5.6 Методы пуска и регулирования скорости электродвигателей переменного тока

При пуске АД потребляет из сети значительный пусковой ток I_П=(5...7)I_ном, развивая при этом пусковой момент М_П=(1,2...1,6)М_ном, который находится на пределе обеспечения быстрого разгона АД под номинальной нагрузкой. При эксплуатации АД естественным является оптимизация пуска через снижение пускового тока при максимальном сохранении его пусковых возможностей.

И пусковой ток, и пусковой момент прямо зависят от величины напряжения U₁ АД, причем I_П пропорционален первой степени напряжения U₁, а М_П пропорционален второй степени напряжения . Стремление ограничить I_П уменьшением U₁ в еще большей степени понижает М_П. Таким образом, оптимизация процесса пуска АД путем изменения U₁, является противоречивой и, поэтому в полной мере не разрешимой.

Проанализируем на оптимальность применяемые способы пуска АД.

1. Прямой пуск. Схема прямого пуска приведена на рис.5.8, а. АД подключается к сети непосредственно с помощью контактора К.

Достоинства схемы пуска: минимальный и самый дешевый состав электрооборудования; максимальный пусковой момент и АД можно включать под нагрузкой.

Недостатком схемы пуска является максимальный пусковой ток.

2. Реакторный пуск. Схема реакторного пуска приведена на рис.5.8,б. В схему входят реактор х_Р (катушка индуктивности) и два контактора - К1 и К2. Сначала замыкается контактор К1 и АД получает питание из сети с напряжением U_C через реактор х_Р. На реакторе протекающим током I₁ образуется падение напряжения ΔU₁, и на АД подводится пониженное напряжение U₁. По завершении разгона, когда ток I₁ снижается в (5...7) раз, замыкают контактор К2, и АД оказывается подключенным к сети непосредственно на напряжение U_С.

Рисунок 5.8 – Схемы пуска АД: прямой (а), реакторный (б), автотрансформаторный (в) и переключением схемы обмоток статора (г)

Достоинства схемы пуска: снижается пусковой ток в (U_C/U₁) раз; незначительное удорожание схемы пуска.

Недостатком схемы пуска является значительное снижение пускового момента пропорционального (U_C/U₁)² из-за чего пуск нагруженного АД невозможен.

3. Автотрансформаторный пуска. Схема автотрансформаторного пуска приведена на рис.5.8, в. В схему входят автотрансформатор АТ и контактор К1. После замыкания контактора К1 автотрансформатор получает питание от сети, а с отвода его обмотки питается АД. АТ работает как понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации k_АТР>1. Напряжение U₁ на АД пониженное в k_АТР раз в сравнении с сетевым U_С. Ток I₁ АД и, следовательно, и пусковой ток I_П уменьшается в k_АТР раз пропорционально снижению U₁. Пусковой момент, как пропорциональный , понижается в раз. Токи I₁ и I_С связаны между собой также коэффициентом трансформации I_С=I₁/k_АТР, и так как ток I₁ уже понизился в k_АТР раз, то сетевой ток I_С понизился в раз. Итак, при автотрансформаторном пуске АД и пусковой ток, и пусковой момент понижаются в одинаковое число раз – в раз.

Достоинством схемы пуска является меньшее в сравнении с предыдущими схемами пуска АД снижение пускового момента АД.

Недостатком схемы пуска является значительное ее удорожание из-за большой стоимости автотрансформатора.

4. Пуск с переключением схемы соединения обмоток статора. Схема пуска приведена на рис.5.8, г. В схему входят два контактора - К1 и К2. Рабочей схемой включения обмоток АД является треугольник. На время пуска обмотки АД соединяются в звезду. При соединении в треугольник фазные напряжения U_Ф равны линейному сетевому U_С. Фазные и линейные токи равны. При соединении в звезду фазные напряжения U_Ф в раз меньше линейного сетевого U_С. Фазные и линейные токи совпадают.

Отношения фазных напряжений и сетевых токов равны

(5.13)

Так как фазные напряжения на обмотках статора АД уменьшились в раз, то пусковой момент М_П уменьшился в 3 раза. Токи, потребляемые схемой включения АД в звезду, также уменьшились в 3 раза.

По эффективности данный способ пуска сопоставим со схемой автотрансформаторного пуска, но намного дешевле. Естественно, при трехкратном уменьшении пускового момента АД можно включать в работу только полностью разгруженным.

5. Частотный пуск АД. Схема частотного пуска применяется в тех случаях, когда источником питания для АД является не сеть, а преобразователь частоты ПЧ. С помощью ПЧ можно постепенно и плавно при пуске повышать и напряжение, и частоту, что обеспечит малый ток статора АД за счет пониженного напряжения и одновременно большой момент (в идеале равный критическому М_к) за счет пониженной частоты напряжения.