Что такое Стартер двигателя? Типы пускателей двигателей и методы пуска двигателей

Типы пускателей двигателей и методы пуска двигателей

Что такое пускатель двигателя?

Пускатель двигателя — это электрическое устройство, которое используется для безопасного запуска и остановки двигателя. Подобно реле, пускатель двигателя включает и выключает питание и, в отличие от реле, также обеспечивает защиту от низкого напряжения и перегрузки по току.

Основная функция пускателя двигателя:

• Чтобы безопасно запустить двигатель
• Чтобы безопасно остановить двигатель
• Чтобы изменить направление вращения двигателя
• Для защиты двигателя от низкого напряжения и перегрузки по току.

Пускатель двигателя состоит из двух основных компонентов, которые работают вместе для управления и защиты двигателя;

• Электрический контактор :Контактор предназначен для включения/выключения питания двигателя путем замыкания или размыкания контактных клемм.
• Схема защиты от перегрузки :Целью этой цепи является защита двигателя от потенциального повреждения в результате перегрузки. Огромный ток через ротор может повредить обмотку, а также другие устройства, подключенные к источнику питания. Он определяет ток и отключает источник питания.

Зачем нам нужен стартер с двигателем?

Пускатель необходим для запуска асинхронного двигателя. Это связано с низким импедансом ротора. Импеданс ротора зависит от скольжения асинхронного двигателя, которое представляет собой относительную скорость между ротором и статором. Импеданс обратно пропорционален скольжению.

Скольжение асинхронного двигателя максимально, т. е. 1 в состоянии покоя (положение покоя), поэтому полное сопротивление минимально, и он потребляет огромное количество тока, называемого пусковым током. Высокий пусковой ток намагничивает воздушный зазор между ротором и статором, что индуцирует ЭДС в обмотке ротора. Эта ЭДС создает электрический ток в обмотке ротора, который создает магнитное поле для создания крутящего момента в роторе. По мере увеличения скорости вращения ротора скольжение двигателя уменьшается, а ток, потребляемый двигателем, уменьшается.

Высокий пусковой ток в 5-8 раз превышает номинальный ток при полной нагрузке. Таким образом, такой ток может повредить или сжечь обмотки двигателя, что сделает машину бесполезной, а также может привести к резкому падению напряжения в линии питания, что может привести к повреждению других устройств, подключенных к той же линии.

Чтобы защитить двигатель от такого огромного количества токов, мы используем пускатель, который ограничивает начальный ток на короткое время при запуске и после того, как двигатель достигает определенной скорости. , нормальное питание двигателя возобновляется. Они также обеспечивают защиту от условий отказа, таких как низкое напряжение и перегрузка по току во время нормальной работы.

Несмотря на то, что небольшие двигатели мощностью менее 1 л.с. имеют высокое сопротивление и могут выдерживать начальный ток, им не нужен такой пускатель двигателя, однако им нужна система защиты от перегрузки по току, которая предусмотрена с помощью стартеров DOL (Direct On-Line). Приведенное выше объяснение показывает, почему нам нужен стартер для установки с двигателем?

Как работает стартер двигателя?

Пускатель — это управляющее устройство, которое используется для переключения двигателя вручную или автоматически. Он используется для безопасного включения/выключения электродвигателей путем замыкания или размыкания контактов.

Ручной пускатель используется для небольших двигателей, в которых ручной рычаг приводится в действие вручную (перемещение контактов) в положение ВКЛ или ВЫКЛ. Недостатком таких пускателей является то, что они должны включаться после отключения питания. Другими словами, им требуется ручное управление для каждой операции (ВКЛ или ВЫКЛ). Иногда эта операция может привести к протеканию больших токов в обмотке двигателя, которые могут сжечь двигатель. Вот почему в большинстве случаев не рекомендуется использовать другие альтернативные пускатели двигателей с защитой, такие как автоматические пускатели.

С другой стороны, автоматические пускатели, состоящие из электромеханических реле и контакторов, используются для включения/выключения двигателя. Когда ток проходит через катушки контактора, он возбуждает и создает электромагнитное поле, которое притягивает или толкает контакты для подключения обмоток двигателя к источнику питания.

Кнопки пуска и останова, подключенные к двигателю и пускателю, можно использовать для включения и выключения двигателей. Катушки контактора можно обесточить, нажав кнопку останова, что приводит к обесточиванию катушки. Таким образом, контакты контактора благодаря пружинному устройству возвращаются в нормальное положение, что приводит к отключению двигателя. В случае сбоя питания или ручного отключения двигатель не запустится автоматически, пока мы не запустим двигатель вручную, нажав «кнопку пуска». На следующей диаграмме показано, как работает пускатель двигателя DOL в режиме ВКЛ/ВЫКЛ.

Типы пускателей двигателей в зависимости от методов и способов пуска

В промышленности для запуска асинхронного двигателя используются различные методы пуска. Прежде чем обсуждать типы двигателей, рассмотрим некоторые методы, используемые в пускателях двигателей.

• Полное напряжение или пускатель от сети

Такие пускатели напрямую соединяют двигатель с линией питания, обеспечивающей полное напряжение. Двигатели, подключенные через такие пускатели, имеют малую мощность, чтобы не создавать огромного падения напряжения в питающей сети. Они используются в приложениях, где двигатели имеют низкие номиналы и должны работать в одном направлении.

• Реверсивный пускатель полного напряжения

Направление трехфазного асинхронного двигателя можно изменить, поменяв местами любые две фазы. Такой пускатель включает в себя два магнитных контактора с механической блокировкой и перепутанными фазами для прямого и обратного направления. Он используется в приложениях, где двигатель должен работать в обоих направлениях, а для управления им используются контакторы.

• Многоскоростной пускатель

Чтобы изменить скорость двигателя переменного тока, вам необходимо изменить частоту сети переменного тока или изменить количество полюсов (путем пересоединения обмоток в некоторых) двигателя. Такие типы пускателей запускают двигатель на нескольких предварительно выбранных скоростях в соответствии с его применением.

• Пускатель пониженного напряжения

Наиболее распространенный метод пуска – это снижение напряжения при пуске двигателя, чтобы уменьшить пусковой ток, который может повредить обмотки двигателя, а также вызвать сильное падение напряжения. в напряжении. Эти пускатели используются для двигателей с высоким номиналом.

На основе описанных выше методов в промышленности используются следующие типы пускателей двигателей.

Тип пускателя двигателя:

Мы обсудим следующие типы двигателей и методы их пуска на основе описанных выше методов пуска двигателей с их преимуществами и недостатками.

1. Прямой онлайн-стартер (DOL)
2. Пускатель сопротивления статора
3. Сопротивление ротора или пускатель двигателя с контактным кольцом
4. Автотрансформаторный стартер
5. Стартовая программа "Звезда-Дельта"
6. Устройство плавного пуска
7. Частотно-регулируемый привод (VFD)

Пускатели двигателей бывают разных типов, но в основном они подразделяются на два типа.

• Ручной запуск

Этот тип пускового устройства работает вручную и не требует никакого опыта. Кнопка используется для выключения и включения двигателя, связанного с ней. Механизм за кнопкой включает в себя механический переключатель, который разрывает цепь или запускает или останавливает двигатель.

Они также обеспечивают защиту от перегрузки. Однако эти пускатели не имеют LVP (защиты от низкого напряжения), т.е. не разрывают цепь при отключении питания. Это может быть опасно для некоторых применений, поскольку двигатель перезапускается при восстановлении питания. Таким образом, они используются для двигателя малой мощности. Пускатель прямого включения (DOL) — это ручной пускатель, обеспечивающий защиту от перегрузки.

• Магнитный стартер

Магнитные пускатели являются наиболее распространенным типом пускателей и в основном используются для двигателей переменного тока большой мощности. Эти пускатели работают электромагнитно, как реле, которое размыкает или замыкает контакты с помощью магнетизма.

Он обеспечивает более низкое и безопасное напряжение для запуска, а также включает защиту от низкого напряжения и перегрузки по току. При отключении электроэнергии магнитный пускатель автоматически разрывает цепь. В отличие от ручных пускателей, он включает автоматическое и дистанционное управление без участия оператора.

Магнитный пускатель состоит из двух цепей;

• Силовая цепь; эта цепь отвечает за подачу питания на двигатель. Он состоит из электрических контактов, которые включают и выключают питание, подаваемое из линии питания на двигатель через реле перегрузки.
• Схема управления; эта схема управляет контактами силовой цепи, чтобы включить или отключить подачу питания на двигатель. Электромагнитная катушка возбуждается или обесточивается, чтобы тянуть или толкать электрические контакты. Таким образом обеспечивается дистанционное управление магнитным пускателем.

Прямой онлайн (DOL) Starter

DOL, также известный как Direct Online Starter, представляет собой простейшую форму пускателя двигателя, которая подключает двигатель напрямую к источнику питания. Он состоит из магнитного контактора, соединяющего двигатель с линией питания, и реле перегрузки для защиты от перегрузки по току. Нет снижения напряжения для безопасного пуска двигателя. Поэтому двигатель, используемый с такими стартёрами, имеет номинальную мощность менее 5 л.с. Он имеет две простые кнопки, которые запускают и останавливают двигатель.

Нажатие кнопки запуска активирует катушку, которая сближает контакторы, чтобы замкнуть цепь. А нажатие на кнопку стоп обесточивает катушку контактора и раздвигает его контакты, разрывая цепь. Переключатель, используемый для включения/выключения источника питания, может быть любого типа, например поворотным, уровневым, поплавковым и т. д.

Хотя этот пускатель не обеспечивает безопасного пускового напряжения, реле перегрузки обеспечивает защиту от перегрева и перегрузки по току. Реле перегрузки имеет нормально замкнутые контакты, которые включают катушку контактора. При срабатывании реле катушка контактора обесточивается и разрывает цепь.

Преимущества пускателя двигателя DOL

• у него очень простой и экономичный дизайн.
• Его очень легко понять и использовать.
• обеспечивает высокий пусковой момент благодаря высокому пусковому току.

Недостатки пускателя двигателя DOL

• Высокий пусковой ток может повредить обмотки
• Высокий пусковой ток вызывает падение напряжения в линии электропередачи.
• Не подходит для тяжелых двигателей
• Это может сократить срок службы двигателя.

Пусковое сопротивление статора

Пускатель сопротивления статора использует метод RVS (пускатель пониженного напряжения) для запуска двигателя. Внешнее сопротивление добавляется последовательно с каждой фазой статора трехфазного асинхронного двигателя. Работа резистора заключается в уменьшении линейного напряжения (впоследствии уменьшая начальный ток), подаваемого на статор.

Изначально переменный резистор удерживается в максимальном положении, обеспечивая максимальное сопротивление. Поэтому напряжение на двигателе минимально (на безопасном уровне) из-за падения напряжения на резисторе. Низкое напряжение статора ограничивает пусковой ток, который может повредить обмотки двигателя. Когда двигатель набирает скорость, сопротивление уменьшается, а фаза статора напрямую подключается к линиям электропередач.

Поскольку ток прямо пропорционален напряжению, а крутящий момент зависит от квадрата тока, уменьшение напряжения в 2 раза снижает крутящий момент в 4 раза. Таким образом, пусковой момент при использовании такого стартера очень низкий и его необходимо поддерживать.

Преимущества пускателя электродвигателя сопротивления статора

• Он обеспечивает гибкость в начальных характеристиках.
• Переменное напряжение питания обеспечивает плавное ускорение
• Он может быть подключен как к двигателю, подключенному по схеме "звезда", так и "треугольник".

Недостатки пускателя электродвигателя сопротивления статора

• Резисторы рассеивают мощность.
• Пусковой крутящий момент очень низкий из-за снижения напряжения.
• Для больших двигателей резисторы довольно дороги.

Сопротивление ротора или пускатель двигателя с контактным кольцом

Этот тип пускателя двигателя работает по методу пуска двигателя при полном напряжении. Он работает только с асинхронным двигателем с контактными кольцами, поэтому он также известен как пускатель двигателя с контактными кольцами.

Внешние сопротивления соединены с ротором звездой через токосъемное кольцо. Эти резисторы ограничивают ток ротора и увеличивают крутящий момент. Это, в свою очередь, снижает пусковой ток статора. Это также помогает улучшить коэффициент мощности

Сопротивления используются только во время пуска двигателя и удаляются, как только двигатель набирает номинальную скорость.

Преимущества пускателя электродвигателя с сопротивлением ротора

• Он обеспечивает низкий пусковой ток при полном напряжении.
• Благодаря высокому пусковому моменту двигатель может запускаться под нагрузкой.
• Этот метод улучшает коэффициент мощности.
• Он обеспечивает широкий диапазон контроля скорости.

Недостатки пускателя двигателя с сопротивлением ротора

• Работает только с асинхронным двигателем с контактными кольцами.
• Ротор дорогой и тяжелый.

Автотрансформатор для начинающих

В пускателях такого типа используется автотрансформатор в качестве понижающего трансформатора для снижения напряжения, подаваемого на статор во время пусковой стадии. Он может быть подключен к двигателям, соединенным звездой и треугольником.

Вторичная обмотка автотрансформатора подключена к каждой фазе двигателя. Несколько обмоток автотрансформатора обеспечивают часть номинального напряжения. Во время пуска реле находится в начальном положении, т. е. в точке ответвления, обеспечивающей пониженное напряжение для пуска. Реле переключается между точками ответвления, чтобы увеличить напряжение со скоростью двигателя. Наконец, он подключает его с полным номинальным напряжением.

По сравнению с другими методами снижения напряжения он предлагает высокое напряжение для определенного пускового тока. Это помогает обеспечить лучший пусковой крутящий момент.

Преимущества Autotransformer Starter

• Он обеспечивает лучший пусковой момент.
• Используется для пуска больших двигателей со значительной нагрузкой.
• Он также предлагает ручное управление скоростью.
• Он также предлагает гибкость в начальных характеристиках.

Недостатки автотрансформатора Starter

• Из-за больших размеров автотрансформатора такой стартер занимает слишком много места.
• Схема сложная и относительно дорогая, чем другие стартеры.

Стартовый вариант "звезда-треугольник"

Это еще один распространенный метод запуска, используемый в промышленности для больших двигателей. Обмотки трехфазного асинхронного двигателя переключаются между звездой и треугольником для запуска двигателя.

Чтобы запустить асинхронный двигатель, он соединяется звездой с помощью трехполюсного двухпозиционного реле. Фазное напряжение при соединении звездой снижается в 1/√3 раза, что снижает пусковой ток и пусковой момент на 1/3 от нормального номинального значения.

Когда двигатель ускоряется, реле времени переключает соединение обмоток статора со звезды на соединение треугольником, обеспечивая полное напряжение на каждой обмотке. Двигатель работает на номинальной скорости.

Преимущества Star Delta Starter

• У него простой и дешевый дизайн.
• Не требует обслуживания
• Обеспечить низкий импульсный ток.
• Он используется для запуска больших асинхронных двигателей.
• Это лучше всего подходит для длительного времени разгона.

Недостатки стартовой программы Star Delta

• Работает с двигателем, подключенным по схеме треугольника.
• Есть дополнительные проводные соединения.
• Он обеспечивает низкий пусковой крутящий момент, который невозможно поддерживать.
• Существует очень ограниченная гибкость начальных характеристик.
• При переключении со звезды на треугольник слышен механический рывок.

Soft Starter

Устройство плавного пуска также использует технику снижения напряжения. Он использует полупроводниковые переключатели, такие как TRIAC, для управления напряжением, а также пусковым током, подаваемым на асинхронный двигатель.

Симистор с фазовым управлением используется для обеспечения переменного напряжения. Напряжение изменяется за счет изменения угла проводимости или угла открытия симистора. Угол проводимости поддерживается минимальным, чтобы обеспечить пониженное напряжение. Напряжение увеличивают постепенно, увеличивая угол проводимости. При максимальном угле проводимости на асинхронный двигатель подается полное линейное напряжение, и он работает с номинальной скоростью.

Он обеспечивает постепенное и плавное увеличение пускового напряжения, тока и крутящего момента. Таким образом, отсутствует механический рывок и обеспечивается плавная работа, что увеличивает срок службы машины.

Преимущества программы плавного пуска

• Он обеспечивает лучший контроль над пусковым током и напряжением.
• Он обеспечивает плавное ускорение без рывков.
• Уменьшает скачки напряжения в системе.
• Увеличивает срок службы системы.
• Повышение эффективности и отсутствие необходимости обслуживания.
• Его размер небольшой

Недостатки программы плавного пуска

• Это относительно дорого
• Энергия рассеивается в виде тепла.

Переменная частота  Доктор пять (VFD)

Как и устройство плавного пуска, частотно-регулируемый привод (ЧРП) может изменять как напряжение, так и частоту питающего тока. Он в основном используется для управления скоростью асинхронного двигателя, поскольку она зависит от частоты питания.

Переменный ток из линии питания преобразуется в постоянный с помощью выпрямителей. Чистый постоянный ток преобразуется в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением с использованием метода широтно-импульсной модуляции через силовой транзистор, такой как IGBT.

Он обеспечивает полный контроль над скоростью двигателя от 0 до номинальной скорости. Опция регулировки скорости с переменным напряжением обеспечивает лучший пусковой ток и ускорение.

Преимущества частотно-регулируемого привода

• Это обеспечивает лучшее и плавное ускорение для большого двигателя.
• Он обеспечивает полный контроль скорости с плавным ускорением и замедлением.
• Увеличивает срок службы благодаря отсутствию электрического и механического воздействия.
• Предлагает работу двигателя вперед и назад.

Недостатки частотно-регулируемого привода

• Это относительно дорого, если только не требуется контроль скорости
• Происходит рассеивание тепла
• ЧРП создают гармоники в электрических линиях, которые могут повлиять на электронное оборудование и коэффициент мощности.