Запуск трехфазных двухскоростных двигателей. Подключение Даландера

19.1 Двухскоростные асинхронные двигатели различных скоростей

Асинхронные трехфазные двигатели могут быть сконструированы более, чем на одну скорость, либо реализованные с различными обмотками, отличающимися числом полюсов, либо только с одной обмоткой, но построенной таким образом, что может подключаться внешне с различным числом полюсов. По этой причине некоторые виды трехфазных асинхронных двигателей с различными скоростями называют также двигатели с переключаемыми полюсами.

На рисунке 19.1 схематически представлены разнообразные типы обмоток и также их подключение, которые в настоящее время наиболее часто употребляются в конструкции двигателей различных скоростей, причем второй является наиболее часто используемым из всех.

Рисунок 19.1 – Системы соединения трехфазных асинхронных двигателей с различными скоростями

Этот тип двигателей имеет короткозамкнутый ротор и в основном применяется в работе станков и вентиляторов, и, что касается видов конструкции, представленных на рисунке 19.1, их главными характеристиками являются следующие:

1. Двигатели с двумя независимыми обмотками. У этих двигателей две скорости и они сконструированы таким образом, что каждая обмотка взаимодействует внутренне с различным количеством полюсов и в зависимости от того, какая обмотка подключена к сети, двигатель будет вращаться с различным числом оборотов. В этом типе двигателей обычно обе обмотки включаются соединением в звезду и наиболее частые сочетания полюсов это: 6/2, 6/4, 8/2, 8/6, 12/2 и 12/4.
2. Двигатели с одной обмоткой с подключением Даландера. Эти двухскоростные двигатели сконструированы с обычной трехфазной обмоткой, но соединенной внутри таким образом, что в зависимости то того, какие внешние потребители подключены в сеть, в двигателе будут происходить переключения с одного на другое количество полюсов, но их соотношение всегда будет 2 к 1; таким образом, у двигателя будут две роторные скорости, одна в два раза превышающая другую. Как показано на рисунке 19.1, подключение обмоток осуществляется треугольником или звездой для меньшей скорости и двойной звездой для большей, наиболее частые сочетания полюсов это: 4/2, 8/4 и 12/6.
3. Двигатели с обмоткой Даландера и другой независимой обмоткой. При помощи этого типа двигателя достигаются три различные скорости, две с обмоткой подключения Даландера и третья с независимой обмоткой, конструкция которой различное количество полюсов, отличное от двух полярностей, полученных с первой. Наиболее часто используемые подключения представлены на рисунке 19.1, и наиболее часто встречающиеся сочетания полюсов: 6/4/2, 8/4/2, 8/6/4, 12/4/2, 12/6/4, 12/8/4, 16/12/8 и 16/8/4.
4. Двигатели с двумя обмотками Даланлера. При помощи двигателей этого типа добиваются четырех скоростей, две с каждой обмотки, которые будут предназначены для полярностей отличных друг от друга, при наиболее часто использующихся сочетаниях: 12/8/6/4 и 12/6/4/2.

19.2 Двухскоростные двигатели с подключением Даландера или с переключением полюсов

Наиболее применяемый вид асинхронных трехфазных двигателей с различными скоростями (можно сказать, что почти единственный применяемый в настоящее время) это двигатель с олной обмоткой с подключением Даландера и именно поэтому этот двигатель будет детально описан. На рисунке 19.2 показана обмотка трехскоростного асинхронного двигателя с подключением Даландера, где представлены, как внутренние подключения, так и присоединения с клеммной колодкой к сети, в двух рабочих позициях. Этот двигатель предназначен для работы с четырьмя полюсами, когда соединен в треугольник и два полюса, когда соединяется в двойную звезду в соответствии с представленной на рисунке фазы обмотки U1 – V1.

Рисунок 19.2 – Внутренние связи, в треугольник и двойную звезду, обмотки двигателя Даландера, с 4 и 2 полюсами

Как показано на рисунке 19.2 при запуске на меньшей скорости достаточно применить напряжение сети шторок клеммных соединений, при осуществлении треугольного подключения между тремя фазами внутри двигателя. И наоборот, для большой скорости должны быть выполнены две операции: сначала необходимо короткозамкнуть U1, V1 и W1, а затем применить напряжение сети U2, V2 и W2 в клеммном соединении. Вывод, полученный на основе вышеизложенного: для автоматического запуска двигателя с подключением Даландера необходимы три контактора.

Также на рисунке 19.2 можно увидеть, что когда двигатель подключается на маленькую скорость, образовывается двойное количество полюсов из-за того, что все статоры одной фазы соединены последовательно, в то время, как для большей скорости статоры каждой фазы соединяются по половине параллельно, таким образом получая половину количества полюсов по сравнению с предыдущим описанием.

Перейдем к описанию схем контроля и защиты наиболее часто применяемых для работы двигателей с подключением Даландера, и представленным на рисунках 19.3 и 19.4. Первый это простой запуск на любой из двух скоростей и второй это тот же тип запуска, но с двумя необходимыми цепямидля того, чтобы в каждой из своих двух скоростей двигатель мог бы запускаться в обоих направлениях без различия (одинаково).

19.3. Запуск двухскоростного двигателя с переключающимися полюсами без инверсии вращения

Электрические характеристики элементов контроля и защиты необходимые для выполнения этого типа запуска, как минимум должны быть:

• Контактор К1, для включения и выключения двигателя на маленькой скорости (PV). Мощность должна быть такой же либо превышать In двигателя в треугольном соединении и с категорией обслуживания АС3.
• Контакторы К2 и К3, для включения и выключения двигателя на большой скорости (GV). Мощность этих контакторов должна быть такой же либо превышать In двигателя соединенного двойной звездой и категориеи обслуживания АС3.
• Термореле F3 и F4, для защиты от перегрузок на обоих скоростях. Каждый из них будет измерять In, употребляемый двигателем на защищаемой скорости.
• Предохранители F1 и F2, для защиты от К.З. должно быть типа аМ и мощностью такой же или превышающей максимальное In двигателя, в каждой из своих двух скоростей.
• Предохранитель F5, для защиты цепей контроля.
• Система кнопок, с простым прерывателем остановки S0 и двумя двойными прерывателями движения S1 и S2.

Перейдем к описанию в краткой форме процесса запуска, как на малой скорости, так и на большой:

• а) запуск и остановка на маленькой скорости (PV).
• Запуск путем нажатия на S1.
• Замыкание контактора цепи К1 и запуск двигателя соединенного треугольником.
• Автопитание через (К1, 13–14).
• Открытие К1, которое действует как шторка для того, чтобы хотя запущен в движение S2, контакторы большой скорости К2 и К3 не были активизированы.
• Остановка путем нажатия на S0.
• б) запуск и остановка на большой скорости (GV).
• Запуск путем нажатия на S2.
• Замыкание контактора звезды К2, которое формирует звезду двигателя при коротком замыкании: U1, V1 и W1.
• Замыкание контактора К3 (К2, 21–22) таким образом, что двигатель работает соединением в двойную звезду.
• Автопитание через (К2, 13–14).
• Открытие (К2, 21–22) и (К3, 21–22), которые действуют как шторки для того, чтобы никогда не закрывался К1 в то время, как закрыты К2 или К3.
• Остановка путем нажатия на S0.

Вспомогательные контакты системы кнопок (S1 и S2, 21–22)действуют как защитные двойные шторки системы кнопок в том случае, если на оба прерывателя попытаются нажать одновременно, чтобы никакой из контакторов не активизировался и эти контакты можно было бы убрать в том случае, если есть защитные шторки механического типа между К1 и К2.

Рисунок 19.3 – Цепи мощности и контроля для запуска двигателя с переключаемыми полюсами

19.4 Запуск двухскоростного двигателя с переключаемыми полюсами (рисунок 19.4)

Электрические характеристики элементов контроля и защиты будут такими же, как в предыдущем примере в том случае, когда принимается в расчет наличие двух номинальных мощностей двигателя в зависимости от его скорости работы.

Цепи на рисунке 19.4 являются наиболее используемыми, хотя не единственными для запуска двигателя с переключаемыми полюсами в обоих направлениях движения и на любой из двух своих скоростей.

Между двумя контакторами каждого инвертора К1 – К2 и К3 – К4 размещаются двойные защитные шторки, одна с защитными контактами собственных контакторов (К1, К2, К3 и К4; 21–22) и другая с контактами собственных кнопок движения (S1, S2, S3 и S4; 21–22). Последние могли бы быть защищены защитными механическими шторками между каждой парой контакторов: К1 – К2 и К3 – К4, избегая в этом случае прерывателей движения тройного контакта S3 и S4. Кроме того имеются защитные шторки между контакторами применяемыми для маленькой скорости К1 и К2, а остальные К3, К4 и К5 применяемые для большой скорости, выполненные посредством вспомогательных контактов собственных контакторов (К1, К2, К3 и К4; 31–32) и (К5; 21–22).

Перейдем к краткому описанию работы цепи при каждой из четырех возможностей движения, но пренебрегая действием контактов защитных шторок, исходя из того, что предыдущее их описание является достаточным для понимания действия их работы.

• а) Запуск и остановка на маленькой скорости при движении вправо.
• Запуск путем нажатия на S1.
• Замыкание контактора цепи К1 и запуск двигателя на маленькой скорости движения вправо, при треугольном соединении.
• Автопитание через (К1; 13–14).
• Остановка путем нажатия на S0.
• б) Запуск и остановка на маленькой скорости при движении влево.
• Запуск путем нажатия на S2.
• Замыкание контактора цепи К2 и запуск двигателя на маленькой скорости движения влево, при треугольном соединении.
• Автопитание через (К2; 13–14).
• Остановка путем нажатия на S0.
• в) Запуск и остановка на большой скорости при движении вправо.
• Запуск путем нажатия на (S3; 13–14 и 23–24).
• Замыкание контактора звезды К5, который формирует звезду двигателя при коротком замыкании U1, V1 и W1.
• Замыкание контактора цепи К3 через (К5; 23–24), таким образом, что двигатель начинает работу на большой скорости при движении вправо, соединение двойная звезда.
• Автопитание через (К5; 13–14) и (К3; 13-14).
• Остановка путем нажатия на S0.
• г) Запуск и остановка на большой скорости при движении влево.
• Запуск путем нажатия на (S4;13–14 и 23–24).
• Замыкание контактора звезды К5, который формирует звезду двигателя при коротком замыкании U1, V1 и W1.
• Замыкание контактора цепи К4 через (К5; 23–24), таким образом, что двигатель начинает работу на большой скорости при движении влево, соединение двойная звезда.
• Автопитание через (К5; 13–14) и (К3; 13–14).
• Остановка путем нажатия на S0.

В случае, если при перегрузке двигателя, выйдет из строя термическое реле F3 или F4, эффект будет таким же, как при нажатии на S0, каким бы ни был открывшийся контакт, цепь контроля прервется.

Рисунок 19.4 – Цепи мощности и контроля для запуска двигателя с переключаемыми полюсами (подключение Даландера), с переключением вращения