§ 9.10. Пуск асинхронных двигателей

Пусковой режим асинхронных двигателей характеризуется двумя величинами: кратностью пускового момента M_пуск/M_H и кратностью пускового тока I_пуск/I_H Кратность пускового тока должна быть наи­меньшей, кратность пускового момента — наибольшей. У совре­менных двигателей с короткозамкнутым ротором кратность пуско­вого момента составляет 0,7—1,5, а кратность пускового тока 4—7,5.

При пуске двигатель должен развивать вращающий момент, способный преодолеть противодействующий момент на его ва­лу.

Большое значение для условий пуска двигателей имеет крат­ность пускового тока. В начальный момент пуска двигателя отно­сительная скорость магнитного потока, пересекающего обмотку неподвижного ротора, имеет наибольшую величину, так как сколь­жение s=l. Наводимая в обмотке ротора э. д. с. Е_г будет иметь величину, во много раз превышающую номинальное ее значение при работе двигателя (E_2S= E_2S). Соответственно и ток, создаваемый этой э. д. с. в роторе, будет превосходить в несколько раз рабочий ток ротора I₂. Для уравновешивания этого тока и создаваемой им м. д. с. в первичной цепи обмотки статора появится дополнительная слагающая тока. При этом пусковой ток в обмотке статора значи­тельно превысит номинальный ток.

Так как период пуска не превышает нескольких секунд, то для сохранности самого двигателя пусковые токи статора и ротора не­опасны: нагрев их обмоток не успеет достичь опасных пределов. Однако большой пусковой ток в первичной цепи может вызвать резкое падение напряжения в питающей сети, особенно если она небольшой мощности.

В большинстве случаев пуск асинхронных двигателей осуще­ствляется непосредственно включением их в сеть. Лишь в тех случаях, когда пуск двигателей сопровождается значительным паде­нием напряжения в сети, применяют специальные способы пуска двигателей.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором и двигателей с контактными кольцами применяют различные схемы пуска.

С целью ограничения пускового тока пуск асинхронных дви­гателей с короткозамкнутым ротором иногда производят при по­ниженном напряжении. Понижение напряжения может осущест­вляться путем включения на период пуска последовательно с об­моткой статора двигателя пусковых сопротивлений при помощи автотрансформатора и переключением обмотки статора со звезды на треугольник.

Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором с последователь­ным включением пусковых сопротивлений связан со значительными потерями мощности в сопротивлениях. При значительных мощнос­тях двигателей реостаты получаются громоздкими. Поэтому этот способ пуска двигателей получил ограниченное применение (лишь для пуска двигателей малой мощности).

При пуске двигателей с короткозамкнутым ротором посредством автотрансформатора (рис. 9.15) включается рубильник 1 при разом­кнутом рубильнике 2, и к двигателю вначале подается пониженное напряжение. По мере увеличения скорости двигателя напряжение постепенно доводят до номинальной величины, после чего замыкает­ся рубильник 2, и двигатель включается непосредственно в сеть, а рубильник 1 выключается.

Если автотрансформатор имеет коэффициент трансформации k_a, то первичные и вторичные напряжения и токи автотрансформатора будут равны:

В соответствии с коэффициентом трансформации k_a автотранс­форматора ток I₂', подводимый к двигателю, будет меньше тока при непосредственном включении двигателя в сеть в к_a раз, так

как напряжение U₂ меньше напряжения U₁ в k_а раз. Отсюда можно написать, что

рис9.15 Схема автотрансформаторного

пуска асинхронного двигателя рис9.16 Схема пуска асинхронного двигателя

переключением обмотки статора со звезды на

треугольник.

При пуске посредством автотрансформатора ток, подводимый к двигателю из сети, уменьшается в раз, пусковой момент дви­гателя уменьшается в раз.

Пуск двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 9.16) возможен лишь в том случае, если обмотка статора двигателя при работе соединена в треугольник.

Как известно, фазные и линейные напряжения и токи при соеди­нения обмоток в звезду связаны между собой отношениями

а при соединении в треугольник — отношениями

Из отношения токов получим

Таким образом, при соединении обмоток в звезду линейный ток в три раза меньше линейного тока при их соединении в треугольник. Точно так же и пусковой вращающийся момент при соединении обмоток в звезду будет меньше пускового вращающегося момента при их соединении в треугольник в три раза.

Рис. 9.17. Пуск асинхронного двигателя с контактными кольцами

В тех случаях, когда необходимо сохранить при пуске большой пусковой вращающий момент, а также при большой частоте пусков и остановок двигателя применяют асинхронные двигатели с кон­тактными кольцами. Их пуск осуществляют при помощи пусково­го реостата, включенного последовательно с обмоткой ротора (рис. 9.17). Этим достигается увеличение активного сопротивления цепи ротора, что приводит, с одной стороны, к уменьшению пуско­вого тока до 1,5—2,5-кратной величины, а с другой стороны — кувеличению активной составляющей тока ротора , а сле­довательно, и к увеличению вращающего момента.

Процесс пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами показан на диаграмме, приведенной на рис. 9.18. На диаграмме даны четыре кривые зависимости пускового момента от скольжения, которые соответствуют четырем фиксированным положениям пус­кового реостата.

В начальный момент пуска, когда пусковой реостат введен & цепь ротора двигателя полностью, начальный пусковой момент будет

Рис. 9.18. Диаграмма изменения вра­щающего момента в период пуска асинхронного двигателя с контакт­ными кольцами

равен M_{ПУСК.МАКС} По мере увеличения скорости двигателя пусковой момент будет изме­няться по кривой 4 до тех пор, пока не достигнет зна­чения М_{ПУСК.МИН.} При выклю­чении первой секции пус­кового реостата момент вновь возрастает до начальной ве­личины М_{ПУСК.МАКС} и по мере сильнейшего увеличения ско­рости вращения ротора бу­дет изменяться уже по кри­вой 3.

Когда будет выключена вторая секция пускового реостата, момент опять возрастает и станет изменяться по кривой 2. Наконец, при полностью выведенном из цепи ротора реостата, после нового его увеличения до максимальной величины, соот ветствующей режиму пуска,, будет меняться по кривой 1 до тех пор, пока он не уравняется с моментом нагрузки. После этого величина скольжения и число оборотов установятся постоянными.