Плавный пуск электродвигателя. Способы пуска асинхронного трехфазного двигателя от однофазной сети Устройства плавного пуска
Вопрос: Что такое барно электродвигателя и как расшифровывается аббревиатура БАРНО?
Ответ:
БАРНО
Аббревиатура – Блок Распределения Начал Обмоток. Правильнее сказать коробка выводов.
БРНО
Когда в литературе по электротехнике или на форумах встречаются такие термины, как “брно электродвигателя” расшифровка становится увлекательным экскурсом в историю развития электротехники.
Сразу надо оговориться, что сейчас этот термин используется крайне редко.
Услышать его можно от пожилых электриков старой школы, которые козыряют этим словом, заранее зная, что их вряд ли поймут те, к кому они обращаются. Зато это дает им возможность “поучить молодежь”.
Техническая версия происхождения названия
По поводу происхождения этого термина, существует две версии, каждая из которых вполне правдоподобна.
Согласно первой, наиболее распространенной, брно – аббревиатура, расшифровывающаяся как “блок расключения (или распределения) начал обмоток” . Такая расшифровка вполне приемлема, так как термином “брно двигателя”, обозначается клеммная коробка, установленная на его корпусе, и в ней действительно соединяются определенным образом (расключаются) выводы концов обмоток электродвигателя.
Историко-лингвистическая версия
По второй версии, термин произошел от названия “борн или борны”.
Вот, что по этому поводу говорит словарь Брокгауза и Ефрона: “Борны (иначе называемые клеммами)- в электротехнике означают на динамоэлектрических машинах и других электрических приборах медные зажимы для закрепления проводов (проводников, проволок)”. Если за основную принять эту версию, то становится понятным и другие произношения названия клеммной коробки – “брно электродвигателя”, или “борновая коробка”.
Назначение брно
БРН электродвигателя- это клеммная коробка, в которой производится соединение выводов обмоток асинхронного электродвигателя. Способ соединения этих выводов, определяет схему по которой будет подключаться двигатель – звезда или треугольник.
Выбор схемы включения зависит от конструкции двигателя и напряжения питающей сети. Конструктивно, выпускающиеся в настоящее время отечественные двигатели, рассчитаны на подключение к трехфазной сети 220/380 В по схеме “звезда”. Если рассмотреть все варианты, получаем следующее:
сеть 127/220 В (стандарт применявшийся в СССР до 60-х годов и почти не сохранившийся) – современные двигатели подключаются треугольником.
сеть 220/380 (230/400) В (выпускаются в Западной Европе) – к нашим сетям подключаются только треугольником;
Однофазная сеть 220 В – при подключении трехфазного асинхронного электродвигателя к однофазной сети, с использованием конденсаторов, обмотки соединяются треугольником.
В редких случаях, применяется комбинированное подключение к сети 220/380 В, когда во время пуска, для уменьшения пусковых токов, двигатель включается звездой, а после статора и набора оборотов – переключается на треугольник, В этом случае концы обмоток выводятся в шкаф управления и брно не используется.
Независимо от происхождения термина “брно”, или его вариантов “барно” или “борн”, – речь идет о клеммной коробке электродвигателя, в которой коммутируются концы обмоток.
Как запускать трехфазный асинхронный двигатель от однофазной сети?
Самый простой способ запуска трехфазного двигателя в качестве однофазного, основывается на подключении его третьей обмотки через фазосдвигающее устройство. В качестве такого устройство может выступать активное сопротивление, индуктивность или конденсатор.
Прежде, чем подключать трехфазный двигатель в однофазную сеть, необходимо убедиться, что номинальное напряжение его обмоток соответствуют номинальному напряжению сети. Асинхронный трехфазный двигатель имеет три статорных обмотки. Соответственно в клемной коробке должно быть выведено 6 клемм для подключения питания. Если открыть клеммную коробку, то мы увидим борно двигателя. На борно, выведены 3 обмотки двигателя. Их концы подключены к клеммам. На эти клеммы и подключается питание двигателя.
Каждая обмотка имеет начало и конец. Начала обмоток маркируют как С1, С2, С3. Концы обмоток промаркированы соответственно С4, С5, С6. На крышке клемной коробки мы увидим схему включения двигателя в сеть при разных напряжениях питания. Согласно этой схемы мы и должны подключить обмотки. Т..е. если двигатель допускает использование напряжений 380/220, то для его подключения к однофазной сети 220В, необходимо переключить обмотки в схему «треугольник».
Если же его схема подключения допускает 220/127 В, то к однофазной сети 220 В, его необходимо подключать по схеме «звезда», как показано на рисунке.
Схема с пусковым активным сопротивлением
На рисунке показана схемы однофазного включения трехфазного двигателя с пусковым активным сопротивлением. Такая схема используется только в двигателях малой мощности, так как в резисторе теряетя большое количество энергии в виде тепла.
Наибольшее распространение получили схемы с конденсаторами. Для изменения направления вращения двигателя необходимо применять переключатель. В идеале для нормальной работы такого двигателя необходимо, чтобы емкость конденсатора изменялась в зависимости от числа оборотов. Но такое условие выполнить довольно трудно, поэтому обычно применяют схему двухступенчатого управления асинхронным электродвигателем. Для работы механизма, приводимого в движение таким двигателем, используют два конденсатора. Один подключается только при запуске, а после окончания пуска его отключают и оставляют только один конденсатор. При этом происходит заметное снижение его полезной мощности на валу до 50…60% от номинальной мощности при включении в трехфазную сеть. Такой пуск двигателя получил название конденсаторного пуска.
При применении пусковых конденсаторов имеется возможность увеличить пусковой момент до величины Мп/Мн=1,6-2. Однако, при этом значительно увеличивается емкость пускового конденсатора, из за чего вырастают его размеры и стоимость всего фазосдвигающего устройства. Для достижения максимального пускового момента, величину емкости необходимо выбирать из соотношения, Xc=Zk, т. е. емкостное сопротивление равно сопротивлению короткого замыкания одной фазы статора. По причине высокой стоимости и габаритов всего фазосдвигающего устройства конденсаторный пуск применяется лишь при необходимости большого пускового момента. В конце пускового периода пусковой обмотки необходимо отключить, в противном случае пусковая обмотка перегреется и сгорит. В качестве пускового устройства можно применять индуктивность- дроссель.
Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети, через частотный преобразователь
Для пуска и управления трехфазным асинхронным двигателем от однофазной сети, можно применять преобразователь частоты с питанием от однофазной сети. Структурная схема такого преобразователя представлена на рисунке. Пуск трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с помощью преобразователя частоты является одним из самых перспективных. Поэтому именно он наиболее часто используется в новых разработках систем управления регулируемыми электроприводами. Принцип его лежит в том, что, меняя частоту и напряжение питания двигателя, можно в соответствии с формулой, изменять его частоту вращения.
Сам преобразователь состоит состоят из двух модулей, которые обычно заключены в один корпус:
— модуль управления, который управляет функционированием устройства;
— силовой модуль, который питает двигатель электроэнергией.
Применение преобразователя частоты для пуска трехфазного асинхронного двигателя. позволяет значительно снизить пусковой ток, так как электродвигатель имеет жесткую зависимость между током и вращающим моментом. Причем значения пускового тока и момента можно регулировать в достаточно больших пределах. Кроме того с помощью частотного преобразователя можно регулировать обороты двигателя и самого механизма, уменьшая при этом значительную часть потерь в механизме.
Недостатки применения частотного преобразователя для пуска трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети: достаточно высокая стоимость самого преобразователя и периферийных устройств к нему. Появление несинусоидальных помех в сети и снижение показателей качества сети.
Когда в литературе по электротехнике или на профильных форумах встречаются такие термины, как «брно электродвигателя», расшифровка становится увлекательным экскурсом в историю развития электротехники. Сразу надо оговориться, что сейчас этот термин используется крайне редко. Услышать его можно разве что от пожилых электриков старой школы, которые козыряют этим словом, заранее зная, что их вряд ли поймут те, к кому они обращаются. Зато это дает им возможность «поучить молодежь», а заодно устроить внеплановый перекур.
Техническая версия происхождения названия
По поводу происхождения этого термина, существует две версии, каждая из которых вполне правдоподобна. Согласно первой, наиболее распространенной, брно - аббревиатура, расшифровывающаяся как «блок расключения (или распределения) начал обмоток». Такая расшифровка выглядит вполне приемлемой, так как термином «брно двигателя», обозначается клеммная коробка, установленная на его корпусе, и в ней действительно соединяются определенным образом (расключаются) выводы концов обмоток электродвигателя.
Возможно, что причиной появления столь странного для русского языка названия, стало чрезмерное увлечение аббревиатурами в 20 30 х годах, когда и происходила «электрификация всей страны». Название «ГОЭЛРО», кстати, тоже аббревиатура - «Государственный план электрификации России».
Историко-лингвистическая версия
По второй версии, термин произошел от названия «борн или борны». Вот что по этому поводу говорит словарь Брокгауза и Ефрона: «Борны (иначе называемые клеммами) — в электротехнике, означают на динамоэлектрических машинах и других электрических приборах медные зажимы для закрепления проводов (проводников, проволок)». Если за основную принять эту версию, то становится понятным и другие произношения названия клеммной коробки - «барно электродвигателя», или «борновая коробка».
Назначение брно
Итак, с этимологией все неопределенно, зато с электротехникой все просто и понятно. Брно электродвигателя, это клеммная коробка, в которой производится соединение выводов обмоток асинхронного электродвигателя. Способ соединения этих выводов, определят схему, по которой будет подключаться двигатель - звезда или треугольник . Выбор схемы включения зависит от конструкции двигателя и напряжения питающей сети. Конструктивно, выпускающиеся в настоящее время отечественные двигатели, рассчитаны на подключение к трехфазной сети 220/380 В по схеме «звезда». Если рассмотреть все варианты, получим следующее:
- Сеть 127/220 В (стандарт применявшийся в СССР до 60-х годов и почти не сохранившийся) - современные двигатели подключаются треугольником;
- Сеть 220/380 (230/400) В - номинальное подключение - звездой;
- Электромоторы 400/690 В (выпускаются в Западной Европе) - к нашим сетям подключаются только треугольником;
- Однофазная сеть 220 В - при подключении трехфазного асинхронного электродвигателя к однофазной сети, с использованием конденсаторов, обмотки соединяются треугольником.
В редких случаях, применятся комбинированное подключение к сети 220/380 В, когда во время пуска, для уменьшения пусковых токов, двигатель включается звездой, а после старта и набора оборотов - переключается на треугольник. В этом случае концы обмоток выводятся в шкаф управления и брно не используется.
Независимо от происхождения термина «брно», или его вариантов «барно» и «борн», - речь идет о клеммной коробке электродвигателя, в которой коммутируются концы обмоток. Как видно из приведенного выше списка вариантов подключений, такие переключения необходимы при эксплуатации электродвигателей в различных режимах.
Электродвигатели – самые распространенные в мире электрические машины. Ни одно промышленное предприятие, ни один технологический процесс без них не обходится. Вращение вентиляторов, насосов, перемещение лент конвейеров, движение кранов – вот неполный, но уже весомый перечень задач, решаемых с помощью двигателей.
Однако есть один нюанс работы всех без исключения электромоторов: в момент старта они кратковременно потребляют большой ток, называемый пусковым.
При подаче напряжения на обмотку статора скорость вращения ротора равна нулю. Ротор нужно стронуть с места и раскрутить до номинального частоты вращения. На это тратится значительно большая энергия, чем та, что нужна для номинального режима работы.
Под нагрузкой пусковые токи больше, чем на холостом ходу. К весу ротора прибавляется механическое сопротивление вращению от приводимого двигателем в движение механизма. На практике влияние этого фактора стремятся минимизировать. Например, у мощных вентиляторов на момент запуска автоматически закрываются шиберы в воздуховодах.
В момент протекания пускового тока из сети потребляется значительная мощность, расходуемая на выведение электродвигателя на номинальный режим работы. Чем мощнее электромотор, тем большая мощность для разгона ему требуется. Не все электрические сети переносят этот режим без последствий.
Перегрузка питающих линий неизбежно приводит к снижению напряжения в сети. Это не только еще более затрудняет процесс запуска электродвигателей, но и влияет на других потребителей.
Да и сами электродвигатели во время пусковых процессов испытывают повышенные механические и электрические нагрузки. Механические связаны с увеличением вращающего момента на валу. Электрические же, связанные с кратковременным увеличением тока, воздействуют на изоляцию обмоток статора и ротора, контактные соединения и пусковую аппаратуру.
Методы снижения пусковых токов
Маломощные электромоторы с недорогой пускорегулирующей аппаратурой вполне достойно запускаются и без применения каких-либо средств. Снижать их пусковые токи или изменять частоту вращения нецелесообразно экономически.
Но, когда влияние на режим работы сети в процессе запуска оказывается существенным, пусковые токи требуют снижения. Этого добиваются за счет:
- применения электродвигателей с фазным ротором;
- использование схемы для переключения обмоток со звезды на треугольник;
- использование устройств плавного пуска;
- использование частотных преобразователей.
Для каждого механизма подходит один или несколько указанных методов.
Электродвигатели с фазным ротором
Применение асинхронных электродвигателей с фазным ротором на участках работы с тяжелыми условиями труда – самая древняя форма снижения пусковых токов. Без них невозможна работа электрифицированных кранов, экскаваторов, а также – дробилок, грохотов, мельниц, редко запускающихся при отсутствии продукции в приводимом механизме.
Снижение пускового тока достигается за счет поэтапного вывода из цепи ротора резисторов. Первоначально, в момент подачи напряжения, к ротору подключено максимально возможное сопротивление. По мере разгона реле времени один за другим включают контакторы, шунтирующие отдельные резистивные секции. В конце разгона добавочное сопротивление, включенное к цепи ротора, равно нулю.
Крановые двигатели не имеют автоматического переключения ступеней с резисторами. Это происходит по воле крановщика, передвигающего рычаги управления.
Переключение схемы соединения обмоток статора
В брно (блок распределения начала обмоток) любого трехфазного электромотора выведено 6 выводов от обмоток всех фаз. Таким образом, их можно соединить либо в звезду, либо в треугольник.
За счет этого достигается некоторая универсальность применения асинхронных электродвигателей. Схема включения звездой рассчитывается на большую ступень напряжения (например, 660В), треугольником – на меньшую (в данном примере – 380В).
Но при номинальном напряжении питания, соответствующем схеме с треугольником, можно воспользоваться схемой со звездой для предварительного разгона электромотора. При этом обмотка работает на пониженном напряжении питания (380В вместо 660), и пусковой ток снижается.
Для управления процессом переключения потребуется дополнительный кабель в брно электродвигателя, так как задействуются все 6 выводов обмоток. Устанавливаются дополнительные пускатели и реле времени для управления их работой.
Частотные преобразователи
Первые два метода можно применить не везде. А вот последующие, ставшие доступными относительно недавно, позволяют осуществить плавный пуск любого асинхронного электродвигателя.
Частотный преобразователь – сложное полупроводниковое устройство, сочетающее силовую электронику и элементы микропроцессорной техники. Силовая часть выпрямляет и сглаживает сетевое напряжение, превращая его в постоянное. Выходная часть из этого напряжения формирует синусоидальное с изменяемой частотой от нуля до номинального значения – 50 Гц.
За счет этого достигается экономия электроэнергии: приводимые во вращение агрегаты не работают с избыточной производительностью, находясь в строго требуемом режиме. К тому же технологический процесс получает возможность тонко настраиваться.
Но важное в спектре рассматриваемой проблемы: частотные преобразователи позволяют осуществлять плавный пуск электродвигателя, без толчков и рывков. Пусковой ток полностью отсутствует.
Устройства плавного пуска
Устройство плавного пуска электродвигателя – это тот же частотный преобразователь, но с ограниченным функционалом. Работает он только при разгоне электродвигателя, плавно изменяя скорость его вращения от минимально заданного значения до номинальной.
Чтобы исключить бесполезную работу устройства по окончании разгона электродвигателя, рядом устанавливается шунтирующий контактор. Он подключает электродвигатель напрямую к сети после завершения запуска.
При выполнении модернизации оборудования – это самый простой метод. Он зачастую может быть реализован своими руками, без привлечения узкопрофильных специалистов. Устройство устанавливается на место магнитного пускателя, управляющего пуском электромотора. Может потребоваться замена кабеля на экранированный. Затем в память устройства вносятся параметры электромотора, и оно готово к действию.
А вот с полноценными частотными преобразователями справиться самостоятельно по силам не каждому. Поэтому их применение в единичных экземплярах обычно лишено смысла. Установка частотных преобразователей оправдана лишь при проведении общей модернизации электрооборудования предприятия.