в местах, которые могут подвергаться ударам и вибрациям, например там, где установлены электромагнитные аппараты (больше 150 А), создающие удары и вибрации во время включения.
Если к контактам магнитного пускателя подключается один проводник, нужно загибать его П-образно , чтобы предотвратить перекос пружинной шайбы зажима.
Если подсоединяются два проводника, они должны быть прямыми, и каждый должен располагаться с одной стороны винта зажима . Обязательно нужно проверить надежность закрепления проводников.
Перед подключением к пускателю концы медных проводников нужно залудить, а многожильные скрутить. Однако нельзя смазывать контакты и подвижные детали пускателя.
Для начала будет рассмотрена самая простая схема подключения реле времени . Первым делом нужно закрепить прибор на стене, он должен размещаться в строго вертикальном положении с допустимым отклонением примерно 10 градусов.
Также нужно учесть, что нормальная работа прибора возможна в диапазоне от –10 до +50 ºС. При этом максимально допустимая влажность должна составлять 80%.
Нужно убедиться в том, что прибор надежно закреплен. Также следует обесточить сеть . Только после этого можно приступать к его подключению. Нужно снять крышку реле и заземлить прибор . Затем подключить электрическую сеть к контактам, как показано на рисунке ниже.
Контакты, которые пронумерованы цифрами 1 и 2 используются здесь для подачи напряжения от сети 220 В. Для представленной на схеме модели таймера, питание подводится в верхней части, а для управления выключением и включением предусмотрены контакты в нижней части прибора.
В данном случае на разрыв отводится фазный проводник, а ноль подается на нагрузку (в данном случае электролампы).
Средний контакт под номером 4 использован для подачи фазы от электрического щита, она может коммутироваться отдельно с подключениями 3 или 5.
Соединение 4–5 является нормально открытым (н.о.), а 3–4 нормально замкнутым (н.з.). (Для тех, кто не понимает слово «нормально» - состояние, когда выходное реле не сработало, в том числе, когда нет напряжения питания на клеммах 1–2).
Это довольно простое подключение и выполнить его способен даже начинающий электрик.
Если реле времени используется для контроля работы более мощной нагрузки, например, электродвигателя, понадобится подключение магнитного пускателя .
Этот прибор предназначен здесь для запуска, а также разгона до номинальной скорости электрического двигателя. Также пускатель обеспечивает непрерывность его работы, при необходимости отключает питание, обеспечивая защиту электродвигателю.
Магнитные выключатели могут использоваться не только для подключения электродвигателей. Их широко применяют и при других многокиловаттных нагрузках, для подключения обогревателей, уличного освещения и другого.
Для подключения выбран магнитный пускатель типа C-09D10. Схема подключения выглядит следующим образом:
Каждый пускатель содержит два контакта, которые используются для подключения выводов катушки. При подаче на катушку будет создано магнитное поле, втягивающее подвижный сердечник с подвижными контактами и траверсой, которые к нему закреплены. В зависимости от марки пускателя рабочее напряжение может составлять 110, 220 или 380 В.
Как и в предыдущей схеме, можно задействовать н.о. контакты 4–5 или н.з. 3–4.
Для того, чтобы запустить электрический двигатель используется схема «Звезда-Треугольник », которая включает применение независимой временной выдержки во время запуска с режима «звезда » и перехода двигателя в рабочий режим «треугольник ».
Здесь применяется реле времени RT-SD . Прибор регулирует время отключения режима «звезда» от 1 с до 10 минут. Кроме того, предусмотрена регулировка времени от предустановленных настроек и переключение режима «звезда-треугольник».
Однако такое реле можно использовать и в системах бытовой и промышленной автоматики для регулировки работы отопительных и вентиляционных систем и осветительных приборов.
Преимущество использования реле времени RT-SD заключается в следующем. Движки большой мощности при запуске обладают пусковым током, который в 5–6 раз выше рабочего . Как раз поэтому во время запуска электродвигателя по схеме «звезда-треугольник » используется прибор RT-SD .
Он позволяет снижать пусковой ток мощных двигателей во время запуска в режиме «звезда », а также при переключении в режим «треугольник », обеспечивая работу электродвигателя на номинальных значениях.
Реле времени в данном случае представляет собой альтернативу прибору плавного пуска . И в силу дороговизны последнего, реле RT-SD применяется очень часто. Кроме того, при запуске электродвигателя также используется магнитный пускатель, который подключается к реле как показано на схеме выше.
Реализовать возможность запуска двигателя не только от реле времени, но и от кнопочного поста можно, добавив второй пускатель и собрав специальную схему «подхвата».
Внешний вид кнопочного поста с двумя кнопками
Рассмотрим принципиальную схему ниже. При нажатии на кнопку «ПУСК » происходит срабатывание Пускателя 1 и замыкание соответствующего контакта K1.1, подключенного параллельно кнопке «ПУСК ». При отпускании этой кнопки, напряжение питания продолжает поддерживать Пускатель 1 во включенном состоянии и, соответственно, параллельный контакт K1.1 - в замкнутом.
Одновременно с контактом K1.1 замыкается контакт K1.2, который непосредственно включает Пускатель 2 , управляющий нагрузкой. В момент срабатывания реле времени происходит срабатывание «контакта реле времени » и включение Пускателя 2 .
В момент нажатия на кнопку «СТОП » (по умолчанию она замкнута) происходит размыкание цепи и Пускатель 1 отключается. Состояние Пускателя 2 при этом будет зависеть только от состояния реле времени.
Пускатель может управлять, к примеру, двигателем или еще чем-то. Если числа его контактов не достаточно, то их количество может быть увеличено специальными приставками.
Перед тем, как запустить собранную электрическую схему, нужно провести ее наружный осмотр, а также осмотр всех приборов.
Нужно убедиться, что все подключения осуществлены правильно и в случае подачи напряжения не произойдет замыкания или перегорания приборов. Также стоит проверить надежность закрепления проводников в зажимах.
Усиление выхода реле времени с помощью магнитного пускателя не представляет собой ничего сложно. Оно используется очень широко при подключении не только электродвигателей, но и других приборов промышленного и бытового типа.
Одной из главных задач мастера-электрика является изучение инструкции, которая прилагается к реле времени и магнитному пускателю.
Другая задача - правильно определить назначение зажимов на корпусе приборов. Если всё сделать грамотно, можно обеспечить успешное управление электроприборами на предприятии или в домашних условиях.
