単相ネットワークから三相モーターを始動する場合。スキーム、説明

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単相ネットワークからの三相モーターの起動について。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、かご型回転子を備えた三相非同期モーターを、固定子巻線をスター型からデルタ型に切り替えることによって単相交流ネットワークから起動することのマイナス面について説明し、これらの欠点を解消する起動方式を提供します。

[1] では、固定子巻線をスター型から切り替えることにより、単相ネットワークから強力 (2...7 kW) で高速 (3000 rpm 以上) の三相電気モーター (EM) を動作させることが提案されています。三角に。さらに、巻線の通常の動作接続は三角接続です。つまり、この記事は、220/380 V の電圧向けに設計されたシリアル三相非同期電気モーターの発売に関するものです。

提案された始動方法は、既存の分類によれば、低減電圧での始動方法を指しており、知られているように、そのような始動の主な目的は、モーターの始動電流を低減することです。後者は、ネットワークに接続した時点では、実質的に短絡モードで動作します。

ネットワーク電力が制限されている場合は、減電圧でのモーターの始動が使用されます。電気モーターの直接始動の可能性を決定する [2] に示されている経験式に加えて、ネットワークから直接始動されるモーターの電力には次の制限もあります。

純粋な電力ネットワーク上で動作する変圧器からモーターに電力が供給される場合、モーターの最大電力は、頻繁に起動する場合は変圧器の電力の 20%、まれな場合は 30% にする必要があります。

変圧器が混合負荷 (電力と照明) で動作する場合、電気モーターの最大電力は、頻繁に始動する場合は変圧器電力の 4%、まれに始動する場合は 8% になります。

電気モーターが低出力の発電所から電力を供給される場合、その電力は発電所の電力の 12% になります。したがって、これらの制限を超える EM は、メモ [1] の著者が提案しているように、EM 巻線をスター型からデルタ型に切り替えることにより、低い電圧で開始する必要があります。

ただし、この起動方法については、[2]に加えて、以下の点を考慮する必要があります。

1. 著者が指摘しているように、工業用周波数の非同期モーターは 3000 rpm を超える回転速度を持つことはできません [1]。

n1=60f1/p=60Ч50=3000 об/мин,

ここで、pはマシンの極ペアの数です。

この記事の著者が将来説明する予定の非同期デュアルパワーモーターだけが、非同期モーターの回転速度を 2000 倍にすることができます。つまり、6000 rpm と 50 rpm の非標準の同期回転速度をさらに得ることができます。 XNUMX Hz の工業用周波数での rpm。

したがって、著者 [1] が 3000 rpm 以上での電気モーターの始動について書いている意味を言うのは困難です。

2. 彼によって提案されたよく知られた起動方法の実際の実装では、ED に 4 つの出力端があると仮定しています。出力 0,06 ～ 0,37 および 0,55 ～ 11 kW の最も一般的な 1A シリーズの電気モーターには、巻線を星型または三角形で接続する場合 [2] の 3 つの端子 (C3、C1、C2) があるため、「私たちの職人」は、著者 [7] が示した出力範囲 (XNUMX...XNUMX kW) でこのシリーズの三相電気モーターを起動する際に、深刻な困難を経験しており、今後も経験し続けるでしょう。彼らにとって、提案されている固定子巻線のスター型からデルタ型への切り替えを使用することは不可能です。

かつて Interelectro 諸国と共同開発され、世界の電気工学産業の有望な発展レベルに対応して開発された、新しい統合 AI シリーズ [4] の非同期電動機に触れると、同様の状況がここで観察されます。 : 出力 0,55 ～ 11 kW の電気モーターは、相が 220 つの出力端 (C380、C660、C1) で三角形または星形に接続されている場合、2、3、および XNUMX V の電圧で作られます。

したがって、提案された解決策はここでも使用できません。ここで、2 年から 02 年に開発された古い A1957 および A1959 シリーズの汎用 ED を取り上げてみましょう。 0,8 次元であったため、13 次元 (1...2 kW) までのこれらの電気モーターも、三角形の 3、220、380 V の電圧に対応する 660 つの出力端 (C4、CXNUMX、CXNUMX) を備えて製造されました。またはスター巻線接続回路[XNUMX]。

したがって、このシリーズは、著者の提案されたソリューションにも適合しません[1]。

したがって、巻線をスター型からデルタ型に切り替えることによって、単相ネットワークから電力 2 ～ 7 kW の三相電気モーターを起動するための提案されたソリューションは、非常に非常に限定された用途しか持たない可能性があります (製造された電気モーターの場合)。 XNUMX つの出力端を備えた消費者の特別注文による）または分解が必要な ED ですが、これは当然望ましくありません。

3. 5 年前の技術文献 [XNUMX] から、巻線を星型から三角型に切り替えたり、極対の数を変更したりする起動方法はほとんど実用化されておらず、主にリアクトルまたは単巻変圧器の起動に使用されていることが知られています。

[6] で述べたように、リアクトルや単巻変圧器と比較して、巻線をスター型からデルタ型に切り替えて電気モーターを始動する場合の欠点は、スイッチングの始動中に電気モーターの巻線の回路が切断され、これにより次のような問題が発生することです。スイッチング過電圧の発生により、必然的に電気モーターとスイッチングデバイスの動作の信頼性が低下します。さらに、スイッチング中、特に負荷がかかった状態で始動が行われる場合、電気モーターの機械部分に重大な衝撃が発生します。

[7] では、スター型からデルタ型に切り替えるときに EM 保護が動作する理由が説明されています。実際、このようなスイッチングにより、EM 電源回路には電流サージが頻繁に発生し、通常の起動電流値の 2,88 倍を超える可能性があります。この電流サージは ED 電源回路の保護をトリガーします。これを回避するために、スターからデルタへのシームレスな切り替え方法が提案されている。この場合、スイッチング時の突入電流はモータのダイレクトスタート時の突入電流値を超えません。

図 1 は、三相非同期モーターの巻線のスター型からデルタ型への連続スイッチングの図を示しています。表は、この回路の開閉装置の開閉接点の順序を示しています。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

回路図からわかるように、これは比較的複雑であり、XNUMX つの磁気スターターと XNUMX つの始動抵抗が必要です。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

4. メモ [1] の著者は、動作モードで巻線が「裸の」三角形に接続されているだけで、電気モーターの単相スイッチングをオンにすることを提案しています。知られているように、この場合のサイズ電力の使用は 50 ～ 60% となり、電気モーターの有効電力は、指定された電力範囲 1 ～ 3,5 kW に対して約 1 ～ 2 kW になります。著者による[7]、つまりそれは大幅に減少し、ED の磁場は楕円形になります。楕円磁場は、結果として生じる起磁力の空間ベクトルの瞬間的な回転速度の不安定さによって特徴付けられ、それに応じて電気モーターの磁場が不安定になり、特にローターの慣性モーメントが小さいときに振動を引き起こす可能性があります。これは高速電気モーターに典型的なもので、実際に著者によって提案されています [1] が、巻線の切り替えによる始動方法 (3000 rpm 以上) を使用します。楕円フィールドは、ED 内に直接 (回転) モーメントと逆 (ブレーキ) モーメントが存在すると仮定します。逆トルクの存在は、単相モードでの性能の低下につながります。つまり、モーターの効率と力率の値が大幅に悪化します。

単相モードで動作するときに電気モーターのエネルギー性能を向上させ、そのサイズの電力をより有効に活用するには、[2] に示すように、たとえば動作コンデンサを使用して電気モーターを動作させる必要があります。この場合、サイズの電力利用率は 80 ～ 100% に達し、力率の値は XNUMX に近づきます。これは、電気モーターがネットワークからの無効エネルギーを実質的に消費しないことを意味し、その結果、電力線の動作モードが簡素化され、スループットが向上します。

図 2 は、三相電動機を単相モードで起動するための単巻変圧器回路を示しています。この回路には、たとえば 2 アンペアの従来の実験用単巻変圧器 (LATR) が含まれており、約 3 ～ XNUMX kW の電力で電気モーターをスムーズに始動できます。 EM 固定子巻線の端子が XNUMX つある場合、そのうちの XNUMX つ (A と B) が逆流でオンになります。巻線 C の端を入れ替えることで、電動モーターの回転方向を変えることができます。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

ネットワーク内のモーターをオンにする前に、LATR エンジンは最低位置に設定され、その後パケットスイッチ A1 がオンになり、エンジンを上方に移動してモーターの電圧が徐々に増加し、エンジンの定格電圧が設定されます。たとえネットワーク内で低下したとしても。この回路では、一定の制限内で、端子の電圧を変更することによってモーターの回転速度を調整することもできます。

この回路のサイズ電力利用率は 80 ～ 94%、力率は XNUMX に近く、起動トルクは他の回路と比較して約 XNUMX 倍大きくなります。

モーターの固定子巻線端子が C1、C2、C3 の 1 つだけの場合、後者は端子 C3 と C1 を使用して LATR の出力端子 2 と 2 に接続されます (図 XNUMX を参照)。

たとえば、ED の出力端子 C3、C1、C2 が 3 つしかない場合には、図 3 に示すように単巻変圧器を ED 回路に直列に接続することもできます。この場合、調整可能なチョーク（誘導性リアクタンス）になります。開始前に、LATR の可動接点は右端の位置、つまり右端に設定されます。その巻線全体が ED と直列に接続されています。後者が加速すると、LATR巻線は徐々に動作しなくなり、図XNUMXの点線で示すように、可動接点が左端の位置に移動します。以上でEDの起動は完了です。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

当然のことながら、図 3 に示す回路では、LATR の代わりに、実験室用のスライダワイヤ抵抗器 (レオスタット)、たとえば 7 オーム、電流 7 ～ 10 A の RSP タイプを使用できます。単相モードで最大 2 ...XNUMX kW の電力を持つ電気モーターには十分であり、はるかに安価です。この場合、信頼性を確保するために、可動接点（スライダ）を外部端子のいずれかに接続する必要があります。レオスタットを使用して ED を始動するときは、スライダを中間位置に保持せずに、レオスタットの動作をスムーズかつ完全に停止する必要があることに留意する必要があります。これは、過熱や故障の可能性を防ぐために必要です。

調整可能なワイヤ抵抗の代わりに、調整されていない抵抗を使用することができます。電気モーターの始動後は、バッチスイッチ SA2 を使用してバイパスする必要があります。

単純なブースター装置を使用して、減圧電圧で電気モーターを始動することも可能です [8]。図 4 は、0,25 つの昇圧変圧器を使用したこのような接続の図を示しています。この昇圧変圧器には、電力 250 W、電圧 220/36 V、二次 (貫通) 巻線電流を持つ OSO-6,1 タイプの従来の降圧変圧器が使用されます。 4A（日常生活では「ボイラーメーカー」と呼ばれます）。電力 400 W の XNUMX つ (または XNUMX つ) のトランスタイプ OSM-O.XNUMX を使用することができます。OSM-O.XNUMX には XNUMX つの二次巻線があり、パススルー巻線として直列に接続して使用することができます。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

変圧器ＶＴ１およびＶＴ２のそれぞれの対応する巻線は、背中合わせに接続されている。さらに、それらの二次巻線は直列に順に接続され、一次巻線は並列に順に接続されます。その結果、ED に供給される電圧は約 1 V に低下し、突入電流が減少します。スイッチング中のスイッチング過電圧を排除するために、一次巻線は電力 2 W の抵抗 R150 によって分流されます。

モーターを始動する前に、スイッチ SA2 の接点が閉じられ、スイッチ SA3 の接点が開きます。エンジンはパケットスイッチ SA1 を使用してオンになります。後者の加速後、接点 SA2 が開き、SA3 が閉じます。これにより、電源回路を遮断することなく電気モーターをネットワークに直接接続します。この場合、変圧器の一次巻線はネットワークから切り離され、二次巻線はSAZスイッチの接点によって分路され、動作に関与しません。スイッチ SA2 と SAZ の動作を同期させることをお勧めします。SA2 がオンの場合は SA3 が開き、逆に SA2 がオフの場合は SAZ が閉じる必要があります。

また、図 5 に示すように、電子電圧レギュレータなどを使用して、ネットワーク電圧を下げても電気モーターをスムーズに始動することもできます。回路の重要な要素は、アバランシェモードで動作するトランジスタ VT1 タイプ P416、GTZ11I、KTZ61 です。抵抗 R1、R3、R5 ～ R7 は MLT タイプです。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

1 V のタイプ BM、MBM、K3-73 のコンデンサ C11 ～ C400 は、セットアップ中に 0,1 ～ 1,0 μF の範囲内で選択されます。抵抗 R2 はチューニングされており、R4 の最大値で負荷の最小電力が得られるように調整されます。ダイオード VD1VD4 タイプ D226B、または任意の適切なダイオードアセンブリ (タイプ KTs405I など)。

トライアック VS1 は、TS 106-10-4、TS112-10-4 など、XNUMX 級以上の被駆動モータの出力に応じて選択されます。

起動プロセスの最後に、ED トライアック VS1 をスイッチで分路することにより、動作を停止できます。

私は、三相と単相の両方の始動に使用できる、オープンゼロを備えた RNT タイプの三相調整可能な単巻変圧器を使用して、スター型からデルタ型への電動機巻線のスムーズな切り替えのためのスキーム (図 6) を提案します。電気モーター。この回路は、上記すべての回路と同様、EM 固定子巻線の回路に断線がないため、接点スイッチング回路の欠点を解消します。

単相ネットワークからの三相モーターの始動について

以下のように動作します。三相電気モーターを始動する前に、RNT 単巻変圧器の可動接点は最も低い位置に設定されます。

この場合、図 6 からわかるように、EM 巻線は星形で接続されます。次に、スイッチングデバイスを使用して、エンジンの端子 A、B、C に電圧が印加され、1,73 倍に低下したネットワーク電圧でエンジンが始動します。電気モーターの加速後、RNT 単巻変圧器の可動接点は最上部の位置にスムーズに移動します。これにより、電気モーター巻線の星形接続から三角形接続へのスムーズな移行が行われ、それに応じて巻線の増加が生じます。巻線の電圧は 1,73 倍になります。電動機が動作する定格動作電圧まで。

同様に、電気モーターは、端子 B と C を使用して単相ネットワークに接続することによって単相ネットワークから起動され、端子 A は動作コンデンサを使用して端子 B に接続されます。起動の終了時には、XNUMX 極パッケージスイッチを使用して単巻変圧器の巻線をオフにすることができます。

三相 RNT 単巻変圧器の代わりに、それぞれの XNUMX つの可動接点がすべて同期して動く場合には、XNUMX つの単相 LATR タイプを使用できます。すべての電気モーターは、図には示されていないモーター回路内の始動コンデンサーの存在下で、アイドルモードまたはシャフトにファン負荷がかかった状態で、指定された図に従って始動されます。

所見

1. 指定された電力範囲 (1...これらの出力のモーターは 2 つの出力端 (C7、C1、C2) で製造されるため、まれな例外を除いて、3 kW) は実際には不可能です。

2. 接点スイッチングデバイスによる始動中にモーターの固定子巻線をスターからデルタに切り替えるには、次のようなマイナス面があり、実際の使用が大幅に制限されます。

2.1. 始動時のモーター固定子巻線回路の破損により、スイッチング中にスイッチング過電圧が発生し、エンジンとスイッチング装置の信頼性が低下します。

2.2. 始動電流が高く、通常の始動電流の 2,88 倍を超える可能性があるため、スイッチング中にモーター保護が作動する可能性があります。

2.3. スイッチング中にモーターシャフトに機械的衝撃が存在すると、電気駆動の信頼性が低下します。

3. 動作モードでは、特にロータの慣性モーメントが低いときに振動が発生することがあります。これは高速モータによく見られます (回転子に動作コンデンサがないため、楕円磁界が存在するため)。モーター回路）。

4. 動作モードでは、エンジンの性能特性が低下し、エネルギーが低下します。

5. 前述の欠点を排除するには、エンジンは作動コンデンサを使用した動作モードで運転する必要があり、低電力ネットワークからの始動は、回路を中断することなく回路内の電圧（電流）を滑らかにまたは段階的に変更することによって実行する必要があります。固定子巻線。

文学：

ひげを生やしたゆう。単相ネットワークに三相モーターを組み込むことにより、// 電気技師の始動が容易になることについて。 - 2002年。第4号。 - P.13。
コロモイツェフ K.V. 三相モーターを単相ネットワークに接続することについてもう一度 // 電気技師。 - 2001年。 - No.12。 P.12.
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ベナーマン V.I.、ロエツキー N.N. 産業企業向けの電力電気機器の設計。 - M.-L.: Gosenergoizdat、1960。 - P.83。
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コロモイツェフ K.V. 単純な昇圧装置//電気技師。 - 2003. No.1。 - P.6。

著者: A.G. ジジューク

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