Rozruch silnika indukcyjnego

Trójfazowe motory indukcyjne: Mechanizm samoczynnego uruchamiania i metody startu

Trójfazowy silnik indukcyjny jest z natury samoczynnie uruchamiany. Gdy zasilanie jest podłączone do statora trójfazowego silnika indukcyjnego, powstaje pole magnetyczne obrotowe. To pole magnetyczne oddziaływuje na wirnik, powodując jego obrót i rozpoczynając pracę silnika indukcyjnego. W momencie uruchomienia poślizg silnika wynosi 1, a prąd startowy jest znacznie wysoki.

Rola startera w trójfazowym silniku indukcyjnym wykracza poza samo uruchamianie. Służy on dwóm głównym funkcjom:

1. Ograniczenie prądu: Redukuje znaczny prąd startowy, który, jeśli pozostanie bez kontroli, może spowodować uszkodzenie wirowisk silnika, przegrzanie elementów elektrycznych i spadki napięcia w systemie zasilania.

2. Ochrona: Zapewnia niezbędne zabezpieczenia przed przeciążeniami, które występują, gdy silnik pobiera nadmierny prąd z powodu mechanicznego obciążenia lub nietypowych warunków pracy, oraz sytuacjami z napięciem poniżej normy, gdzie spadek napięcia zasilającego może prowadzić do nieefektywnej pracy silnika lub nawet zatrzymania.

Istnieją dwie podstawowe metody uruchamiania trójfazowego silnika indukcyjnego. Jedna z nich polega na bezpośrednim podłączeniu silnika do pełnego napięcia zasilania. Druga metoda polega na zastosowaniu zmniejszonego napięcia do silnika podczas startu. Warto zauważyć, że moment obrotowy generowany przez silnik indukcyjny jest proporcjonalny do kwadratu zastosowanego napięcia. W konsekwencji, silnik generuje znacznie większy moment obrotowy, gdy jest uruchamiany przy pełnym napięciu, w porównaniu do uruchomienia przy zmniejszonym napięciu.

Dla klatkowych silników indukcyjnych, które są szeroko stosowane w aplikacjach przemysłowych i handlowych, istnieją trzy główne metody startu:

Metody startu silników indukcyjnych
Starter bezpośredni (DOL)

Metoda startu DOL (Direct On Line) dla silników indukcyjnych jest znana z prostoty i kosztosprawności. W tej metodzie silnik jest bezpośrednio podłączony do pełnego napięcia zasilania. Ta prosta metoda jest zwykle stosowana dla małych silników o mocy do 5 kW. Używając startera DOL dla tych mniejszych silników, potencjalne wahania napięcia zasilania mogą być minimalizowane, zapewniając stabilną pracę systemu elektrycznego.

Starter gwiazda-trójkąt

Starter gwiazda-trójkąt jest jednym z najbardziej popularnych i szeroko stosowanych sposobów uruchamiania trójfazowych silników indukcyjnych. W normalnym trybie pracy wirowiska statora są skonfigurowane w połączeniu trójkątowym. Jednak podczas fazy startu, wirowiska są początkowo połączone w konfiguracji gwiaździstej. To połączenie gwiaździste redukuje napięcie zastosowane do każdego wirowiska, ograniczając prąd startowy. Gdy silnik osiągnie odpowiednią prędkość, wirowiska są przełączane na połączenie trójkątowe, umożliwiając silnikowi pracę z pełną mocą nominalną.

Starter autotransformatorowy

Autotransformatory mogą być używane zarówno w połączeniach gwiaździstych, jak i trójkątnych. Ich główna funkcja w kontekście startu silników indukcyjnych polega na ograniczeniu prądu startowego. Poprzez dostosowanie stosunku zwinięć autotransformatora, można zmniejszyć napięcie zasilające silnik podczas startu. To kontrolowane obniżenie napięcia pomaga ograniczyć duży prąd wrywowy, który występuje, gdy silnik jest po raz pierwszy zasilany, chroniąc zarówno silnik, jak i system zasilania elektrycznego.

Startery DOL, gwiazda-trójkąt i autotransformatorowe są specjalnie zaprojektowane dla silników indukcyjnych z klatką wirnika, które są szeroko stosowane w różnorodnych aplikacjach przemysłowych i handlowych ze względu na ich solidną konstrukcję i niezawodną pracę.

Metoda startu silnika indukcyjnego z pierścieniami suwniczymi

W przypadku silników indukcyjnych z pierścieniami suwniczymi, proces startu obejmuje podłączenie pełnego napięcia zasilania do startera. Unikalna konstrukcja silników z pierścieniami suwniczymi, z zewnętrznymi obwodami wirnika, pozwala na dodatkową kontrolę podczas startu. Diagram połączeń startera silnika indukcyjnego z pierścieniami suwniczymi przedstawia wizualnie, jak różne komponenty wzajemnie działają, ułatwiając zrozumienie procesu startu i mechanizmów sterowania.

Podczas startu silnika indukcyjnego z pierścieniami suwniczymi, początkowo do obwodu wirnika podłączona jest pełna oporność startowa. Efektywnie to redukuje prąd zasilający pobierany przez stator, minimalizując prąd wrywowy, który mógłby obciążyć system elektryczny i sam silnik. Gdy zasilanie elektryczne energizuje silnik, wirnik zaczyna się obracać.

Gdy silnik przyspiesza, oporności wirnika są stopniowo redukowane etapami. To stopniowe odłączanie oporności jest starannie koordynowane z wzrostem prędkości obrotowej silnika. Dzięki temu silnik może płynnie budować swoją prędkość, jednocześnie utrzymując optymalne charakterystyki momentu obrotowego.

Gdy silnik osiągnie swoją nominalną pełną prędkość obrotową, wszystkie oporności startowe są całkowicie usunięte z obwodu. W tym momencie pierścienie suwnicze są krótkozamknięte. To krótkozamknięcie pozwala silnikowi działać z maksymalną efektywnością, eliminując dodatkową oporność, która była potrzebna tylko podczas fazy startu, umożliwiając silnikowi osiągnięcie pełnej mocy nominalnej.