Чем жёстче характеристика, тем меньше изменение частоты вращения при изменении нагрузки на валу двигателя. Механическая характеристика АД общепромышленного назначения является жёсткой, т.к. номинальные значения скольжения находятся в диапазоне 0,02 – 0,05. Это означает, что при изменении нагрузочного момента от нуля

Сдо номинального значения скорость меняется на 2,5%.

7.7. Пуск трёхфазных асинхронных двигателей

Пуск ас нхронного двигателя сопровождается переходным про- нимцессом, обусловленным переходом ротора и механически связанных с

частей сполн тельного механизма из состояния покоя в состоя-

ние равномерного вращения, когда вращающий момент двигателя уравновеш вается суммой противодействующих моментов, действующ х на ротор дв гателя. Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока статора I1П и значением пускового момента МП [7].

При пускебдв гателя должны по возможности удовлетворяться следующие основныеАтре ования: процесс пуска должен быть простым и осуществляться ез сложных пусковых устройств, пусковой момент должен ыть достаточно ольшим, а пусковые токи – по возможности малыми. Однако получение такого сочетания пусковых параметров в АД сопряжено с определенными трудностями, а иногда оказывается невозможным.

Для того чтобы двигатель пришёлДв движение и достиг требуемой скорости, необходимо, чтобы в процессе пуска его вращающий момент был больше момента нагрузки. При этом разность между моментом двигателя и моментом нагрузки при Ипрочих равных условиях определяет величину ускорения, с которым происходит пуск, т.е. его длительность. Слишком большое ускорение может быть опасным для механизма и трансмиссии, а слишком длительный пуск вызывает быстрый нагрев обмоток и может привести к выходу из строя двигателя. Причём кроме разности вращающих моментов на длительность пуска большое влияние оказывает величина присоединённых к ротору маховых масс.

Самым простым способом пуска АД, не требующим дорогостоящего оборудования, является включение обмотки статора ключом S1 непосредственно в сеть на номинальное напряжение (рис. 7.12, а). Такой пуск называется прямым. Пусковой ток I1П при прямом пуске крат-

170

ковременно может составлять (5 – 7)I1Н, что создаёт большие тепловые нагрузки на обмотки. Также большой пусковой ток создаёт большое падение напряжения в питающей сети, что неблагоприятно влияет на дру-

(М'П = 0,92∙МП = 0,81∙MП), что значительно затрудняет прямой пуск. Значительное понижение напряжения может привести к недопустимому увеличению длительности пуска или к «застреванию» на низкой скорости вращения. Необходимым условием прямого пуска АД является преобладание вращающего момента над моментом сопротивле-

ния нагрузки (номинальным моментом): МП > МН.

Если мощность сети недостаточна для прямого пуска или пусковой момент столь значителен, что создаёт недопустимую ударную нагрузку на механизм или трансмиссию, то применяют различные способы пуска при пониженном напряжении. Однако здесь следует иметь в виду, что MП ~ U12. Поэтому этот способ пуска возможен в том случае, если двигатель пускается на холостом ходу или при ма-

171

лом моменте нагрузки. Существует несколько способов понижения подводимого к двигателю напряжения.

Для АД, работающего при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со схемы треугольник на звезду (рис. 7.12, б). В момент подключения

Сдвигателя к сети ключ S2 ставят в положение звезда, при котором обмотка статора оказывается соединённой в звезду. При этом фазное

напряжен е на статоре понижается в 3 раз. Во столько же раз

уменьшается ток в фазах обмотки двигателя. После того как ротор двигателя разгон тся до установившейся частоты вращения, ключ S2 быстро переводят в положение треугольник и обмотка статора оказываются под ном нальным напряжением.

происходНедостатком этого спосо а является то, что при переключении т разрыв цепей индуктивной обмотки статора и возникают

Болеебуниверсальным является способ пуска понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (регулируемых реактивных дросселей), включаемых в линии питающей сети

соответствующ е коммутационные перенапряжения. Однако предельная простота пусковой аппаратуры компенсирует этот недостаток, и в установках с н зковольтными двигателями малой и средней мощности

пуск с переключен ем о моток применяется достаточно широко.

(рис. 7.13, а). А

При пуске трёхфазный реакторДLR выполняет токорегулирующую функцию в цепях фаз статора, деля фазное напряжение. При разомкнутом ключе S2 включают ключ S1, и фазы статора оказываются

последовательно подключенными к катушкам реактора LR. В результате снижение напряжения на фазе статора происходит за счёт падения напряжения на активно-индуктивном сопротивленииИреактора ZLR. После разгона ротора двигателя замыкают ключ S2, шунтирующий реактор, и двигатель подключается на полное номинальное напряжение U1Н. Пусковые реакторы обычно имеют ферромагнитный сердечник, а их обмотка рассчитывается на кратковременный режим работы. Это позволяет снизить вес и стоимость реактора.

Напряжение питания АД во время пуска можно понизить также с помощью трёхфазного автотрансформатора (рис. 7.13, б). Здесь после замыкания ключа S1 статор оказывается подключенным к вторичной обмотке понижающего автотрансформатора AT, напряжение которой понижено в k раз. После достижения определённой скорости вращения ключ S2 размыкается, и обмотка статора оказывается под-

172

Пуск АД начинается при полностью включенном сопротивлении реостата R = Rд1 + Rд2 + Rд3, т.е. при разомкнутых парных контактах ключей S2 – S4. Далее по мере разгона поочерёдно вручную или авто-

174

матически замыкаются ключи S4, S3 и S2, шунтируя соответствующие секции реостата, в этот момент двигатель переходит на новую ветвь характеристики n2 = f(M) (рис. 7.14, б).

Бурное развитие электроники в последние три десятилетия привело к повсеместному распространению методов и устройств управления, известных ранее в основном теоретически. К ним относятся и так называемые устройства плавного пуска («Soft Start»). Они представляют собой импульсные тиристорные регуляторы переменного напряжения, с помощью которых напряжение можно плавно увеличивать или уменьшать, если требуется плавная остановка двигателя, с требуемой

• изменением питающего напряжения статора;

• изменением числа пар полюсов статора;

• изменением частоты питающего напряжения.

Введение добавочных сопротивлений в цепь фазного ротора. Этот метод может применяться только для АД с фазным ротором. Увеличение добавочных сопротивлений Rд, включенных в цепи фазных обмоток ротора (рис. 7.15, а), приводит к увеличению критического скольжения при сохранении максимального момента, развиваемого двигателем. В результате частота вращения двигателя уменьшается. КПД с увеличением сопротивления уменьшается из-за увеличения

175

176

двигателя, так как MП ~ U12, но сохраняется значение критического скольжения SКР. В случае постоянного момента нагрузки на валу двигателя MC частота вращения при этом будет также уменьшаться.

Очевидно, что регулирование возможно в пределах скольжений 0 < S < SКР и для получения сколько-нибудь существенного диапазона Снеобходимо использовать короткозамкнутые двигатели с повышенным сопротивлением ротора или двигатели с фазным ротором и дополнительным сопротивлением в его цепи. Это приводит к существенному увеличен ю мощности скольжения и, следовательно, потерь энергии в обмотках ротора статора. Следует заметить, что с уменьшением напряжен я быстро сн жается перегрузочная способность двигателя и жёсткость механ ческой характеристики, что ограничивает возмож-

ность спользован я этого спосо а регулирования.

1)уменьшение перегрузочной способностиИдвигателя при снижении напряжения вплоть до возможного «опрокидывания»;

2)сильно ограниченный диапазон регулирования 0 < S < SКР;

3)уменьшение жёсткости механической характеристики;

4)значительные тепловые потери в роторе вследствие больших значений скольжения S и ЭДС Е2S.

177

Всё это делает способ регулирования понижением напряжения малоэффективным при длительном режиме работы, но для кратковременного снижения скорости машин малой мощности он может применяться.

Изменение числа пар полюсов статора. Этот способ является са-

мым простым и эффективным способом получения нескольких фиксированных значений скорости вращения и обычно применяется для многоскоростных двигателей специального назначения с короткозамкну-

обмотки Начала и концы катушечныхАгрупп фаз обмотки выводятся на клемм-

ную коробку двигателя.

Каждая фаза о мотки с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1 состоит из двух одинаковыхДчастей – полуобмоток (рис. 7.17, а). Если обе полуобмотки обтекаются токами в одном направлении, то формируется поле с числом полюсов, вдвое бóльшим, чем если токи протекают по полуобмоткам в противоположных направлениях. Поэтому при включении полуобмоток последовательно согласно (Y) синхронная частота становится вдвое меньшеИ, чем при включении полуобмоток встречно параллельно. Переключением последовательных согласных полуобмоток со звезды (Y) на треугольник (Δ) позволяет увеличить момент втрое при постоянной частоте вращения.

Процесс регулирования при изменении числа пар полюсов p с 1 (YY) до 2 (Y) осуществляется ступенчато без снижения жёсткости характеристики и при постоянном моменте Мкр (рис. 7.17, б).

Двигатели с переменным числом пар полюсов называются многоскоростными и используются в станкостроении, подъёмнотранспортном оборудовании, для приводов вентиляторов, насосов и т.д. Промышленностью выпускаются двух-, трёх- и более скоростные АД, рассчитанные на частоты 1500/1000/750/… об/мин.

178

способа лежит прямая зависимость частоты вращения магнитного поля двигателя n1 от частоты питающего напряжения f1.

ковых преобразователей частотыД(рис. 7.18), имеющих два канала – управления частотой и амплитудой выходного напряжения. Это необходимо для того, чтобы обеспечить стабилизацию магнитного потока в двигателе, т.к. он прямо пропорционален величинеИнапряжения питания и обратно пропорционален частоте. Поэтому при изменении частоты обязательно нужно пропорционально изменять также напряжение питания. Закон частотного управления, при котором соблюдается постоянное соотношение между напряжением и частотой U/f = const, является наиболее распространённым. Однако по мере уменьшения частоты уменьшается также максимальный момент двигателя. Это связано с увеличением падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора R1 и, как следствие, с уменьшением магнитного потока. Уменьшение момента ограничивает диапазон регулирования скорости вращения, т.к. при этом уменьшается перегрузочная способность двигателя и возникает опасность его «опрокидывания».

Частотное регулирование реализуется с помощью полупроводни-

179

Рис. 7.19. Регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты питающего напряжения

180