1. Знакомство со стендом. Исследование методов пуска асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока

Цель работы: ознакомиться с лабораторным стендом, получить практические навыки пуска электрических двигателей и проанализировать значения максимальных пусковых токов при различных методах пуска.

1.1. Основные теоретические положения

1.1.1. Пусковые свойства асинхронного двигателя (ад)

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом, обусловленным переходом ротора и механически связанных с ним частей исполнительного механизма из состояния покоя в состояние равномерного вращения, когда вращающий момент двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов, действующих на ротор двигателя.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока и момента. Двигатель, обладающий хорошими пусковыми свойствами, развивает значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Пусковые свойства двигателей также оцениваются следующими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой операции, экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и потери энергии в ней).

Целесообразность применения того или иного способа для улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации.

1.1.2. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Пуск непосредственным включением в сеть. Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный недостаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке статора возникает большой пусковой ток, в пять – семь раз превышающий номинальный ток двигателя. При значительной мощности двигателя такой ток может привести к заметному падению напряжения сети и срабатыванию аппаратов защиты. При небольшой механической инерционности привода частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей мощностью до 50 кВт и более.

Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток асинхронного двигателя прямо пропорционален подведенному напряжению. При необходимости уменьшения пускового тока двигателя применяют понижение напряжения, подаваемого на обмотку статора. При этом следует учитывать, что пусковой момент пропорционален квадрату напряжения, и, следовательно, будет снижаться в большей степени, чем пусковой ток. Для уменьшения подводимого напряжения к двигателю существует несколько способов.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора «треугольником», можно применить следующий метод снижения напряжения, позволяющий осуществить пуск в два этапа. В начальный момент пуска обмотку статора соединяют в схему «звезда». При этом напряжение, приложенное к фазе обмотки статора, и первый бросок тока в ней понижается в √3 раз. Далее после достижения ротором частоты вращения близкой к установившейся, переключают схему соединения обмотки статора на «треугольник» и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением. Возникающий при этом второй бросок тока оказывается незначительным.

Другой способ снижения напряжения предполагает подключение на первом этапе последовательно с обмоткой статора дополнительного индуктивного сопротивления. При этом напряжение, подведенное к обмотке статора, оказывается меньше напряжения питающей сети на величину падения напряжения на подключенном сопротивлении. На втором этапе дополнительное сопротивление шунтируется (выводится из электрической цепи).

Также для снижения напряжения используется автотрансформаторный пуск, осуществляемый в три этапа. На первом этапе напряжение на обмотку статора подается со вторичной обмотки автотрансформатора. На втором этапе размыкают общую точку в схеме «звезда», в которую собраны обмотки автотрансформатора. На третьем этапе автотрансформатор шунтируется. При этом на каждом этапе напряжение, подаваемое на обмотку статора и ток в ней, скачкообразно увеличиваются.

Увеличение этапов (ступеней) пуска приводит к уменьшению бросков тока на каждом этапе.

В условиях лаборатории зачастую для снижения напряжения при пуске асинхронного двигателя можно применить лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий осуществить плавное увеличение питающего напряжения без бросков тока.

Плавный пуск асинхронного двигателя можно также осуществить путем плавного повышения частоты питающего напряжения с помощью статического преобразователя частоты. В процессе пуска плавно увеличивается скорость вращения магнитного поля и, следовательно, ротора. При этом современные преобразователи частоты позволяют одновременно с частотой питающего напряжения регулировать его действующее значение, а значит и пусковой момент.