Тема лекции 14

Способы пуска электродвигателей переменного тока

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей нормального исполнения

2. Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения

3. Реостатный пуск двигателей с фазным ротором

4. Пуск при пониженном напряжении на обмотке статора

5. Введение сопротивления в цепь статораасинхронных двигателей

1.1. Основные сведения

Для пуска асинхронных электродвигателей переменного тока применяют два способа:

1. прямой пуск;

2. пуск при пониженном напряжении;

3. реостатный пуск двигателей с фазным ротором.

Рассмотрим особенности каждого способа пуска.

Прямой пуск асинхронных двигателей нормального исполнения с короткозамкнутым ротом

При прямом пуске двигатель включается непосредственно в сеть (рис.14.1)

Рис. 14.1 Схема прямого пуска асинхронного двигателя

Для двигателей, у которых пусковой момент меньше номинального, должны быть приняты меры для уменьшения статического момента механизма на время пуска. Например, при пуске насоса, клапан на всасывающей магистрали должен быть открыт частично, тогда подача насоса при пуске будет меньше номинальной.

В начале пускаасинхронных двигателей ротор неподвижен, скольжение и поэтому ЭДС в обмотке ротора достигает наибольшего значения, равногосоответственно пусковые токи ротора и статора так же достигают максимального значения, (по мере разгона двигателя скольжение уменьшается и становиться меньше единицы , соответственно уменьшается ЭДС ротора и токи статора и ротора). Соотношение ЭДСв начале пуска и после разгона ротора равно = [гер401].

При прямом пуске начальный пусковой ток ротора превышает номинальный, в зависимости от типа двигателя, в 6…8 раз, так как активное сопротивление ротора и реактивноесопротивление ротора также зависят от скольжения. В момент пуска реактивное сопротивление ротора max. имеет максимальное значение, так как для неподвижного ротора.

Кратность пускового тока статора = 5 – 7. По мере разгона ротора токи статора и ротора соответственно и уменьшаются и устанавлиается режим работы, определяемый статической нагрузкой на валу двигателя.

Рис. 14.1 Изменение действующих токов статора и ротора при пуске асинхронного двигателя

Большие пусковые токи вызывают провалы напряжения в судовой сети, что может привести к массовому отключению работающих двигателей.

Поэтому Правила Регистра допускают прямой пуск двигателей такой мощности, чтобы провал напряжения был не более 15% от U _н (т.е. напряжение в сети 380В при пуске не должно быть меньше U' = 0,85 U= 0,85х380 = 323 В).

Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения

К короткозамкнутым асинхронным двигателям специального исполнения относятся:

1. двигатели с повышенным скольжением;

2. глубокопазные;

3. двухклеточные.

По сравнению с асинхронными двигателями нормального исполнения эти двигатели имеют улучшенные пусковые свойства, а именно:

1. пониженные пусковые токи;

2. увеличенные пусковые моменты.

Объясним, каким образом получены эти свойства.

Из теории электрических машин известно, что электромагнитный момент асинхронных электродвигателей определяется выражением (14-1) [гер.369 фла 15.15]

М = CI'cosψФ, (14-1)

где C – конструктивный коэффициент (величина постоянная);

I'– приведенный к обмотке статора ток ротора;

ψ – угол сдвига по фазе между векторами ЭДС обмотки ротора Е'и приведенным током ротораI';

I'cosψ – активная составляющая тока ротора;

Ф – значение вращающегося магнитного потока обмотки статора.

Электромагнитный момент двигателя тем больше, чем больше активная составляющая тока ротора [в (14-1)активная составляющая тока ротора I_ар= I'cosψ], а для ее увеличения необходимо увеличивать активное сопротивление обмотки ротора.

Увеличение активного сопротивления ротора, помимо увеличения пускового момента двигателя, дает и второе преимущество: уменьшение пусковых токов.

Таким образом, увеличивая активное сопротивление обмотки ротора, можно:

1. увеличить пусковой момент двигателя,

2. уменьшить пусковой ток двигателя.

Такими положительными свойствами обладают т.н. двигатели с улучшенными пусковыми свойствами. К последним относятся асинхронные двигатели:

1. с повышенным скольжением;

2. с глубокими пазами на роторе;

3. с двойной беличьей клеткой на роторе;

4. с фазной обмоткой на роторе (двигатели с фазным ротором).

Асинхронные двигатели с повышенным скольжением по сравнению с обычными асинхронными двигателями имеют увеличенный пусковой момент (рис.14.2). Для этого искусственно уменьшают площадь поперечного сечения проводников обмотки ротора, вследствие чего увеличивается их активное сопротивление, а значит и активная составляющая тока ротора и соответственно электромагнитный момент двигателя, прямо пропорциональный этой составляющей (см. выше выражение 14-1).

Рис. 14.2 Механические характеристики асинхронных двигателей обычного исполнения (1) и с повышенным скольжением (2)

Недостатком этих двигателей является пониженная (по сравнению с двигателями обычного исполнения) скорость вращения ротора.

У двигателей с глубоким пазом обмотка на роторе выполнена в виде стержней прямоугольного профиля с высотой – h, превосходящей ширину– b в 15…20 раз ( рис. 14.3)

Увеличение активного сопротивления обмот­ки ротора при пуске объясняется поверхностным эффектом.

Рис. 14.3 Глубокопазная обмотка ротора (а) и кривая распределения тока по высоте паза (б)

Суть этого явления состоит в том, что на переменном токе основная часть тока через поперечное сечение проводника вытесняется на его поверхность. Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление центральной части проводника гораздо больше по сравнению с сопротивлением поверхностного слоя.

При пуске частота тока в роторе f = 50 Гц, нижняя частьпроводника обмотки ротора имеет увеличенное индуктивное сопротивление, поэтому пусковой ток вытесняется в верхнюю часть, что равнозначно уменьшению площади его поперечного сечения, т.е. увеличению активного сопротивления. В результате уменьшается пусковой ток и одновременно увеличивается пусковой момент.

При номинальной скорости и небольшой частоте тока ротора (1.. .3Гц) поверхностный эффект пропадает, так как ток распределяется равномерно по высоте поперечного сечения проводника.

В двухклеточных асинхронных двигателях (рис. 14.4) использованы оба способа повы­шения активного сопротивления.

Рис. 14.4 Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя (а) и его механические характеристики: пусковой обмотки (1), рабочей обмотки (2) и (3)- механическая характеристика асинхронного двигателя нормального исполнения.

Эти двигатели имеют пусковую обмотку П, которая работает как обмотка ротора двигателя с повышенным скольжением, и рабочую Р, которая работает как глубокопазная.

Эксплуатационные показатели двигателей специального исполнения хуже, чем у двигателей нормального исполнения. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности cosφ у них ниже, а стоимость выше.

На судах из перечисленных выше трех типов двигателей специального исполнения используется только один – двигатель с двумя клетками. Такие двигатели установлены в электроприводах грузовых лебедок на судах польской постройки ( типа «Муром» ).