Ao partir um motor trifásico de uma rede monofásica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O artigo discute os aspectos negativos da partida de motores assíncronos trifásicos com um rotor de gaiola de esquilo de uma rede CA monofásica, trocando seus enrolamentos do estator de uma estrela para um delta, esquemas de partida são fornecidos para eliminar essas desvantagens.

Em [1], é proposto operar motores elétricos trifásicos (EM) potentes (2...7 kW) e de alta velocidade (3000 rpm e mais) a partir de uma rede monofásica, trocando os enrolamentos do estator de um estrela a um triângulo. Além disso, a conexão de trabalho normal dos enrolamentos é uma conexão triangular. Ou seja, a nota é sobre o lançamento de motores elétricos assíncronos trifásicos seriais, projetados para tensão de 220/380 V.

O método de partida proposto, de acordo com a classificação existente, refere-se aos métodos de partida em baixa tensão e, como você sabe, o objetivo principal de tal partida é reduzir a corrente de partida do ED, porque. este último no momento da inclusão na rede opera quase no modo de curto-circuito.

Iniciar um ED em baixa tensão é usado com energia de rede limitada. Além da fórmula empírica especificada em [2], que determina a possibilidade de partida direta do EM, existem também as seguintes restrições à potência de motores com partida direta da rede.

Quando o ED é alimentado por um transformador que opera em uma rede puramente elétrica, a potência máxima do motor deve ser de 20% da potência do transformador para partidas frequentes e 30% para partidas raras.

Nos casos de operação do transformador para carga mista (potência e iluminação), a potência máxima do ED é de 4% da potência do transformador com partidas frequentes e 8% com partidas raras.

Quando o ED é alimentado por uma usina de baixa potência - 12% da potência da usina. Assim, os EMs que ultrapassam esses limites devem ser iniciados com tensão reduzida, o que é sugerido pelo autor da nota [1], trocando os enrolamentos do EM de estrela para triângulo.

Entretanto, para este método de partida, além de [2], as seguintes considerações devem ser feitas.

1. O EM assíncrono em frequência industrial não pode ter uma velocidade de rotação superior a 3000 rpm, conforme aponta o autor [1]:

n1=60f1/p=60Ч50=3000 об/мин,

onde p é o número de pares de pólos da máquina.

Apenas os motores assíncronos de dupla potência, de que o autor deste artigo pretende falar no futuro, permitem duplicar a velocidade de rotação dos motores assíncronos, nomeadamente: obter uma velocidade de rotação síncrona não padrão adicional de 2000 rpm e 6000 rpm a uma frequência industrial de 50 Hz.

Portanto, o que o autor de [1] quer dizer quando escreve sobre iniciar um ED a 3000 rpm ou mais, é difícil dizer.

2. A implementação prática do conhecido método de start-up proposto por ele assume que o ED possui seis saídas finais. Como o ED da série 4A mais comum com potência de 0,06 ... 0,37 e 0,55 ... 11 kW possui três saídas (C1, C2, C3) ao conectar os enrolamentos com uma estrela ou um triângulo [3], então "nossos artesãos" experimentaram e continuarão a experimentar sérias dificuldades no lançamento de motores elétricos trifásicos desta série na faixa de potência especificada pelo autor [1] (2...7 kW), porque para eles, é impossível usar a comutação proposta dos enrolamentos do estator de estrela para delta.

Se tocarmos nos EMs assíncronos da nova série unificada de AI [4], desenvolvida ao mesmo tempo em conjunto com os países da Interelectro, que correspondiam ao nível promissor de desenvolvimento da engenharia elétrica mundial, então uma imagem semelhante é observada aqui: EMs com uma potência de 0,55 a 11 kW são feitas para tensões de 220, 380 e 660 V quando as fases são acopladas em um triângulo ou uma estrela com três pontas de saída (C1, C2, C3).

Assim, a solução proposta também não pode ser usada aqui. Vamos agora pegar o ED de uso geral das séries A2 e A02 mais antigas, desenvolvidas em 1957-1959. e tinha nove dimensões, então esses EMs até a quinta dimensão inclusive (0,8 ... 13 kW) também foram feitos com três extremidades de saída (C1, C2, C3) para tensões de 220, 380, 660 V com um triângulo ou estrela esquema de conexão do enrolamento [4].

Assim, esta série também não se enquadra na solução proposta pelo autor [1].

Portanto, a solução proposta para partida de motores elétricos trifásicos com potência de 2 ... 7 kW de uma rede monofásica, comutando seus enrolamentos de estrela para delta, pode ter uma aplicação muito, muito limitada (para motores elétricos que são feitos por encomenda especial do consumidor com seis pontas de saída) ou é necessária a desmontagem ED, o que é naturalmente indesejável.

3. Da literatura técnica de quarenta anos atrás [5], sabe-se que os métodos de partida trocando os enrolamentos de uma estrela para um triângulo, alterando o número de pares de pólos, quase não têm aplicação prática, mas usam principalmente um reator ou autotransformador começar.

Conforme observado em [6], a desvantagem de iniciar um EM trocando seus enrolamentos de uma estrela para um triângulo em comparação com um reator ou autotransformador é o fato de que, durante a partida, os circuitos dos enrolamentos EM são interrompidos, e isso leva a sobretensões de comutação, o que naturalmente reduz a confiabilidade. trabalho de ED e dispositivos de comutação. Além disso, ao ligar, ocorrem choques significativos na parte mecânica do EM, principalmente quando a partida é realizada sob carga.

Em [7], são explicadas as razões para a operação da proteção EM ao mudar de uma estrela para um delta. O fato é que, com essa chave, geralmente ocorre um surto de corrente no circuito de alimentação do ED, que pode exceder o valor da corrente inicial usual em 2,88 vezes. Este surto de corrente leva à atuação da proteção no circuito de alimentação do ED. Para evitar isso, é proposto um método para comutação contínua de estrela para delta. Neste caso, a corrente de partida no momento da comutação não excede o valor da corrente de partida durante a partida direta do EM.

A Figura 1 mostra um diagrama da comutação contínua dos enrolamentos de um EM assíncrono trifásico de uma estrela para um triângulo. A tabela mostra a sequência de comutação dos contatos do equipamento de comutação para este circuito.

Como pode ser visto no diagrama do circuito, é relativamente complexo, exigindo quatro partidas magnéticas e três resistores de partida.

4. O autor da nota [1] propõe uma ligação monofásica do ED quando seus enrolamentos são conectados com um triângulo "nu" no modo de operação e nada mais. Como é sabido, o aproveitamento da potência total neste caso será de 50...60% e a potência útil do motor elétrico será de aproximadamente 1...3,5 kW para a faixa de potência de 1... diminui significativamente, enquanto o campo magnético do ED torna-se elíptico. Um campo elíptico é caracterizado pela inconsistência da velocidade de rotação instantânea do vetor espacial da força magnetomotriz resultante e, consequentemente, do campo magnético do EM, que pode causar vibrações, especialmente em baixos momentos de inércia do rotor, que é típico para EMs de alta velocidade, para o qual, de fato, é proposto pelo autor [ 2] usar o método de partida de comutação do enrolamento (7 rpm ou mais). O campo elíptico assume a presença no ED de um momento direto (rotativo) e um momento reverso (frenagem). A presença de torque reverso leva a uma deterioração do desempenho no modo monofásico, ou seja: o motor apresenta valores significativamente piores de eficiência e fator de potência.

Para melhorar o desempenho energético dos EMs quando operando em modo monofásico, para melhor aproveitamento do tamanho da potência, é necessário operá-los com um capacitor de trabalho, por exemplo, conforme mostrado em [2]. Nesse caso, a utilização de energia do envelope atinge 80...100% e o valor do fator de energia se aproxima da unidade. Isso significa que o motor elétrico praticamente não consome energia reativa da rede, com isso, o modo de operação da linha de energia é facilitado e seu rendimento aumenta.

A Figura 2 mostra um circuito de autotransformador para iniciar um EM trifásico em um modo monofásico. O circuito contém um autotransformador de laboratório convencional (LATR), por exemplo, de nove amperes, que permite iniciar suavemente um ED com potência de até cerca de 2 ... 3 kW. Se houver seis condutores do enrolamento do estator do EM, dois deles - A e B - são ligados na direção oposta. Ao trocar as pontas do enrolamento C, você pode mudar o sentido de rotação do EM.

Antes de ligar o EM na rede, o motor LATR é colocado na posição mais baixa, então a chave do pacote A1 é ligada e a tensão no ED é aumentada gradualmente movendo o motor para cima, definindo a tensão nominal no motor, mesmo que seja abaixado na rede. O circuito também permite, dentro de certos limites, regular a velocidade de rotação do ED alterando a tensão em seus terminais.

A utilização geral de energia para este circuito é de 80...94%, o fator de potência é próximo da unidade, o torque de partida é cerca de três vezes maior em comparação com outros circuitos.

Se houver apenas três condutores do enrolamento do estator C1, C2, C3 do motor, este último é conectado aos terminais de saída 1 e 3 do LATR pelos condutores C1 e C2 (ver Fig. 2).

O autotransformador também pode ser conectado em série ao circuito EM, conforme mostra a Fig. 3, para o caso, por exemplo, quando o EM tiver apenas três terminais de saída C1, C2, C3. Nesse caso, ele se transforma em uma bobina ajustável (reatância indutiva). Antes de iniciar, o contato móvel LATR é definido para a posição extrema direita, ou seja, todo o seu enrolamento está conectado em série com o ED. À medida que este último acelera, o enrolamento LATR é gradualmente retirado de operação movendo o contato móvel para a posição extrema esquerda, conforme mostrado na Fig. 3 por uma linha pontilhada. Isso encerra o início do ED.

Naturalmente, para o circuito mostrado na Fig. 3, em vez do LATR, você pode usar um resistor de fio deslizante de laboratório (reostato), por exemplo, do tipo RSP para 7 Ohms e uma corrente de 7 ... 10 A, que é bastante suficiente e muito mais barato para um ED com potência de até 2 ...XNUMX kW no modo monofásico. Ao mesmo tempo, seu contato móvel (slider) deve ser conectado a uma das conclusões extremas para confiabilidade. Ao iniciar um ED com reostato, deve-se ter em mente que o reostato deve ser retirado de operação de forma suave e completa, sem retardar seu controle deslizante em posições intermediárias, o que é necessário para evitar seu superaquecimento e possível falha.

Em vez de um resistor de fio ajustável, também pode ser usado um não regulado e, ao final da inicialização do ED, ele deve ser desviado com uma chave de pacote SA2.

Também é possível iniciar o ED em baixa tensão usando dispositivos de reforço simples [8]. A Figura 4 mostra um diagrama dessa conexão usando dois transformadores booster, que são transformadores abaixadores convencionais do tipo OSO-0,25 com potência de 250 W, tensão de 220/36 V e corrente do secundário (através ) enrolamento de 6,1 A (chamado na vida cotidiana de "caldeiras"). É possível utilizar um (ou dois) transformador tipo OSM-O,4 com potência de 400 W, que possui dois enrolamentos secundários, o que possibilita utilizá-los como passagem direta quando conectados em série.

Os enrolamentos correspondentes de cada um dos transformadores VT1 e VT2 são conectados em direções opostas. Além disso, seus enrolamentos secundários são conectados em série e de acordo, e os enrolamentos primários são conectados em paralelo e de acordo. Como resultado, uma tensão reduzida de cerca de 150 V é aplicada ao ED e a corrente de partida, respectivamente, será reduzida. Para excluir sobretensões de comutação durante a comutação, os enrolamentos primários são desviados com um resistor de 1 W R50.

Antes de iniciar o EM, os contatos da chave SA2 são fechados e os contatos da chave SA3 são abertos. O motor é ligado com um interruptor de lote SA1. Após a aceleração deste último, os contatos SA2 são abertos e SA3 são fechados, conectando o ED diretamente à rede sem interromper seu circuito de alimentação. Nesse caso, os enrolamentos primários dos transformadores são desconectados da rede e os enrolamentos secundários são desviados pelos contatos da chave SAZ e não participam do trabalho. É desejável sincronizar a operação dos interruptores SA2 e SAZ: quando o SA2 estiver ligado, o SA3 deve abrir e, ao contrário, quando o SA2 estiver desligado, o SAZ deve fechar.

Você também pode iniciar o EM suavemente em baixa tensão de rede usando um regulador eletrônico de tensão, por exemplo, conforme mostrado na Fig. 5. Como elemento chave no circuito, é utilizado um transistor VT1 do tipo P416, GTZ11I, KTZ61, que opera no modo avalanche. Resistores R1, R3, R5-R7 tipo MLT.

Os capacitores C1-C3 tipos BM, MBM, K73-11 para 400 V são selecionados durante o ajuste dentro de 0,1 ... 1,0 μF. O resistor R2 é trimmer, é ajustado para obter a potência mínima na carga no valor mais alto de R4. Diodos VD1VD4 tipo D226B ou qualquer conjunto de diodo adequado, por exemplo, tipo KTs405I.

O triac VS1 é selecionado de acordo com a potência da classe lançada pelo ED, não inferior à quarta, por exemplo, TS 106-10-4, TS112-10-4 e similares.

Ao final do processo de partida do ED, o triac VS1 pode ser retirado de operação desviando-o com uma chave.

Proponho um esquema (Fig. 6) para comutação suave de enrolamentos EM de uma estrela para um triângulo usando um autotransformador trifásico ajustável do tipo RNT com um zero aberto, que pode ser usado para iniciar trifásicos e monofásicos EMs de fase. Este circuito, como todos os anteriores, elimina as desvantagens dos circuitos de comutação de contato devido à ausência de interrupções no circuito do enrolamento do estator EM.

Funciona da seguinte maneira. Antes de iniciar um EM trifásico, os contatos móveis do autotransformador RNT são colocados na posição mais baixa.

Neste caso, como pode ser visto na Fig. 6, os enrolamentos EM serão conectados por uma estrela. Então, com a ajuda de um dispositivo de comutação, a tensão é aplicada aos terminais A, B, C do motor, que parte com uma tensão de rede 1,73 vezes menor. Após a aceleração do EM, os contatos móveis do autotransformador RNT são transferidos suavemente para a posição mais alta, o que leva a uma transição suave da conexão dos enrolamentos EM com uma estrela para conectá-los com um triângulo e, consequentemente, para um aumento no tensão nos enrolamentos em 1,73 vezes, ou seja, até a tensão nominal de operação na qual o EM opera.

De maneira semelhante, o ED é iniciado a partir de uma rede monofásica conectando-o aos terminais B e C, e o terminal A é conectado ao terminal B usando um capacitor de trabalho. Ao final da inicialização, o enrolamento do autotransformador pode ser desligado com uma chave de pacote tripolar.

Em vez de um autotransformador RNT trifásico, três tipos de LATR monofásicos podem ser usados, desde que todos os três contatos móveis de cada um deles se movam de forma síncrona. A partida de todos os EM de acordo com os diagramas acima é realizada em modo inativo ou com carga do ventilador no eixo, na presença de um capacitor de partida no circuito do motor, que não é mostrado nos diagramas.

Descobertas

1. O método proposto pelo autor [1] para iniciar motores assíncronos trifásicos com um rotor de gaiola de esquilo de uma rede CA monofásica, trocando seus enrolamentos do estator de uma estrela para um triângulo na faixa de potência especificada (2 . .. 7 kW), com raras exceções, é praticamente inviável, pois como os motores dessas capacidades são produzidos com três pontas de saída - C1, C2, C3.

2. A troca dos enrolamentos do estator do motor de uma estrela para um triângulo durante a partida por um dispositivo de comutação de contato tem os seguintes aspectos negativos, que limitam significativamente sua aplicação na prática:

2.1. A presença de picos de comutação durante a comutação devido a uma interrupção nos circuitos dos enrolamentos do estator do motor durante a partida, o que reduz a confiabilidade do motor e do equipamento de comutação.

2.2. É possível que a proteção do motor dispare durante a comutação devido à grande corrente de partida, que pode exceder a corrente de partida normal em 2,88 vezes.

2.3. A presença de choques mecânicos no eixo do motor durante a comutação, o que reduz a confiabilidade do acionamento elétrico.

3. No modo de operação, podem ocorrer vibrações, principalmente em baixos momentos de inércia do rotor, típicos de motores de alta velocidade (devido à presença de um campo magnético elíptico, devido à ausência de um capacitor de trabalho no circuito do motor).

4. O motor tem o pior desempenho e baixo desempenho de energia no modo de operação.

5. Para eliminar as deficiências observadas, o motor no modo de operação deve ser operado na presença de um capacitor de trabalho e a partida de redes de baixa potência deve ser realizada por uma mudança suave ou escalonada na tensão (corrente) em seu circuito sem interromper os circuitos dos enrolamentos do estator.

Literatura:

1. Barbudo Yu.Sobre a inclusão de um motor trifásico em uma rede monofásica, facilitando a partida//Eletricista. - 2002. Nº 4. - P.13.
2. Kolomoytsev K.V. Mais uma vez sobre a inclusão de um motor trifásico em uma rede monofásica // Eletricista. - 2001. - Nº 12. C.12.
3. Stokolov V.E., Usyshkin G.S. e outros Equipamentos elétricos de máquinas de forjar e prensar: Ref. - 2ª ed. - M.: Mashinostroenie, 1981. - 304 p.
4. Manual de máquinas elétricas: em 2 toneladas / C 74 Sob o general. ed. IP Kopylov e V.K. Klyukov. T.1. - M: Energoatomizdat, 1988. - 456 p.
5. Benerman V.I., Loetsky N.N. Projeto de equipamentos elétricos de potência para empreendimentos industriais. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1960. - P.83.
6. Voldek A.K. Máquinas Elétricas: Livro didático. para garanhão. universidades. Ed. 2º. - L.: Energia, 1974. - P. 570.
7. RJ. Engenharia elétrica e engenharia de energia (volume consolidado). 1974, No. 7K p. 9, resumo 7K58.
8. Kolomoytsev K.V. Dispositivos de reforço simples//Eletricista. - 2003. Nº 1. - p.6.

Autor: A. G. Zyzyuk

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