3.2.3. Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

Исходя из изложенного, для пуска асинхронного двигателя с фазным ротором нужно принять меры для увеличения пускового момента и снижения пусковых токов. С этой целью в цепь ротора включают добавочное активное сопротивление. Как следует из формул (3.22, 3.24), введение добавочного активного сопротивления не изменяет максимального момента двигателя, а лишь изменяет величину критического скольжения

, (3.30)

где: - приведенное к статору добавочное сопротивление в цепи ротора.

Введение добавочного активного сопротивления увеличивает полное сопротивление роторной цепи, в результате чего уменьшается пусковой ток и увеличивается роторной цепи, вследствие чего увеличивается активная составляющая тока ротора и, следовательно, пусковой момент двигателя.

Обычно в роторную цепь двигателя с фазным ротором вводят секционированное сопротивление, ступени которого перемыкаются пусковыми контакторами. Расчет реостатных пусковых характеристик можно производить по формуле (3.28), используя значение s_к, соответствующее величине R_2доб для каждой ступени пускового сопротивления. Схема включения дополнительных сопротивлений и соответствующие реостатные механические характеристики двигателя показаны на рис.3.8. Механические характеристики имеют общую точку идеального холостого хода, равную скорости вращения электромагнитного поля статора , а жесткость рабочей части характеристик уменьшается по мере возрастания суммарного активного сопротивления роторной цепи.

При пуске двигателя сначала вводится полное добавочное сопротивление R_1доб. По достижении скорости, при которой момент двигателя М_II становится близким к моменту сопротивления М_с, часть пускового сопротивления шунтируется контактором К₁, и двигатель переходит на характеристику, соответствующую величине добавочного сопротивления R_2доб. При этом момент двигателя увеличивается до значения М_I. По мере дальнейшего разгона двигателя контактором К₂ закорачивается вторая ступень пускового сопротивления. После замыкания контактов контактора К₃ двигатель переходит на естественную характеристику и будет работать со скоростью, соответствующей точке 1.

Величины добавочных сопротивлений легко определить графически. Проведем линию номинального момента двигателя и отметим точки пересечения этой линии с механическими характеристиками. Тогда отрезки, заключенные между точками, будут пропорциональны величинам сопротивления ступеней.

Полное добавочное сопротивление .

Первая ступень сопротивления .

Вторая ступень сопротивления .

Третья ступень сопротивления .

Отрезок аб пропорционален сопротивлению обмотки фазы ротора .

В приведенных соотношениях R_2н – номинальное сопротивление ротора, которое определяется по формуле:

,

где: Е_2н.лин - линейная э.д.с. ротора при s=1;

I_2н - номинальный ток ротора.

Пример 3.1. Рассчитать естественную механическую характеристику асинхронного двигателя с фазным ротором типа МТН611-6 краново-металлургической серии и построить пусковые характеристики при реостатном пуске в 3 ступени. Определить величины пусковых сопротивлений.

Основные данные двигателя:

Номинальная мощность при работе в длительном режиме - 75 кВт, номинальная скорость вращения n_ном=950 об/мин, напряжение статора U₁=380 В, номинальное напряжение на кольцах ротора Е_2н.лин=270 В, максимальный момент двигателя М_к=2610 Нм, номинальный ток ротора I_2н=108 А. Момент сопротивления на валу двигателя при пуске принять равным номинальному моменту двигателя.

Номинальный момент двигателя

Нм,

где: 1/с.

Перегрузочная способность двигателя

.

Номинальное скольжение

.

Критическое скольжение на естественной характеристике

.

Расчет естественной характеристики производим по формуле

.

s	1	0,8	0,6	0,4	0,33	0,2	0,1	0,05
	3,0	2,42	1,81	1,21	1	0,6	0,3	0,15
	0,33	0,41	0,55	0,82	1	1,65	3,3	6,6
	2,07	2,44	2,93	3,4	3,46	3,21	1,92	1,0

Построенная по расчетным данным естественная механическая характеристика представлена на рис.3.9.

Для расчета пусковых характеристик нужно задаться значениями момента М_II, при котором происходит переключение ступеней пускового реостата М_II=1,2М_н о.е. Пусковые значения момента М_I (см. рис. 3.9) находятся по формуле ,

где:

здесь m – число ступеней

М_I=2·1,2=2,4 о.е. М_I<М_к.

Построение пусковых механических характеристик произведем, полагая, что при моментах от 0 до М_I=2,4 о.е., т.е. на рабочем участке характеристик, они носят прямолинейный характер. Первую пусковую характеристику, соответствующую полностью включенному в цепь ротора пусковому сопротивлению строим, соединяя точки с координатами (s=0, М=0) и (s=1, М=М_I). На этой характеристике двигатель разгоняется до скорости (скольжения), соответствующей точке пересечения первой пусковой характеристики с линией переключающего момента М_II. После чего часть пускового сопротивления закорачивается контактором К₁ (см. рис.3.8), и двигатель переходит на работку на второй пусковой характеристике. Соединяя найденную точку на линии пиковых моментов М_I с точкой холостого хода, построим вторую пусковую характеристику. Аналогично найдем третью пусковую характеристику.

Выше было показано, как определить пусковые сопротивления графическим путем. Можно величины ступеней пускового сопротивления определять аналитически, что было использовано при решении данной задачи.

Для расчета ступеней пускового сопротивления найдем номинальное сопротивление ротора

Ом.

Сопротивление третьей ступени

Ом.

Сопротивление второй ступени

Ом.

Сопротивление первой ступени

Ом.

Полное добавочное сопротивление

R_1доб=0,288+0,144+0,072=0,504 Ом.