Непосредственным включением в сеть (прямой пуск)

Этот способ пуска, отличается простотой, но при нём возникают большие пусковые токи в 4-7 раз превышающие номинальный ток, двигателя. Большие пусковые токи вызывают повышенный нагрев двигателя, а также снижение (подсадку) напряжения сети, что в свою очередь вызывает снижение вращающего момента (уменьшение мощности)

2) Реостатный пуск – при пуске двигателя вводится максимальное сопротивление в цепи ротора, что приводит к уменьшению тока в обмотке ротора, а как следствие и снижению тока в обмотках статора. Когда двигатель раскручивается, балластные сопротивления шунтируются, сопротивление в цепи ротора становится минимальным, двигатель работает в режиме с короткозамкнутым ротором.

4) пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник.  В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение звезда, при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в √3 раз.Соответственно уменьшается ток в обмотках двигателя. После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения близкой к установившейся, переключатель быстро переводят в положение "треугольник" и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением.

Реакторный пуск.

При включении ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы, на которых происходит падение напряжения. На выводы статорной обмотки двигателя поступает 0,8 Uном.

После разгона ротора двигателя и пусковой ток, спадет реакторы отключаются, и напряжение подводимое к обмотке статора оказывается номинальным.

6) Автотрансформаторный пуск.

 При этом способе пуск происходит тремя ступенями

Сначала к двигателю подводится напряжение U=(0,5-0,6)Uном, на второй ступени U=(0,7-0,8)Uном.   и на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напряжение. С точки зрения уменьшения пускового тока автотрансформаторный способ лучше реакторного. Но более сложный и дорогостоящий, что ограничивает его применение.

В момент пуска (включение КМ1) КМ3 замыкается, собирая схему автотрансформатора, на обмотки статора подается напряжение с отводов автотрансформатора (порядка 0.6 U _{ном­­­­}), через некоторое время (используется либо реле времени, либо контроль частоты вращения ротора) КМ3 отключается, ток идет по верхним частям обмоток Т, в данном случае представляющего собой дроссель (напряжение на обмотках статора 0.8 U ­­_ном), после окончательного разгона (опять либо выдержка времени, либо контроль частоты вращения), КМ2 подтягивается, шунтирует своими контактами обмотки трансформатора и на обмотки статора двигателя идёт полное напряжение сети.

7) Частотный пуск.

Осуществляется с помощью частотных преобразователей. Частотные преобразователи предназначены для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения переменной частоты. Для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного двигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статорной обмотке эл. двигателя.

Система плавного пуска.

В основе работы системы плавного пуска лежит тот принцип, что при малом напряжении на эл. Двигателе пусковой ток и крутящий момент малы. Сердцем силовой части устройства плавного пуска является классический симистр (два встречно-параллельно включенных тиристора с управляющим входом), включаемый последовательно между питающим проводником и обмоткой двигателя. В составе устройства плавного пуска тиристор исполняет роль быстродействующего полупроводникового контактора, включаемого напряжением, а выключаемого током

Вопрос №54. Опишите защиту от однофазных замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю. Перечислите основные элементы и принципы выполнения защиты от замыканий на землю.

ОЗЗ - применяется в сетях IT от однофазного замыкания на землю.

В зависимости от защищаемого оборудования выполняется с действием, как на отключение без выдержки времени, например, защита высоковольтного электродвигателя, так и с действием на сигнал или отключение с выдержкой времени, например, защита трансформаторов 10/0,4кВ ВЛ-10кВ.

Обычно в качестве датчика ОЗЗ применяется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП), который устанавливается на кабель у концевой муфты в отсеке кабельных разделок ячейки ЗРУ.

При работе ОЗЗ:

1) в качестве датчика применяется ТТ нулевой последовательности.

2) ко вторичной обмотке ТНП присоединяются специальные чувствительные токовые реле, реагирующие на повышение тока.

3) при замыкании на землю одной фазы, через ТНП протекает ток нулевой последовательности, как правило он не большой, порядка 0,1 А. Во вторичной обмотке наводится ЭДС и через обмотку реле земляной защиты протекает не большой ток (100мА), на который реле и реагирует.

Вопрос №55. Опишите назначение, технические характеристики, устройство и принцип действия асинхронного электродвигателя с фазным ротором, перечислите условия его применения.

Ротор

Двигатели с фазным ротором конструктивно отличается от двигателя с КЗ ротором устройством ротора.

Который состоит из вала с шихтованным сердечником, в пазах сердечника уложена трехфазная обмотка, аналогична обмоткам статора. Эту обмотку соединяют звездой, а её концы присоединяют к контактным кольцам, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. На кольца наложены щётки, установлены в неподвижных щёткодержателях. Через кольца и щётки обмотки ротора замыкается на трехфазный реостат.

Статор

  статор -состоит из корпуса/станины и сердечник (магнитопровода) с трехфазной обмоткой.

На внутренней поверхности станины расположен сердечник статора, имеющий шихтованную конструкцию: листы электротехнической стали (быстро намагничиваются и быстро перемагничиваются) толщиной 0,3-0,5 мм покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем.

Принцип работы

В момент пуска фазные обмотки ротора подключены к максимальному сопротивлению то возникающие пусковые токи ограничиваются большим сопротивлением ротора. Двигатель при пуске меньше греется. Уменьшение тока в роторе приводит к уменьшению пускового тока статора, а следовательно к уменьшению подсадки напряжения на статоре. Что в свою очередь приводит к увеличению пускового момента. По мере разгона ротора сопротивление его обмоток уменьшается. Когда ротор выходит на номинальные обороты сопротивление убирается полностью. При работе двигателя в режиме холостого хода введение добавочного сопротивления в цепь обмоток ротора практически не меняет обороты ротора. Но если двигатель нагружен, при введении сопротивления его обороты падают, так как идет отбор мощности на активном сопротивлении включенном в цепь ротора. При этом уменьшается ток ротора и статора а следовательно, снижается общая мощность электродвигателя. Изменяя сопротивление ротора можно плавно регулировать обороты ротора в некоторых пределах.

Достоинства асинхронного двигателя с фазным ротором:

- меньшие пусковые токи, чем у короткозамкнутого двигателя, меньший нагрев двигателя, следовательно этот двигатель можно использовать в повторно-кратковременном режиме,

-больший первоначальный пусковой момент, чем у короткозамкнутого двигателя (можно использовать в грузоподъемных механизмах);

- возможность плавного регулирования оборотов ротора под нагрузкой

Недостатки:

- при введении сопротивления снижается мощность двигателя,

- регулирование оборотов возможно лишь в некоторых, ограниченных, пределах,

- усложнение утяжеление и удорожание конструкции,

- снижение  надежности эксплуатации из-за щеточного контакта.

Вопрос №56. Опишите схемы возбуждения машин постоянного тока, их преимущества и недостатки.

В генераторах с независимым возбуждением магнитный поток возбуждения создаётся либо постоянным магнитом либо электромагнитом обмотки возбуждения питаемым от независимого источника постоянного тока. Важнейшая особенность этой схемы независимость тока возбуждения и магнитного потока главных полюсов от нагрузки генератора. Недостатком этих машин является необходимость иметь отдельный источник энергии для питания обмотки возбуждения или постоянные магниты. Скорость вращения двигателя с независимым возбуждением можно регулировать либо изменением сопротивления в цепи якоря, либо изменением магнитного потока. Двигатели большой мощности.

Генераторы параллельного возбуждения – характеристика генератора параллельного возбуждения практически не отличается от соответствующих характеристик генератора независимого возбуждения. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждениям менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения. Двигатели с параллельным возбуждением применяются в тех случаях, когда требуется почти постоянная величина частоты вращения.

ОВ подключается параллельно обмотке якоря.

Генератор последовательного возбуждения – в нем якорь соединён последовательно с ОВ, благодаря чему ток нагрузки служит вместе с током возбуждения. ОВ такой машины выполняется из провода рассчитанного на силу тока якоря, число витков такой обмотки мало. Двигатели с последовательным возбуждением применяют в тех случаях, когда необходим большой пусковой момент или способность выдерживать кратковременные перегрузки.

В генераторах со смешанным возбуждением – частота вращения не нарастает беспредельно в отсутствии нагрузки. Такие двигатели применяются для лифтов. Они также не заменимы в приводах, требующих периодического приложения больших вращающих моментов – для мощных ножниц, штампов, прессов и прокатных станов.

- двигатель постоянного тока нельзя включать подсоединением полного напряжения;

- пусковой ток в 20 раз больше Iном, в больших машинах в 50 раз больше Iном;

- большой ток вызывает в коллекторе круговое искрение и разрушает коллектор. Для включения применяют плавное увеличение напряжения или пусковые реостаты;

- прямое включение допускается при низких напряжениях в случае маленьких двигателей, у которых сопротивление обмотки якоря большое.

Вопрос №57. Опишите конструкцию и принцип действия электродвигателя и генератора постоянного тока.

Состоит из станины, полюсов, якоря с коллектором, подшипниковых щитов с подшипниками, щеткодержателей с щетками

Часть машины в которой индуцируется электродвижущая сила называют якорем - ротор, а часть в которой создаётся магнитное поле возбуждения индуктором - статор.

На вал якоря напрессован коллектор, к пластинам которого припаивают провода обмотки якоря. Коллектор служит для выпрямления переменного тока в постоянный. Коллектор изготавливают из медных пластин, прочно скрепленных стяжными болтами на корпусе стальной втулки. Медные пластины имеют форму ласточкина хвоста. Пластины, называемые ламелями, изолируют одну от другой и от втулки миканитом.

Обмотки якоря через ламели коллектора и щетки соединяются с неподвижными клеммами, через которые машина включается в электрическую сеть.

Электрическое соединение вращающейся обмотки якоря с неподвижными клеммами машины осуществляется с помощью щеток, скользящих по коллектору. Щетки вставляются в специальные обоймы щеткодержателя и прижимаются к коллектору спиральными или пластинчатыми пружинами.

Щеткодержатели крепятся в траверсе, которую вместе со щетками можно поворачивать относительно статора на некоторый угол в ту или другую сторону. В качестве основы для изготовления щеток используется графит.

                                                  Двигатель

При подключении машины постоянного тока к электрической сети через обмотку якоря будет протекать постоянный ток. Вокруг обмотки якоря будет создавать магнитное поле, которое будет взаимодействовать с магнитным полем обмотки возбуждения.

В результате на якоре будет создаваться вращающий момент, под действием которого якорь начинает раскручиваться. Вращения вала якоря используется для привода в действие различных механизмов. Двигатели постоянного тока, подобно генераторам, могут иметь независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение

Вопрос №58. Опишите назначение, технические характеристики, устройство синхронного электродвигателя и способы пуска.

Синхронные машины - это машины переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного потока статора.

                           Синхронный эл. двигатель состоит из:

- статора – пакета электротехнического трансформаторного железа, с пазами для укладки обмоток, образующего магнитопровод статора. Обмотки укладываются в пазы в статоре, обмотки создают пары полюсов, количество обмоток зависит от частоты вращения вала двигателя. Для числа оборотов 3000мин^-1, укладывается по две обмотки на каждую фазу.

- ротора - вал, на который насажено шихтованное трансформаторное железо, образующее магнитопровод ротора. Ротор - электромагнит постоянного тока, имеет обмотку возбуждения, запитанную через контактные кольца и щётки записанные постоянным током от выпрямителя или от генератора постоянного тока. На магнитопровод ротора укладывается обмотка ротора. Число обмоток ротора зависит от числа пар полюсов на статоре.

- токосъем - предназначен для подвода постоянного напряжения к обмотке ротора. Состоит из медных контактных колец, закрепленных на валу ротора изолированных друг от друга и от вала, и графитовых или угольных щеток, закрепленных в изоляторах на корпусе двигателя (или статора), скользящих по контактным кольцам. У двигателей большой мощности, вместо щеточного механизма используется бесконтактный, индукционный способ передачи напряжения на обмотку ротора.

Основным отличием синхронной машины является то, что на обмотку ротора подается постоянное напряжение.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с магнитным полем полюсов ротора. При работе синхронной машины в режиме двигателя к статору подводят 3х фазный переменный ток, а к обмотке возбуждения ротора – постоянный ток. Вращающееся магнитное поле статора увлекает за собой полюса ротора и заставляет их вращаться с такой же скоростью. При достижении величины скольжения менее 5% на обмотку возбуждения ротора подается постоянный ток.

Пуск синхронных двигателей.

1)  В настоящее время для пуска синхронного двигателя применяют метод асинхронного пуска.

Снабжают специальной коротко замкнутой пусковой обмоткой, выполненной по типу белечьей клетки.

Стержни латунные или медными. Обмотку возбуждения вначале замыкают на гасящий реактор, сопротивление которого в 8-12 раз превышает активное сопротивление обмотки возбуждения. После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной (s=0,05), обмотку возбуждения отключают от гасящего сопротивления и подключают к источнику постоянного тока (возбудителю), в следствии чего ротор втягивается в синхронизм.

2) обмотка возбуждения постоянно подключена к возбудителю, сопротивление которого по сравнению с сопротивлением обмотки возбуждения весьма мало, поэтому эту обмотку в режиме асинхронного пуска можно считать замкнутой накоротко. С уменьшением скольжения до 0,34-0,4 возбудитель возбуждается и в обмотку возбуждения подается постоянный ток, обеспечивающий при скольжении 0,05 втягивание ротора в синхронизм.

Вопрос №59. Опишите порядок проверки обозначения выводов обмотки статора трехфазного электродвигателя. Перечислите схемы соединения обмоток статора.

Выводы асинхронных машин обозначаются следующим образом: обмотки статора – буквой «С»; обмотки ротора – буквой «Р». Трехфазные обмотки кроме букв обозначаются цифрами: начала фаз – цифрами «1, 2, 3», концы фаз – цифрами «4, 5, 6»; нулевая точка (независимо от того, заземлена она или нет) – цифрой «0».

- С1 (U1) — начало первой обмотки, С4 (U2) — конец первой обмотки.

- С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.

- С3 (W1) — начало третьей обмотки, С6 (W2) — конец третьей обмотки.

Основными схемами соединения обмоток являются треугольник (обозначается — Δ) и звезда (обозначается — Y).

Вопрос №60. Опишите бесщёточное возбуждение синхронного двигателя, продуваемого под избыточным давлением, принцип действия, работу схемы.

БВУ – бесщеточное возбудительное устройство, применяется в СТДП синхронных трехфазных двигателей продуваемых под избыточным давлением. БВУ - предназначено для питания обмотки возбуждения и автоматического управления током возбуждения СТДП в продолжительных, переходных и аварийных режимах. Состоит из станции управления и возбудителя.

Станция управления (СУ) с помощью понижающего трансформатора и диодного моста преобразует переменный ток в постоянный. При асинхронном запуске СТДП выход СУ замыкается на гасящий резистор. При достижении оборотов ротора скольжения менее 5% СУ переключает свой выход с резистора на ОВВ – обмотку возбуждения возбудителя.

Возбудитель (генератор постоянного тока) – представляет собой обращенный синхронный трехфазный генератор с вращающимся мостовым выпрямителем. Обмотки генератора находятся на роторе СТДП и при асинхронном пуске вращаются вместе с ним. При достижении скольжения менее 5%, когда запитывается ОВВ, вокруг ОВВ создаётся магнитное поле, которое пронизывает обмотки генератора и наводит в них переменную ЭДС, которая затем выпрямляется трёхфазным выпрямительным мостом и подаётся на ОВ, в результате ротор СТДП втягивается в синхронизм. Конденсатор шунтирует через себя переменную гармонику, играя роль фильтра. Цепочки, состоящие из резисторов и управляемых тиристоров, предназначены для защиты ОВ от перенапряжения. Когда на выходе генератора или ОВ напряжение превышает пороговое, тиристоры открываются, и источник ЭДС замыкается на малое сопротивление, протекающие большие токи вызывают понижение напряжения. Станция управления также обеспечивает автоматическое гашение поля при отключении двигателя (замыкается на гасящий резистор.)

При понижении напряжения сети на 15 – 20% станция обеспечивает форсировку тока возбуждения до 1,5 I_ном., при более глубокой посадке напряжения (ниже 0,6 – 0,7 U_ном.) срабатывает ЗМН.

Станция также форсирует ток возбуждения при увеличении нагрузки на валу двигателя, при снижении нагрузки станция уменьшает ток возбуждения. Таким образом, посредством регулировки тока возбуждения, станцией постоянно поддерживается высокий  – около 90% в отличие от АД.

Вопрос №61. Опишите частотно регулируемый электропривод насосных агрегатов, его назначение, устройство, основные элементы, принцип действия.

Частотный пуск.

Осуществляется с помощью частотных преобразователей. Частотные преобразователи предназначены для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения переменной частоты. Для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного двигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статорной обмотке эл. двигателя.

 Состоит:

- неуправляемого диодного силового выпрямителя,

- автономного инвертора,

- системы управления ШИМ (широтно- импульсный модулятор),

- системы автоматического регулирования,

- дросселя L и конденсаторного фильтра С.

Регулирование выходной частоты fвых и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления. Система управления поочерёдно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети. Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения.

Вопрос №62. Опишите устройство, назначение, устройство, основные элементы, принцип действия плавного пуска двигателя.

Устройство плавного пуска (УПП) – механическое, электротехническое (электронное) или электромеханическое устройство, используемое для плавного пуска (остановки) электродвигателей с небольшим моментом страгивания (например с вентиляторной характеристикой) рабочей машины.

Система плавного пуска содержит тиристоры в основном контуре, а напряжение на моторе регулируется с помощью электронной печатной платы. В основе работы системы плавного пуска лежит тот принцип, что при малом напряжении на моторе пусковой ток и крутящий момент также малы.

На первом этапе запуска напряжение, подаваемое на мотор настолько мало, что позволяет только выбрать зазоры в редукторах или натянуть приводные ремни или цепи. Другими словами, это позволяет избежать ненужных рывков при пуске. Постепенно напряжение и крутящий момент возрастают, и механизмы начинают разгоняться.

Одним из преимуществ этого метода пуска является возможность точной регулировки крутящего момента, независимо от того, есть ли нагрузка приводимого механизма. В принципе, можно достичь полного стартового крутящего момента, однако существенным отличием является более бережное отношение к приводимому механизму, что в результате выражается в снижении затрат на техническое обслуживание.

Другой функцией системы мягкого пуска является мягкая остановка, которая весьма полезна при остановке насосов, если при использовании систем пуска с переключением звезда-треугольник или прямой подачи напряжения возникают ударные нагрузки в трубопроводах.

Управление процессом запуска, работы и остановки электродвигателей:

- плавный разгон;

- плавная остановка;

- уменьшение пускового тока;

- согласование крутящего момента двигателя с моментом нагрузки.

 Простейшее УПП основано на свойстве полупроводниковых приборов — тиристоров (а они и являются основным конструктивным элементом УПП) — проводить ток после подачи на соответствующий вход управляющего напряжения и «закрываться» при прохождении значения тока через ноль. Тиристоры соединяются по встречной (симисторной) схеме для каждой из фаз трехфазной системы. В нужные моменты времени на управляющие электроды всех тиристоров подается управляющее напряжение, «открывающее» их, благодаря чему напряжение на силовых клеммах электродвигателя оказывается возможным регулировать. Так как крутящий момент электродвигателя является функцией квадрата приложенного напряжения, появляется возможность регулировать и механические нагрузки в электроприводе. Возможность регулирования напряжения позволяет также плавно останавливать электродвигатели, приводящие в действие низкоинерционные нагруз

В основе работы системы плавного пуска лежит тот принцип, что при малом напряжении на эл.двигателе пусковой ток и крутящий момент малы. Сердцем силовой части устройства плавного пуска является классический симистр (два встречно-параллельно включенных тиристора с управляющим входом), включаемый последовательно между питающим проводником и обмоткой двигателя. В составе устройства плавного пуска тиристор исполняет роль быстродействующего полупроводникового контактора, включаемого напряжением, а выключаемого током.

Важнейшими параметрами работы плавного пуска являются время и максимальное превышение по току. В зависимости от этих параметров выделяют:

- нормальный режим (пуск 10-20с, ток не более 3,5 Iном);

- тяжёлый пуск (пуск 30с, ток не более 4,5 Iном);

- сверх тяжёлый (время пуска не ограничено, ток от 5,5-8 Iном).

Вопрос №63. Опишите состав испытаний электродвигателей после ремонта, контроль технического состояния электродвигателей насосных агрегатов в процессе эксплуатации.