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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sobre el arranque de un motor trifásico desde una red monofásica. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos El artículo analiza los aspectos negativos del arranque de motores asíncronos trifásicos con rotor de jaula de ardilla de una red de corriente alterna monofásica cambiando sus devanados del estator de estrella a triángulo, y proporciona esquemas de arranque que eliminan estas desventajas. En [1], se propone hacer funcionar motores eléctricos trifásicos (EM) potentes (2...7 kW) y de alta velocidad (3000 rpm o más) desde una red monofásica cambiando sus devanados del estator de estrella al triángulo. Además, la conexión de trabajo normal de los devanados es una conexión triangular. Es decir, el artículo trata sobre el lanzamiento de motores eléctricos asíncronos trifásicos en serie diseñados para una tensión de 220/380 V. El método de arranque propuesto, según la clasificación existente, se refiere a métodos de arranque a voltaje reducido y, como saben, el objetivo principal de dicho arranque es reducir la corriente de arranque del motor, porque este último, en el momento de la conexión a la red, funciona prácticamente en modo cortocircuito. El arranque de motores a voltaje reducido se utiliza cuando la potencia de la red es limitada. Además de la fórmula empírica indicada en [2], que determina la posibilidad de arranque directo de un motor eléctrico, también existen las siguientes restricciones sobre la potencia de los motores arrancados directamente desde la red. Cuando el motor se alimenta desde un transformador que funciona en una red puramente eléctrica, la potencia máxima del motor debe ser el 20% de la potencia del transformador para arranques frecuentes y el 30% para arranques raros. En los casos en que el transformador funcione con carga mixta (potencia e iluminación), la potencia máxima del motor eléctrico es el 4% de la potencia del transformador con arranques frecuentes y el 8% con arranques raros. Cuando el motor eléctrico se alimenta desde una central eléctrica de baja potencia, representa el 12% de la potencia de la central eléctrica. Por lo tanto, los EM que van más allá de estas limitaciones deben iniciarse a un voltaje reducido, como sugiere el autor de la nota [1], cambiando los devanados del EM de estrella a triángulo. Sin embargo, respecto a este método de partida, además de [2], es necesario hacer las siguientes consideraciones. 1. Los motores asíncronos a frecuencia industrial no pueden tener una velocidad de rotación superior a 3000 rpm, como señala el autor [1]: n1=60f1/p=60Ч50=3000 об/мин, donde p es el número de pares de polos de la máquina. Solo los motores asíncronos de doble potencia, de los que el autor de este artículo planea hablar en el futuro, permiten duplicar la velocidad de rotación de los motores asíncronos, a saber: obtener una velocidad de rotación síncrona adicional no estándar de 2000 rpm y 6000 rpm a una frecuencia industrial de 50 Hz. Por lo tanto, es difícil decir qué quiere decir el autor [1] cuando escribe sobre arrancar el motor eléctrico a 3000 rpm o más. 2. La implementación práctica del conocido método de inicio propuesto por él supone que el ED tiene seis extremos de salida. Dado que los motores eléctricos de la serie 4A más común con una potencia de 0,06...0,37 y 0,55...11 kW tienen tres terminales (C1, C2, C3) al conectar los devanados en estrella o triángulo [3], entonces “Nuestros artesanos” han experimentado y seguirán experimentando serias dificultades a la hora de poner en marcha motores eléctricos trifásicos de esta serie en el rango de potencia indicado por el autor [1] (2...7 kW), porque Para ellos, es imposible utilizar la conmutación propuesta de los devanados del estator de estrella a triángulo. Si nos referimos a los motores eléctricos asíncronos de la nueva serie unificada AI [4], desarrollados en un momento junto con los países de Interelectro, que correspondían al nivel prometedor de desarrollo de la industria mundial de la ingeniería eléctrica, aquí se observa una imagen similar. : Los motores eléctricos con una potencia de 0,55 a 11 kW se fabrican a una tensión de 220, 380 y 660 V cuando las fases se conectan en triángulo o estrella con tres extremos de salida (C1, C2, C3). Por tanto, la solución propuesta tampoco puede utilizarse aquí. Tomemos ahora el ED de uso general de las antiguas series A2 y A02, que se desarrolló en 1957-1959. y tenían nueve dimensiones, estos motores eléctricos hasta la quinta dimensión inclusive (0,8...13 kW) también se fabricaban con tres extremos de salida (C1, C2, C3) para tensiones de 220, 380, 660 V con un triángulo o circuito de conexión del devanado en estrella [4]. Por lo tanto, esta serie tampoco se ajusta a la solución propuesta por el autor [1]. En consecuencia, la solución propuesta para arrancar motores eléctricos trifásicos con una potencia de 2...7 kW desde una red monofásica cambiando sus devanados de estrella a triángulo puede tener una aplicación muy, muy limitada (para motores eléctricos fabricados según pedido especial del consumidor con seis extremos de salida) o se requiere desmontaje ED, lo que naturalmente no es deseable. 3. De la literatura técnica de hace cuarenta años [5] se sabe que los métodos de arranque mediante la conmutación de los devanados de estrella a triángulo, cambiando el número de pares de polos casi no tienen aplicación práctica y se utilizan principalmente para el arranque de reactores o autotransformadores. Como se señaló en [6], la desventaja de arrancar un motor eléctrico cambiando sus devanados de estrella a triángulo en comparación con un reactor o autotransformador es el hecho de que durante los cambios de arranque, los circuitos de los devanados del motor eléctrico se interrumpen, y esto conduce a la aparición de sobretensiones de conmutación, lo que naturalmente reduce la confiabilidad operación de motores eléctricos y dispositivos de conmutación. Además, durante la conmutación se producen importantes choques en la parte mecánica del motor eléctrico, especialmente cuando el arranque se realiza bajo carga. En [7] se explican los motivos del funcionamiento de la protección EM al pasar de estrella a triángulo. El hecho es que con tal conmutación, a menudo se produce un aumento de corriente en el circuito de alimentación EM, que puede exceder el valor de la corriente de arranque habitual en 2,88 veces. Este aumento de corriente activa la protección en el circuito de alimentación del ED. Para evitar esto, se propone un método de cambio continuo de estrella a delta. En este caso, la corriente de entrada en el momento de la conmutación no excede el valor de la corriente de entrada durante el arranque directo del motor. La figura 1 muestra un diagrama de conmutación continua de los devanados de un motor asíncrono trifásico de estrella a triángulo. La tabla muestra la secuencia de contactos de conmutación del equipo de conmutación para este circuito.
Como puede verse en el diagrama del circuito, es relativamente complejo y requiere cuatro arrancadores magnéticos y tres resistencias de arranque.
4. El autor de la nota [1] propone encender el motor eléctrico monofásico cuando sus devanados están conectados con un triángulo "desnudo" en modo de funcionamiento y nada más. Como se sabe, el aprovechamiento de la potencia nominal en este caso será del 50...60% y la potencia útil del motor eléctrico será de aproximadamente 1...3,5 kW para el rango de potencia especificado de 1...2 kW. por el autor [7], es decir disminuye significativamente y el campo magnético del DE se vuelve elíptico. Un campo elíptico se caracteriza por la inconstancia de la velocidad de rotación instantánea del vector espacial de la fuerza magnetomotriz resultante y, en consecuencia, del campo magnético del motor eléctrico, lo que puede provocar vibraciones, especialmente con bajos momentos de inercia del rotor, que es típico de los motores eléctricos de alta velocidad, para los cuales, de hecho, el autor [ 1] propone utilizar el método de arranque cambiando los devanados (3000 rpm o más). El campo elíptico asume la presencia en el ED de un momento directo (rotación) y un momento inverso (de frenado). La presencia de par inverso conduce a un deterioro del rendimiento en modo monofásico, es decir: el motor tiene valores de eficiencia y factor de potencia significativamente peores. Para mejorar el rendimiento energético de los motores eléctricos cuando funcionan en modo monofásico y aprovechar mejor la potencia de su tamaño, es necesario operarlos con un condensador que funcione, por ejemplo, como se muestra en [2]. En este caso, la utilización de la potencia del tamaño alcanza el 80...100% y el valor del factor de potencia se acerca a la unidad. Esto significa que el motor eléctrico prácticamente no consume energía reactiva de la red, como resultado, se simplifica el modo de funcionamiento de la línea eléctrica y aumenta su rendimiento. La Figura 2 muestra un circuito autotransformador para arrancar un motor eléctrico trifásico en modo monofásico. El circuito contiene un autotransformador de laboratorio convencional (LATR), por ejemplo, de nueve amperios, que permite arrancar suavemente un motor eléctrico con una potencia de aproximadamente 2...3 kW. Si hay seis terminales del devanado del estator EM, dos de ellos, A y B, se conectan en contracorriente. Al intercambiar los extremos del devanado C, se puede cambiar el sentido de rotación del motor eléctrico.
Antes de encender el motor eléctrico en la red, el motor LATR se coloca en la posición más baja, luego se enciende el interruptor de paquete A1 y el voltaje en el motor eléctrico se aumenta gradualmente moviendo el motor hacia arriba, estableciendo el voltaje nominal en el motor, incluso si está bajado en la red. El circuito también permite, dentro de ciertos límites, regular la velocidad de rotación del motor cambiando la tensión en sus terminales. El tamaño de utilización de energía para este circuito es del 80...94%, el factor de potencia es cercano a la unidad y el par de arranque es aproximadamente tres veces mayor en comparación con otros circuitos. Si solo hay tres terminales del devanado del estator C1, C2, C3 del motor, este último se conecta a los terminales de salida 1 y 3 del LATR mediante los terminales C1 y C2 (ver Fig. 2). El autotransformador también se puede conectar en serie al circuito ED, como se muestra en la Fig. 3, para el caso, por ejemplo, cuando el ED tiene solo tres terminales de salida C1, C2, C3. En este caso se convierte en un estrangulador regulable (reactancia inductiva). Antes de comenzar, el contacto móvil del LATR se coloca en la posición extrema derecha, es decir. todo su devanado está conectado en serie con el ED. A medida que este último acelera, el devanado LATR queda gradualmente fuera de funcionamiento, moviendo el contacto móvil a la posición extrema izquierda, como se muestra en la Fig. 3 con la línea de puntos. Esto completa la puesta en marcha del servicio de urgencias.
Naturalmente, para el circuito que se muestra en la Fig. 3, en lugar de LATR, se puede utilizar una resistencia de alambre deslizante de laboratorio (reostato), por ejemplo, del tipo RSP con 7 ohmios y una corriente de 7...10 A, lo cual es bastante suficiente y mucho más económico para motores eléctricos con una potencia de hasta 2 ... XNUMX kW en modo monofásico. En este caso, su contacto móvil (deslizador) debe conectarse a uno de los terminales exteriores para mayor confiabilidad. A la hora de poner en marcha el ED con reóstato hay que tener en cuenta que el reóstato debe retirarse de funcionamiento de forma suave y completa, sin mantener su corredera en posiciones intermedias, lo cual es necesario para evitar su sobrecalentamiento y posible avería. En lugar de una resistencia de cable ajustable, se puede usar una no regulada y, después de arrancar el motor eléctrico, se debe pasar por alto con un interruptor de paquete SA2. También es posible arrancar un motor eléctrico a voltaje reducido utilizando dispositivos de refuerzo simples [8]. La Figura 4 muestra un diagrama de dicha conexión utilizando dos transformadores elevadores, para los cuales se utilizan transformadores reductores convencionales del tipo OSO-0,25 con una potencia de 250 W, un voltaje de 220/36 V y una corriente de devanado secundario (pasante). de 6,1 A (llamados en la vida cotidiana "caldereros"). Es posible utilizar uno (o dos) transformador tipo OSM-O.4 con una potencia de 400 W, que tiene dos devanados secundarios, lo que permite utilizarlos cuando se conectan en serie como devanados de paso.
Los devanados correspondientes de cada uno de los transformadores VT1 y VT2 están conectados espalda con espalda. Además, sus devanados secundarios están conectados en serie y de acuerdo, y los devanados primarios están conectados en paralelo y de acuerdo. Como resultado, se suministra al ED una tensión reducida de aproximadamente 150 V y, en consecuencia, se reducirá la corriente de entrada. Para eliminar las sobretensiones de conmutación durante la conmutación, los devanados primarios se derivan mediante una resistencia R1 con una potencia de 50 W. Antes de arrancar el motor, los contactos del interruptor SA2 se cierran y los contactos del interruptor SA3 se abren. El motor se enciende mediante el conmutador de paquetes SA1. Después de la aceleración de este último, se abren los contactos SA2 y se cierra SA3, conectando así el motor eléctrico directamente a la red sin interrumpir su circuito de alimentación. En este caso, los devanados primarios de los transformadores están desconectados de la red y los devanados secundarios son desviados por los contactos del interruptor SAZ y no participan en la operación. Es recomendable sincronizar el funcionamiento de los interruptores SA2 y SAZ: cuando SA2 está encendido, SA3 debe abrirse y, a la inversa, cuando SA2 está apagado, SAZ debe cerrarse. También puede arrancar el motor eléctrico suavemente con un voltaje de red reducido utilizando un regulador de voltaje electrónico, por ejemplo, como se muestra en la Fig. 5. El elemento clave del circuito es un transistor VT1 tipo P416, GTZ11I, KTZ61, que funciona en modo avalancha. Resistencias R1, R3, R5-R7 tipo MLT.
Los condensadores C1-C3 de los tipos BM, MBM, K73-11 a 400 V se seleccionan durante la configuración dentro del rango de 0,1...1,0 μF. La resistencia R2 está sintonizando; se ajusta para obtener la potencia mínima en la carga en el valor más alto de R4. Diodos VD1VD4 tipo D226B o cualquier conjunto de diodos adecuado, por ejemplo tipo KTs405I. Triac VS1 se selecciona de acuerdo con la potencia del motor accionado de clase no inferior a cuarta, por ejemplo TS 106-10-4, TS112-10-4 y similares. Al final del proceso de inicio, el ED triac VS1 se puede poner fuera de funcionamiento desviándolo con un interruptor. Propongo un esquema (Fig.6) para la conmutación suave de los devanados de un motor eléctrico de estrella a triángulo utilizando un autotransformador ajustable trifásico del tipo RNT con cero abierto, que se puede utilizar para arrancar tanto trifásico como monofásico. motor electrico. Este circuito, como todo lo anterior, elimina las desventajas de los circuitos de conmutación de contactos debido a la ausencia de interrupciones en el circuito de los devanados del estator EM.
Funciona de la siguiente manera. Antes de arrancar un motor eléctrico trifásico, los contactos móviles del autotransformador RNT se colocan en la posición más baja. En este caso, como puede verse en la Fig. 6, los devanados EM estarán conectados mediante una estrella. Luego, utilizando un dispositivo de conmutación, se aplica voltaje a los terminales A, B, C del motor, que arranca con un voltaje de red reducido en 1,73 veces. Después de acelerar el motor eléctrico, los contactos móviles del autotransformador RNT se transfieren suavemente a la posición más alta, lo que conduce a una transición suave desde la conexión de los devanados del motor eléctrico con una estrella hasta su conexión con un triángulo y, en consecuencia, a un aumento en el voltaje en los devanados en 1,73 veces, es decir hasta la tensión nominal de funcionamiento a la que funciona el motor eléctrico. De manera similar, el motor eléctrico se arranca desde una red monofásica conectándolo mediante los terminales B y C, y el terminal A se conecta al terminal B mediante un condensador de trabajo. Al final del arranque, los devanados del autotransformador se pueden apagar mediante un interruptor de paquete tripolar. En lugar de un autotransformador RNT trifásico, se pueden utilizar tres tipos LATR monofásicos, siempre que los tres contactos móviles de cada uno de ellos se muevan sincrónicamente. Todos los motores eléctricos se arrancan de acuerdo con los diagramas dados en modo inactivo o con una carga de ventilador en el eje, en presencia de un condensador de arranque en el circuito del motor, que no se muestra en los diagramas. Hallazgos 1. El método propuesto por el autor [1] para arrancar motores asíncronos trifásicos con rotor de jaula de ardilla de una red de CA monofásica cambiando sus devanados del estator de estrella a triángulo en el rango de potencia especificado (2... 7 kW), con raras excepciones, es prácticamente imposible, ya que los motores As de estas potencias se fabrican con tres extremos de salida: C1, C2, C3. 2. La conmutación de los devanados del estator del motor de estrella a triángulo durante el arranque con un dispositivo de conmutación de contactos tiene los siguientes aspectos negativos, que limitan significativamente su uso en la práctica: 2.1. La presencia de sobretensiones de conmutación durante la conmutación debido a una rotura en los circuitos de los devanados del estator del motor durante el arranque, lo que reduce la confiabilidad del motor y del equipo de conmutación. 2.2. La protección del motor puede activarse durante la conmutación debido a la alta corriente de arranque, que puede exceder la corriente de arranque normal en 2,88 veces. 2.3. La presencia de golpes mecánicos en el eje del motor durante la conmutación, lo que reduce la fiabilidad del accionamiento eléctrico. 3. En el modo de funcionamiento, pueden producirse vibraciones, especialmente con momentos bajos de inercia del rotor, típico de los motores de alta velocidad (debido a la presencia de un campo magnético elíptico, que se debe a la ausencia de un condensador de trabajo en el circuito del motor). 4. El motor tiene peores características de rendimiento e indicadores de baja energía en modo de funcionamiento. 5. Para eliminar las desventajas señaladas, el motor debe funcionar en modo de funcionamiento con un condensador en funcionamiento, y el arranque desde redes de baja potencia debe realizarse cambiando suave o gradualmente el voltaje (corriente) en su circuito sin romper los circuitos de los devanados del estator. Literatura:
Autor: A.G. Zyzyuk
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