2832

Второй способ пуска переключение обмотки статора со звезды на треугольник в момент пуска (рис. 21).

Рис. 21. Схема пуска с переключением со ―звезды‖ на ―треугольник‖

В этом случае напряжение на фазе обмотки статора уменьша-

ется в 3 раз. Из-за уменьшения насыщения стали статора пусковой ток оказывается примерно в 4 раза меньше, чем при включении обмотки статора на полное напряжение. Одновременно в 4 раза снижаются пусковой и максимальный моменты (рис. 22).

Рис. 22. Пусковые токи с переключением со ―звезды‖ на «треугольник»

Способы пуска посредством снижения напряжения имеют тот недостаток, что одновременно с ограничением пускового тока снижается и пусковой момент. Для улучшения пусковых свойств асин-

31

хронных К3 двигателей применяют роторы специальной конструкции. Такие двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками имеют ротор с двойной «беличьей клеткой» или с глубоким пазом (рис. 23).

Рис. 23. Ротор с двойной ―беличьей клеткой‖ 1 - рабочая ―клетка‖, 2 - пусковая

Обмотка 1 (медь) имеет меньшее активное сопротивление, так как она большего диаметра, чем обмотка 2 (латунь) и выполнена из материала с меньшим удельным сопротивлением. Стержни обмотки 1 расположены в толще сердечника ротора, кроме того, в зоне обмотки 1 магнитный поток плотнее. Вследствие этого, а также из-за меньшего активного сопротивления индуктивность первой обмотки будет выше. При пуске, когда частота токов обмотки ротора равна частоте токов обмотки статора индуктивное сопротивление нижней клетки значительно больше полного сопротивления верхней клетки. Поэтому пусковой ток ротора возникает главным образом в стержнях верхней клетки, которую называют «пусковой». Так как активное сопротивление пусковой клетки повышенное, то это обеспечивает высокий пусковой момент. После разгона до номинальной скороти частота тока в роторе снижается до 1 5 Гц. Индуктивное сопротивление пропорциональное частоте упадет, и сопротивление клеток будет определяться в основном их активными сопротивлениями, соответственно этому будут распределяться и токи в обмотках ротора. При разгоне и номинальной нагрузке ток ротора устанавливается главным образом в нижней клетке, которую называют «рабочей».

32

Аналогичная картина возникает и в обмотке ротора с глубоким пазом (рис. 24).

Рис. 24. Ротор с глубоким пазом

В результате индуктивность и индуктивное сопротивление нижних слоев оказывается больше, чем верхних и ток вытесняется в верхние слои стержней обмотки ротора. При этом площадь активного сечения стержней будет меньше их геометрической площади, что эквивалентно увеличению активного сопротивления фазы обмотки ротора. Таким образом, пусковой момент оказывается увеличенным. После разгона частота тока в роторе мала, ток равномерно распределяется по всему сечению стержня, что равносильно уменьшению активного сопротивления обмотки ротора.

Сравнительные данные электродвигателей с улучшенными пусковыми характеристиками даны в табл. 2.

Характеристики электродвигателей

Улучшение пусковых свойств достигается за счет некоторого ухудшения работы при номинальном режиме.

33

11.ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

СФАЗНЫМ РОТОРОМ

Ранее было показано, что для асинхронного двигателя с фазным ротором, то есть с контактными кольцами есть возможность, вводя в цепь ротора добавочное сопротивление, регулировать величину критическое скольжение, делая механическую характеристику более пологой и тем самым изменять величину пускового тока, в то время как максимальный момент не меняется.

Известно, что Sкр. r2 . Пусковой момент будет равен мак- xк

симальному, если в цепь ротора через контактные кольца ввести та-

где xк х1 х2 ,

х1 , х2 - индуктивное сопротивление статора и ротора.

С целью сокращения времени пуска в цепь фазного ротора вводят ступени добавочного сопротивления (обычно для мощных двигателей 100 кВт 3 ступени рис. 25).

Рис. 25. Схема включения пусковых сопротивлений к фазному ротору

34

Разгон идет по искуственной характеристике 1 (рис. 26).

Рис. 26. Механическая характеристика разгона асинхронного двигателя с фазным ротором

Для сокращения времени пуска вращающий момент, снизившийся до некоторой величины Мmin пуск вновь увеличивают, выводя

часть сопротивления ( rст.3 ) и переходя на характеристику 2 и так

далее. Двигатель заканчивает пуск по естественной характеристике

(4) и достигает номинальной скорости н, определяемой равенством вращающего момента и момента сопротивления.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют хорошие пусковые характеристики, однако, они дороже и имеют худшие энергитические показатели по КПД и cos , чем простые асинхронные с К3 ротором.

12. РАСЧЕТ ПУСКОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Ток фазы обмотки ротора в соответствии с законом Ома и учетом скольжения будет:

35

( 3 берется потому, что в каталогах дается не фазное, а линейное напряжение).

Упрощенное уравнение естественной характеристики:

Для искусственной характеристики:

Критическое скольжение для естественной характеристики:

36

Таким образом, все компоненты уравнения для rg известны.

Пример Для асинхронного двигателя с К3 ротором определить доба-

вочное сопротивление, чтобы обеспечить пусковой момент 0,9Ммах. Паспортные и каталожные данные: Рном. = 20 кВт; nном. = 1420

об/мин; v = 380/220 v; = 87 %; Ммах /Мном. = 2,4 = ; Е2 = 193 v,

37

Y2н = 68А; sном. = 0,053. Исходя из nн = 1420 и ряда оборотов поля в статоре в зависимости от числа полюсов имеем:

13. ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПРИ ПУСКЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Общие потери энергии при пуске двигателя складывается из в основном потерь на нагрев обмоток ротора и статора.

38

Энергия, потеренная на нагрев обмотки ротора за время пуска.

tп

Ап2 mY22r2dt mY22r2 , (66) 0

где m = число фаз (обмоток) ротора; Y2 – ток ротора;

r2 – сопротивление обмотки.

С другой стороны механическая мощность необходимая при разгоне:

Потери энергии на нагрев цепи ротора при пуске в холостую равны кинетической энергии, сообщаемой движущимся массам привода.

39

По упрощенной схеме замещения принято, что активное сопротивление обмотки статора r1 и активное сопротивление обмотки ротора r2 – соединены последовательно и по ним течет один и тот же ток. Следовательно, мощность, теряемая в активных сопротивлениях пропорциональна этим сопротивлениям.

Тогда потери в статоре

Из формулы видно, что с увеличением r2 - потери уменьшаются, поэтому пуск двигателей повышенного скольжения, имеющих увеличенное активное сопротивление ротора сопровождается меньшими потерями. Это справедливо также и для асинхронного двигателя с фазным ротором, у которых в цепь ротора включают сопротивление реостата при пуске.

Энергия, выделяемая при разгоне двигателей, преодолевающих механическое сопротивление (Мс 0)

40