21-26

При пуске АД существенны следующие факторы:

Пусковой электромагнитный момент АД mn при S=1 и U U1 нужно

иметь достаточно большим, чтобы преодолеть статический момент сопротивления на валу.

Значение пускового тока должно быть таким, чтобы не было значительного снижения напряжения на шинах, не нарушалась работа остальных приемниках, и не было при этом перегрева АД (при частых пусках и при разгоне с большими маховыми массами). Главное mП,IП,ТП и потери

энергии при пусках Схема пуска должна быть простой с минимальной стоимостью

пусковых устройств.

Как правило, применяются АД с к.з. ротором (дешевле, надежнее, проще по устройству и обслуживанию)

1).Пуск в ход АД с к.з. ротором. Прямое включение в сеть:

Это самый простой способ. Обмотка статора включается на номинальное напряжение. Кратность пускового тока достигает KПі (4 7)

.

Возможность применения прямого пуска АД в сеть определяется на основе оценки величины снижения напряжения в сети при пуске. Этот пуск возможен, если сеть достаточно мощна и пусковые токи не вызывают недопустимого напряжения в сети (не более 12-15%). Обычно сети достаточно мощные и поэтому возможен прямой пуск. В тех случаях, если падение напряжения при прямом пуске значительно, применяются способы при пониженном напряжении. Но при этом пропорционально снижается пусковой момент. При пуске АД на х.х. в активном сопротивлении его вторичной цепи выделяется тепловая энергия, равная кинетической энергии приводимых во вращение маховых масс, а при пуске под нагрузкой количество выделяемой энергии существенно увеличивается. Выделение энергии в первичной цепи несколько больше чем во вторичной. При частых пусках, а также при весьма тяжелых условиях пуска, когда маховые массы, приводимых в движение механизмов велики, возникает опасность перегрева обмоток двигателя. Число пусков АД в час, допустимое по условиям нагрева тем больше, чем меньше номинальная мощность двигателя и чем меньше маховый момент механизма.

2).Реакторный пускдля ограничения пускового тока может быть использован реактор, включаемый между сетью и обмоткой двигателя.

Первоначально пуск производится при включенном В. АД получает питание через реактор ( XP ограничивает величину пускового тока). При

достижении нормальной скорости вращения включают ШВ2 шунтирующий реактор Р, после чего на АД подается нормальное напряжение.

При прямом пуске начальный пусковой ток равен:

активное и индуктивное сопротивление к.з. двигателя.

При реакторном пуске, если rр 0

где ХР - индуктивное сопротивление

реактора При реакторном пуске начальный пусковой ток уменьшается:

тока двигателя.

Во столько же раз уменьшается также напряжение на зажимах двигателя в начальный момент пуска. Начальный пусковой момент при реакторном пуске mПР - снижается по сравнению с моментом при прямом

Этот пуск возможен, если тормозной момент при пуске невелик. 3).Автотрансформаторный пуск

При пуске включаются выключатели В и В1, а ШВотключен.

В конце пуска размыкается В1 (АТ становится реактивной катушкой), а затем включается ШВ. Пусковые АТ рассчитываются на кратковременную работу.

Эта схема с АТ сложнее, дороже и менее надежней, чем схема реакторного пуска. Поэтому чаще используется реакторный пуск.

U1 UC;IПС - напряжение и пусковой ток сети. UПД,IПД - напряжение и пусковой ток двигателя; К А - коэффициент трансформации АТ.

ZЭК - полное сопротивление фазы двигателя при пуске.

где IK - ток к.з. двигателя при номинальном напряжении IK IПП . Таким образом пусковой ток в сети уменьшается в К2А по сравнению с

пусковым током при прямом включении двигателя в сеть.

Но mП UПД ;UПД U1 KA

Значит пусковой момент mП уменьшается в КА 2 раз по сравнению с

моментом при прямом включении.

Данный способ, как и предидущий возможен тогда,когда тормозной момент на пуске невелик.

Пуск в ход посредством переключения обмотки статора со звезды в треугольник.

Когда в нормальном режиме фазные обмотки в треугольнике, то уменьшение токов при пуске, достигается включениями фазных обмоток статора в звезду, на период пуска с последующим их переключениями в треугольник для нормальной работы.

При соединении в звезду, ток, потребляемый АД из сети

При пуске АД с обмоткой статора соединенной в треугольник:

обмоткой, соединенные Y из сети потребляется ток в 3 раза меньше, чем при пуске с .

Но при этом и пусковой момент снижается в 3 раза, так как

Недостаток – при пусковых переключениях цепь двигателя разрывается, что связано с возникновением коммутационных перенапряжений.

Пуск в ход АД с фазным ротором. АД с фазным ротором применяется:

если АД с к.з. ротором нельзя применить по условиям регулирования скорости вращения

в случае, если статический момент сопротивления на валу mСТ

достаточно велик и поэтому АД с к.з. ротором с пуском при пониженном напряжении , а прямой пуск не возможен по условиям воздействия больших пусковых токов на сеть

если приводимые в движение маховые масс достаточно велики и выделяемая в роторной цепи АД тепловая энергия вызывает значительный перегрев обмотки ротора в виде беличьей клетки.

Пуск ДФР – с помощью пускового реостата в цепи ротора. Реостат по условиям нагрева рассчитывается на кратковременную работу. Металлические реостаты для охлаждения помещаются в бак с трансформаторным маслом. Они ступенчатые, переключаемые с одной

ступени на вторую, либо вручную (рукоятки), либо автоматически с помощью с помощью контакторов.

Жидкостный реостат – сосуд с электролитом, в который опущены электроды. Сопротивление реостата регулируется путем изменения глубины погружения электродов.

4)Пуск двигателя с фазным ротором Увеличение активного сопротивления ротора АД не изменяет по

величине mmax , а смещает его на механическую характеристику mЭМ f(S) в сторону больших скольжений. Поэтому, если желательно иметь mП mmax , то нужно, чтобы SКР соответствующего mmax равнялось 1.

Необходимая величина всего пускового сопротивления определяется

из :

Механическая характеристика АД с ФР при отсутствии внешних сопротивлений в цепи машины – естественная механическая характеристика.

При пуске все щетки должны быть опущены на контактные кольца ротора, а все ступени реостата включены. В процессе пуска поочередно включаются контакторы К1, К2, К3. Можно выбрать интервалы времени переключения ступеней и сопротивления ступеней пускового реостата, так что момент АД при пуске m меняется от mmax до mmin . При включении в сеть mП mmax mC

На первом этапе АД работает характеристике № 1 , ротор движется с уменьшением скольжения и при S = S2 и m mмин происходит

переключение реостата на вторую ступень. При работе АД на характеристике 2 и дальнейшем разбеге АД S уменьшается от S S1 до S S2 , а момент

от m mmax до m mmin . Потом производится переключение на первую

ступень.

Далее, после отключения последней ступени реостата АД переходит на работу по естественной характеристике 0.

Если у АД есть короткозамыкающий механизм, после окончания пуска щетки с его помощью поднимаются с контактных колец и кольца замыкаются накоротко, а реостат возвращается в пусковое положение , т.е. пусковая аппаратура приводится в готовность к следующему пуску.

5)Ступенчатый пуск асинхронного двигателя Ступенчатый пуск двухскоростных и многоскоростных двигателей

осуществляется так, чтобы вначале получить наибольшее число полюсов. Потом по достижении двигателем установившейся угловой скорости,

которая соответствует этому числу полюсов, его обмотки переключаются на меньшее число полюсов.

Двигатель при этом вновь ускоряется, разгоняясь до большей угловой скорости.

На рис. показана механическая характеристика двухскоростного АД. В начале Д соответственно характеристике, отвечающей числу пар

полюсов 2р разгоняется до угловой скорости 1(S1) при моменте сопротивления mC . После этого происходит переключение на число пар полюсов р с начальным моментом m1 двигатель разгоняется до угловой скорости 2 (S2 ).

Кривая изменения скольжения S(t) при ступенчатом пуске может быть

Расчет кривой скольжения S(t) для второй ступени производится по той же формуле.

С начальным скольжением 0,5 и конечным 0,05 , Tj Tj2 J C2 mН2

SКР SКР2

Полное время пуска при ступенчатом пуске: tПС tП1 tП2

Полное время пуска равно сумме времен разгона на первой и второй ступенях. Для данного рассматриваемого случая время ступенчатого пуска окажется меньше чем время разгона в одну ступень до этой же угловой скорости. Аналогично строят кривую S ( ) (t) при другом числе полюсов.

Пуск синхронных двигателей.

Основной способ синхронизации СД – асинхронный пуск. Асинхронный пуск СД происходит под влиянием полного электромагнитного момента равного сумме моментов асинхронных режимов (без if ) и моментов, обусловленных возбуждением конструкции.

Современные СД приспособлены к асинхронному пуску.

Во всех практических случаях процесс пуска СД разбивается на два этапа: на первом этапе СД разгоняется до подсинхронной скорости в основном под действием среднего асинхронного момента, возникающего после включения СД в сеть. Подсинхронная частота вращения составляющей примерно S=0,05 и менее.

Второй этап – синхронизация СД под действием момента, обусловленного возбуждением и реактивного момента ( Xd Xq ). Для

улучшения пусковых характеристик СД на роторе кроме ОВ размещают пусковую обмотку ( демпферная обмотка). Активное сопротивление чтобы пусковой момент mП при S=1 должно быть достаточно большим. При S=1

частота токов в двигателе большая, следовательно, вытеснение и rП обмотки большое и mПСД большой, СД может пускаться при полном напряжении сети и пониженном через дополнительное устройство (реактор или АТ).

Пониженное напряжение при больших пусковых токах СД при S=1 (

IП 4 6 )

На первой стадии пуска ОВ СД замыкается либо на част. сопротивление, равное RrАА (10 12) rf либо наглухо к возбудителю.

Оставлять ОВ разомкнутой в процессе пуска нельзя, т.к. при S=1 на ОВ появляются значительные Э.Д.С., что может привести к пробою изоляции. При пуске контакты 1 разомкнуты, а 8 замкнуты. В конце асинхронного пуска при S=0,05 срабатывает частотное реле и включает контактор цепи возбуждения. Контакты 1 при этом замыкаются, а 2 разомкнуты и на ОВ подается возбуждение.

Во всех случаях при вращении ротора СД со скольжением относительно поля статора в ОВ наводится Э.Д.С. частоты скольжения равно f1 S f2 .

По замкнутой ОВ протекает ток I, частоты f1S1 создавая пульсирующее

поле той же частоты. Это неподвижное относительно ОВ поле может быть разложено на два поля: одно вращается в сторону ротора, другое – против вращения ротора.

Первое поле имеет относительно статора скорость:

nПР n (n n1) n1, т.е. вращается синхронно с полем статора. Второе поле имеет относительно обмотки статора скорость:

nОБ n (n1 n) 2n n1 2n1(1 S) n1 n1(1 2S)

S n1 n n1

Это поле создает в статорной обмотке ток, который имеет частоту: fОБ pnОБ pn1(1 2S) f1(1 2S)

Причем при S 0,5 fОБ 0

Прямое поле движется относительно ротора в сторону вращения и взаимодействуя с полем статора, обусловленным токами частоты f1 образует

индуктивное сопротивление ОВ при S 0,5 велико и токи в ней уменьшаются.

На рисунке представлены ma (S),mад(S),ma (S) . Без пусковой

обмотки даже при пуске без нагрузки СД не смог бы скорость большую, чем половина синхронной.

На рис. а) кривые для случая наличия ПО и замыкании ОВ накоротко, при большом статическом тормозящем моменте на валу mСТ , СД не может

развивать скорость большую, чем половину синхронной скорости.

Но разомкнуть ОВ нельзя – большие Э.Д.С. Поэтому при пуске СД со значительными нагрузками (mCT 0,35mн ) - замыкают на время пуска на

добавочное сопротивление.

Если в цепи ОВ добавочное сопротивление, то уменьшается i и уменьшается влияние момента ОВ (Rдоб 10rf ). На рис. б) кривые для этого

случая. Момент ma (S) на участке n n1 выше момента сопротивления на

2

валу mСТ и СД может благополучно разгонятся до скорости близкой к

синхронной.

Пуск СД с глухоподключенным возбудителем является простым. Однако включение ОВ на малое сопротивление якоря возбудителя увеличивает провал в асинхронной характеристике, а преждевременное возбуждение СД ( самовозбуждается при n (60 70)nНОМ ) приводит к

уменьшению среднего электромагнитного момента, т.к. от взаимодействия М.П. возбуждается и вызванная им в статоре тока частота f1(1 S) возникает

электромагнитный момент тормозного характера mаКЗ ( момент

короткозамкнутой обмотки статора). Зависимость такая же, как у нормальной асинхронной машины.

Реактивный момент не оказывает существенного влияния на процесс разгона, возникают лишь дополнительные колебания момента СД относительно среднего значения.

При подсинхронной скорости ОВ СД подключают к возбудителю (при пуске СД с подключенным возбудителем СД возбужден при большом скольжении) и происходит процесс синхронизации.

Основную роль на этом этапе пуска играет синхронный момент. Так как существует скольжение, то изменяется непрерывно и mC ( ) носит

знакопеременный характер. При 0 синхронный момент направлен в сторону вращения ротора и вместе с ma (S) вызывает уменьшение S ротора.

Если S становится достаточно малым, то в очередной период ускоряющего действия mC ротор достигает синхронной скорости вращения и после

нескольких колебаний входит в синхронизм.

В случаях, если момент сопротивления машины мал, СД может втянуться в синхронизм лишь под действием реактивного момента.