从单相网络启动三相电机。方案、说明

关于从单相网络启动三相电机。无线电电子电气工程百科全书

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本文讨论了通过将定子绕组从星形改为三角形来从单相交流网络启动带有鼠笼式转子的三相异步电动机的缺点，并给出了消除这些缺点的启动方案。

在[1]中，建议通过将其定子绕组从单相网络切换到大功率（2...7 kW）和高速（3000 rpm 及以上）三相电动机（EM）。星形变为三角形。而且，绕组的正常工作连接是三角形连接。也就是说，该说明是关于推出串联式三相异步电动机，设计电压为220/380 V。

所提出的启动方法，根据现有的分类，是指低电压启动的方法，众所周知，这种启动的主要目的是减少ED的启动电流，因为。后者在纳入网络时几乎以短路模式运行。

当网络功率有限时，使用降压启动电机。除了[2]中指出的确定电动机直接启动可能性的经验公式外，直接从网络启动的电动机的功率还存在以下限制。

当电机由纯电网运行的变压器供电时，频繁启动时电机最大功率应为变压器功率的20%，罕见启动时为30%。

在变压器混合负载（电力和照明）运行的情况下，频繁启动时 ED 的最大功率为变压器功率的 4%，罕见启动时为 8%。

当 ED 由低功率发电厂供电时 - 发电厂功率的 12%。因此，超出这些限制的 EM 必须在降低的电压下启动，正如注释 [1] 的作者所建议的，将 EM 绕组从星形切换为三角形。

然而，对于这种启动方法，除了[2]之外，还必须考虑以下因素。

1.工频异步EM转速不能超过3000rpm，正如作者指出的[1]：

n1=60f1/p=60Ч50=3000 об/мин,

其中 p 是机器的极对数。

只有本文作者以后要讲的异步双动力电机，允许将异步电机的转速加倍，即：以一定的转速获得额外的2000转/分和6000转/分的非标准同步转速。工业频率50赫兹。

因此，当[1]的作者写到以3000转或更高的转速启动ED时，很难说清楚是什么意思。

2.他提出的著名启动方法的实际实现假设ED有六个输出端。由于最常见的 4A 系列功率为 0,06...0,37 和 0,55...11 kW 的电动机在以星形或三角形连接绕组时具有三个端子（C1、C2、C3）[3]，则“我们的工匠”在推出作者 [1] (2...7 kW) 功率范围内的该系列三相电动机时，已经并将继续经历严重困难，因为对于他们来说，不可能使用建议的将定子绕组从星形切换到三角形的方法。

如果我们触及新的统一 AI 系列 [4] 的异步 EM，该系列曾与 Inter electro 国家联合开发，这对应于世界电气工程的有希望的发展水平，那么这里可以观察到类似的情况：具有当三相耦合成具有三个输出端（C0,55、C11、C220）的三角形或星形时，电压为380、660和1V时，功率为2至3kW。

因此，这里也不能使用所提出的解决方案。现在让我们以 2-02 年开发的旧 A1957 和 A1959 系列的通用 ED 为例。并且具有九个尺寸，那么这些直至并包括第五个尺寸（0,8...13 kW）的电动机也制造为具有三个输出端（C1、C2、C3），电压为 220、380、660 V，带有三角形或星形绕组连接电路[4]。

因此，该系列也不符合作者提出的解决方案 [1]。

因此，所提出的通过将其绕组从星形切换为三角形来从单相网络启动功率为 2 ... 7 kW 的三相电动机的解决方案的应用非常非常有限（对于电动机）是由消费者特殊订单制作的，有六个输出端），否则就需要ED拆卸，这自然是不可取的。

3、从四十年前的技术文献[5]可知，将绕组由星形改为三角形、改变极对数的启动方法几乎没有实际应用，而主要使用电抗器或自耦变压器开始。

如[6]中所述，与电抗器或自耦变压器相比，通过将其绕组从星形切换为三角形来启动 EM 的缺点是，在启动切换过程中，EM 绕组的电路被破坏，这会导致开关过电压，这自然会降低 ED 和开关器件工作的可靠性。另外，在切换时，EM的机械部分存在明显的冲击，特别是在带载启动时。

在[7]中，解释了从星形切换到三角形时EM保护运行的原因。事实是，使用这样的开关，ED的电源电路中经常会出现电流浪涌，电流浪涌可以超过通常启动电流值的2,88倍。该电流浪涌导致 ED 电源电路中的保护动作。为了避免这种情况，提出了一种从星形到三角形无缝切换的方法。在这种情况下，切换瞬间的浪涌电流不会超过EM直接启动时的浪涌电流值。

图1显示了三相异步EM的绕组从星形到三角形的连续切换的图。下表显示了该电路的开关设备触点的开关顺序。

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从电路图可以看出，比较复杂，需要四个磁力启动器和三个启动电阻。

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4. 注释[1]的作者提出，当ED的绕组在运行模式下与“裸”三角形连接时，ED的单相接通，仅此而已。众所周知，在这种情况下，总功率的使用率为 50 ... 60%，对于 1 ... 的功率范围，电动机的有用功率约为 3,5 ... 1 kW。它显着减小，同时 ED 的磁场变成椭圆形。椭圆场的特点是所产生的磁动势的空间矢量的瞬时旋转速度与相应的电磁场的磁场不一致，这会引起振动，特别是在转子的低转动惯量时，是典型的高速EM，为此，实际上，作者[2]提出使用绕组切换启动方法（7 rpm或更高）。椭圆场假定 ED 中存在正向（旋转）力矩和反向（制动）力矩。反向扭矩的存在会导致单相模式下的性能恶化，即：电机的效率和功率因数值明显变差。

为了提高电动机在单相模式下运行时的能量性能，并更好地利用其尺寸功率，需要使用工作电容器来运行它们，例如，如[2]所示。此时，尺寸功率的利用率达到80...100%，功率因数值接近XNUMX。这意味着电动机实际上不会消耗来自网络的无功能量，从而简化了电力线的运行模式并增加了其吞吐量。

图 2 显示了用于在单相模式下启动三相 EM 的自耦变压器电路。该电路包含一个传统的实验室自耦变压器 (LATR)，例如一个 2 安培的自耦变压器，它允许您顺利启动功率高达约 3 ... XNUMX kW 的 ED。如果 EM 的定子绕组有 XNUMX 个引线，则其中两个 - A 和 B - 以相反方向导通。通过互换绕组 C 的两端，可以改变 EM 的旋转方向。

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在网络中打开EM之前，将LATR发动机设置到最低位置，然后打开套件开关A1，通过向上移动发动机逐渐增加ED上的电压，设置发动机上的额定电压，即使它在网络中被降低。该方案还允许在一定限度内通过改变 ED 端子的电压来调节 ED 的转速。

该电路的总功率利用率为80...94%，功率因数接近XNUMX，启动扭矩比其他电路高约三倍。

如果电机的定子绕组C1、C2、C3只有1根引线，则后者通过引线C3和C1连接到LATR的输出端子2和2（见图XNUMX）。

自耦变压器也可以串联到EM电路中，如图3所示，例如当EM只有三个输出端C1、C2、C3时。在这种情况下，它就变成了可调扼流圈（感抗）。开始之前，将 LATR 移动触点设置到最右位置，即其整个绕组与ED串联。随着后者加速，通过将动触头移至最左位置，LATR绕组逐渐停止工作，如图3中虚线所示。 ED的开始就到此结束。

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当然，对于图 3 所示的电路，您可以使用实验室滑线电阻器（变阻器）来代替 LATR，例如 RSP 类型，电阻为 7 欧姆，电流为 7 ... 10 A，即对于单相模式下功率高达 2 ...XNUMX kW 的 ED 来说，这已经足够了，而且便宜得多。同时，其活动触点（滑块）必须连接到可靠性的极端结论之一。当启动带有变阻器的 ED 时，应记住变阻器必须平稳且完全停止运行，不得将其滑块延迟在中间位置，这对于防止变阻器过热和可能出现的故障是必要的。

也可以使用非调节电阻代替可调线电阻，并且在 ED 启动结束时，必须用封装开关 SA2 对其进行分流。

还可以使用简单的升压装置在低电压下启动 ED [8]。图4所示为使用两个升压变压器的连接图，升压变压器为传统的OSO-0,25型降压变压器，功率为250 W，电压为220/36 V，次级电流（通过）6,1A的绕组（日常生活中称为“锅炉”）。可以使用一个（或两个）功率为 4 W 的 OSM-O,400 型变压器，该变压器具有两个次级绕组，这使得在串联时可以将它们用作馈通。

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每个变压器VT1和VT2的相应绕组以相反方向连接。而且，它们的次级绕组串联一致，初级绕组并联一致。结果，施加到 ED 的电压降低了约 150 V，浪涌电流将分别降低。为了排除开关期间的开关过压，初级绕组与 1 W 电阻器 R50 并联。

在启动 EM 之前，SA2 开关的触点闭合，SA3 开关的触点打开。发动机通过批量开关 SA1 启动。后者加速后，SA2 触点打开，SA3 触点闭合，从而将 ED 直接连接到网络，而不会断开其供电电路。此时，变压器的初级绕组与网络断开，次级绕组被SAZ开关的触头分流，不参与工作。希望 SA2 和 SAZ 开关的操作同步：当 SA2 开启时，SA3 应打开，反之，当 SA2 关闭时，SAZ 应关闭。

您还可以使用电子电压调节器在低电源电压下平稳启动 EM，如图 5 所示。电路中的关键元件采用P1、GTZ416I、KTZ11型VT61晶体管，工作在雪崩模式。电阻器 R1、R3、R5-R7 类型为 MLT。

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1 V 的 BM、MBM、K3-73 型电容器 C11-C400 在 0,1 ... 1,0 µF 范围内进行调整。电阻器R2是微调电阻，它被调谐以在R4的最高值时获得负载中的最小功率。 D1B 型二极管 VD4VD226 或任何合适的二极管组件，例如 KTs405I 型。

可控硅VS1根据所驱动的第四级以上电机的功率来选择，例如TS 106-10-4、TS112-10-4等。

在启动过程结束时，可以通过开关将 ED 三端双向可控硅开关 VS1 分流使其停止运行。

我提出了一种方案（图 6），使用带开零的 RNT 型三相可调自耦变压器将 EM 绕组从星形平滑切换到三角形，该变压器可用于启动三相和单相相 EM。与上述所有电路一样，该电路消除了由于 EM 定子绕组电路中不存在断路而导致的接触开关电路的缺点。

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它的工作原理如下。在启动三相EM之前，RNT自耦变压器的动触头被设置到最低位置。

在这种情况下，如图 6 所示，EM 绕组将采用星形连接。然后，借助开关装置，将电压施加到发动机的端子 A、B、C，发动机以低 1,73 倍的电源电压启动。 EM加速后，RNT自耦变压器的动触头平稳地转移到最高位置，这导致EM绕组从星形连接到三角形连接的平滑过渡，从而增加了绕组上电压的1,73倍，即最高可达 EM 运行的额定工作电压。

以类似的方式，通过使用端子 B 和 C 连接到单相网络来启动电动机，并且使用工作电容器将端子 A 连接到端子 B。在启动结束时，可以使用三极封装开关关闭自耦变压器绕组。

可以使用三种单相 LATR 类型代替三相 RNT 自耦变压器，前提是它们中的每一个的所有三个动触头同步移动。根据上图，所有 EM 的启动均在空闲模式下或轴上有风扇负载的情况下进行，且电机电路中存在启动电容器（图中未显示）。

发现

1. 作者[1]提出的方法，通过在指定功率范围（2 . .. 7 kW），除了极少数例外，实际上是不可行的，因为这些容量的发动机是如何生产具有三个输出端 - C1、C2、C3。

2. 在启动过程中通过触点切换装置将电机定子绕组从星形切换为三角形具有以下缺点，这极大地限制了其在实际中的应用：

2.1. 由于电机定子绕组在启动过程中断路，在开关过程中会出现开关浪涌，从而降低了电机和开关设备的可靠性。

2.2. 由于启动电流过大，超过正常启动电流的2,88倍，切换过程中电机保护可能跳闸。

2.3. 切换过程中电机轴上存在机械冲击，从而降低了电力驱动的可靠性。

3.在工作模式下，可能会发生振动，特别是在转子转动惯量较低的情况下，这对于高速电机来说是典型的（由于椭圆磁场的存在，这是由于电机中没有工作电容器造成的）电机电路）。

4、该工况下发动机性能最差，能量性能低。

5. 为消除上述缺点，发动机应在带工作电容器的工作模式下运行，并应通过平滑或逐步改变其电路中的电压（电流）而不断开其电路来从小功率网络启动。定子绕组。

参考文献：

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作者：A.G. 日久克

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