Тема недели: 8 января, 11-й выпуск. Причины высокого тока запуска двигателей

Внутри электродвигателя величина индуцированного потенциала на решетках связана с скоростью, с которой они пересекают вращающееся магнитное поле. При запуске электродвигателя скорость пересечения решетками вращающегося магнитного поля достигает максимума. Поэтому индуцированный потенциал также становится максимальным, а ток в роторе — большим. Как мы знаем, чем больше ток в вторичной обмотке трансформатора, тем больше ток в первичной обмотке. То же самое происходит и при запуске электродвигателя: чем больше ток в решетках, тем больше ток в обмотках статора. Ток при запуске электродвигателя может достигать 4–7 раз значения номинального тока.

В тот момент, когда двигатель только запускается, напряжение питания подается на катушки двигателя. На этом этапе двигатель ещё не начинает вращаться; он не преобразует электрическую энергию в механическую, поэтому у него нет эквивалентного сопротивления. В этот момент электродвигатель функционирует так, будто напряжение источника питания подается на определенный участок провода; сопротивление здесь очень мало, а ток — очень велик. Именно поэтому при первом запуске двигателя возникает довольно большой ток.

Последнее изменение в этом посте было сделано shiwang528 8 января 2011 года в 09:05. На самом деле, не только у промышленного оборудования для химической промышленности высокий ток запуска, но и у бытовой техники он тоже велик. Просто дома нет измерителей тока, поэтому мы этого не замечаем. Высокий ток запуска связан в основном с индукционным электродвижущим напряжением. Когда асинхронный двигатель находится в состоянии покоя, с электромагнитной точки зрения он подобен трансформатору: обмотка статора, соединенная с источником питания, соответствует первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора, образующая замкнутый контур, соответствует вторичной обмотке трансформатора, имеющей короткое замыкание. Между обмоткой статора и обмоткой ротора нет электрической связи; существует лишь магнитная связь. Магнитный поток проходит через статор, зазор и железный сердечник ротора, образуя замкнутый контур. В момент замыкания цепи ротор ещё не начал вращаться из-за инерции. Вращающееся магнитное поле с максимальной скоростью (синхронной скоростью) проходит через обмотки ротора, что приводит к возникновению в этих обмотках максимально возможного электрического напряжения. В результате в проводниках ротора течёт большой ток. Этот ток создаёт магнитную энергию, которая противодействует магнитному полю статора, подобно тому, как вторичный магнитный поток трансформатора противодействует первичному магнитному потоку. Для поддержания исходного магнитного потока, соответствующего напряжению питания в данный момент, статор автоматически увеличивает ток. Поскольку в этот момент ток в роторе очень велик, ток в статоре также значительно увеличивается — до 4–7 раз превышая номинальный ток. Вот почему напряжение при запуске такое высокое. По мере увеличения скорости вращения электродвигателя снижается скорость, с которой магнитное поле статора проходит через проводники ротора. В результате снижается индуцированное напряжение в проводниках ротора, а значит, и ток в них. Следовательно, уменьшается и та часть тока в статоре, которая необходима для компенсации воздействия магнитного потока, создаваемого током ротора. Таким образом, ток в статоре сначала увеличивается, а затем снижается до нормального значения.

Способы снижения пускового тока включают частотно-регулируемый пуск, мягкий пуск и так далее

В тот момент, когда двигатель только запускается, напряжение питания подается на катушки двигателя. На этом этапе двигатель ещё не начинает вращаться; он не преобразует электрическую энергию в механическую, поэтому у него нет эквивалентного сопротивления. В этот момент электродвигатель функционирует так, будто напряжение источника питания подается на определенный участок провода; сопротивление здесь очень мало, а ток — очень велик. Именно поэтому при запуске двигателя возникает довольно большой ток.

Я изучил это. Я знаю только, что при запуске ток бывает довольно высоким, а время запуска — коротким; это проявление жесткого запуска. Сейчас для крупных двигателей используется мягкий запуск, и в таком случае уровень тока остается ниже

Ответ на 5# yaakaak: Можете рассказать о коде мягкого запуска?

Напряжение постепенно повышается от нуля до номинального значения, благодаря чему ток запуска двигателя в процессе его запуска становится управляемым, в отличие от ранее неконтролируемого тока перегрузки. Кроме того, можно регулировать величину стартового тока по мере необходимости. Во всем процессе запуска двигателя отсутствует ударный момент; запуск происходит плавно. Это и есть мягкий запуск.

　Как правило, существует несколько способов плавного запуска: (1) плавный запуск с постепенным повышением напряжения. 　 (2) Плавный пуск с постоянным током на склоне. 　　 (3) Разовый запуск. 　 (4) Запуск с импульсным ударом

Принцип работы: в регуляторе скорости вращения используются три фазных тиристора, соединенные параллельно, в качестве регулятора напряжения; они подключаются между источником питания и статором двигателя. Такая схема подобна трехфазной полностью управляемой мостовой схеме выпрямления. При запуске двигателя с помощью газоразрядного стартера выходное напряжение тиристоров постепенно увеличивается, что приводит к постепенному ускорению двигателя. Когда тиристоры полностью включаются, двигатель начинает работать при номинальном напряжении, что обеспечивает плавный запуск, снижает запусковой ток и предотвращает аварийное отключение из-за перегрузки. Когда двигатель достигает номинальной скорости вращения, процесс запуска завершается. Устройство мягкого запуска автоматически заменяет тиристоры, выполнившие свою функцию, на контакторы байпаса. Это позволяет обеспечить двигатель номинальным напряжением для его нормальной работы. Таким образом снижается тепловые потери тиристоров, увеличивается срок службы устройства мягкого запуска и повышается его эффективность. Кроме того, это способствует снижению уровня гармоник в электросети. Гибкий стартер также обеспечивает функцию плавного торможения. При плавном торможении процесс протекает в обратном порядке: напряжение постепенно снижается, а скорость вращения — до нуля, что предотвращает ударные нагрузки, возникающие при резком торможении.

I. Вред прямого запуска электродвигателя при полном напряжении и преимущества мягкого запуска
1. Приводит к колебаниям напряжения в сети, что влияет на работу других устройств, подключенных к той же сети. При прямом запуске асинхронного электродвигателя при полном напряжении ток запуска может достигать 4–7 раз значения номинального тока. Когда мощность двигателя довольно велика, такой ток запуска вызывает резкое падение напряжения в сети, что влияет на нормальную работу других устройств, подключенных к той же сети. 　　При мягком запуске ток запуска обычно составляет 2–3 раза больше номинального тока; доля колебаний напряжения в сети не превышает 10%, поэтому влияние на другое оборудование минимально. 　　 ⒉ Влияние на электросеть Влияние на электросеть проявляется в двух основных аспектах: ① Высокий ток, возникающий при прямом запуске сверхкрупных двигателей, оказывает на электросеть воздействие, схожее с воздействием трехфазного короткого замыкания. Это часто приводит к колебаниям мощности и нарушению стабильности электросети. 　　②В токе запуска присутствует большое количество высших гармоник, которые в сочетании с параметрами сети могут вызвать высокочастотную резонансную составляющую. Это приводит к неправильной работе релейных защит, сбоям в автоматическом управлении и другим неисправностям. 　　При мягком запуске ток запуска существенно снижается, и все вышеупомянутые негативные эффекты полностью исчезают. 　　 ⒊ Повреждается изоляция двигателя, что сокращает срок его службы. ① Жар, возникающий при большом токе, постоянно воздействует на внешнюю изоляцию проводов, что ускоряет её старение и сокращает срок службы. 　　②Механическая сила, возникающая при большом токе, приводит к трению между проводами, что сокращает срок службы изоляции. 　　③При замыкании высоковольтного выключателя возникает дрожание контактов, что приводит к появлению перенапряжения на обмотках статора двигателя. Иногда это перенапряжение может превышать в 5 раз величину внешнего напряжения. Такое высокое перенапряжение может нанести серьезный ущерб изоляции двигателя. 　　При мягком запуске максимальный ток снижается примерно вдвое, а мгновенное нагревание составляет всего около 1/4 от значения при прямом запуске; это способствует **увеличению срока службы изоляции** ； При плавном запуске напряжение на выходе двигателя может регулироваться от нуля, что полностью исключает риск повреждения из-за перенапряжения. 　　 ⒋ Вред, наносимый двигателю от электрической силы. Большой ток создает сильные ударные нагрузки на катушки статора и лопасти ротора, что приводит к ослаблению крепления деталей, деформации катушек, разрыву лопастей ротора и другим неисправностям. 　　При мягком запуске из-за небольшого максимального тока ударная нагрузка **снижается**. 　　 ⒌ Повреждение механического оборудования. При прямом запуске при полном напряжении крутящий момент составляет примерно в 2 раза больше номинального значения. Такой сильный момент, действующий на неподвижное механическое оборудование, приводит к ускоренному износу шестерен, что может привести к их разрушению; к ускоренному износу ремней, что может привести к их разрыву; к ускоренной усталости лопастей, что может привести к их поломке и т. д. 　　

Сверхкрупные электродвигатели имеют высокую стоимость и играют ключевую роль в производстве. Даже небольшой сбой в его работе может привести к значительным финансовым потерям, поэтому крайне необходимо обеспечить его надежную защиту. Например, в электродвигателе нельзя ожидать, что изоляция во всех его частях будет абсолютно одинаковой; возможно, в какой-то точке существует слабое место. Во время испытаний на производстве такой двигатель может пройти проверку, но под действием постоянных нагрузок это слабое место постепенно проявляется, что сокращает срок его службы. Если мы применим мягкий пуск, это позволит **увеличить срок службы двигателя. Какой из этих вариантов более экономичен? Это очевидно.

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем Ожидание 11.01.2011 в 10:11. Ответ на сообщение №13 от yaakaak: Каковы обычно первоначальные затраты на полумягкий запуск по сравнению с обычным запуском?

Ответ на 14# Страж: полуплавный запуск??????????????????????????????????????

1. При первом запуске коэффициент скольжения наибольш, а сопротивление магнитному потоку — максимально. Чтобы восполнить поглощённый магнитный поток, необходимо увеличить ток; поэтому ток при запуске бывает очень большим. 2. Формула тока запуска постоянного тока: Ist = (Un – Ea) / Ra. В момент запуска скорость вращения n = 0, поэтому потенциал арматуры Ea = nCeΦ = 0. При этом значение Ra остается неизменным. Следовательно, при подаче номинального напряжения на клеммы арматуры ток может достигать 10–30 раз номинального значения. Поэтому прямой запуск допускается только у постоянных двигателей с очень малой мощностью; у всех остальных двигателей прямой запуск запрещен. 3. Что касается асинхронного двигателя, то вы сказали верно: в момент запуска у асинхронного двигателя наибольшая скорость вращения ротора, в результате чего в роторе возникает максимальный ток. Этот ток создает магнитный поток, противодействующий магнитному полю статора. Чтобы поддерживать необходимый уровень магнитного потока Ф = WI/Rm, при неизменных значениях W и Rm для увеличения Ф необходимо увеличить ток I.