§ 8.9. Пуск асинхронного двигателя

Предположим, что линейное напряжение сети 220В, а в паспорте двигателя указано напряжение 220/380 В. При этих условиях обмотки нужно соединить треугольником, чтобы напряжение на них соответствовало расчетному.

На практике при пуске асинхронного двигателя для ограничения пусковых токов его обмотки кратковременно соединяют звездой. Переключение с треугольника на звезду и обратно осуществляют специальным переключателем. Такое переключение не производят, если рассматриваемый двигатель включают в сеть с линейным напряжением 380 В. В этом случае его обмотки и при пуске, и при номинальном режиме работы должны быть соединены звездой.

Как было отмечено, пусковой момент асинхронного двигателя невелик, поэтому пуск обычно производят при отключенной нагрузке.

Под действием пускового момента ротор начинает раскручиваться, скольжение уменьшается, вращающий момент возрастает (см. рис. 8.13), процесс, соответствующий неустойчивому режиму работы (участок от 1 до sopt), быстро заканчивается и переходит на участок характеристики, соответствующий устойчивому режиму. Здесь увеличению частоты вращения ротора соответствует уменьшение вращающего момента, поэтому рост частоты быстро прекращается. Ротор устойчиво вращается с частотой, несколько меньшей частоты вращения поля. Теперь с помощью фрикционной муфты можно включить нагрузку. Момент нагрузки не должен превышать максимальный момент.

Если по условиям эксплуатации двигатель должен запускаться при включенной нагрузке, то его следует рассчитать так, чтобы пусковой момент превышал момент нагрузки при номинальном режиме.

В предыдущем параграфе было показано, что, изменяя активное сопротивление обмотки ротора, можно менять форму зависимости М(s) и значение пускового момента. В частности, сопротивление R2 можно подобрать таким, что максимум вращающего момента будет соответствовать s=l, т. е. пусковой момент будет равен максимальному моменту асинхронного двигателя.

У двигателей с фазным ротором пусковой момент увеличивают с помощью пускового реостата, включаемого в цепь обмотки ротора в период запуска (рис. 8.16), у двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора — за счет перераспределения плотности тока в стержнях обмотки при пусковом и номинальном режимах работы.

Рис. 8.16. Схема включения пускового реостата

На практике применяют два типа двигателей с искусственно увеличенным пусковым моментом. Первый тип — двигатели с двойной «беличьей клеткой» ротора - рассчитывают обычно на большие мощности. Второй тип — двигатели с глубоким пазом ротора — получили наибольшее распространение. Стержни короткозамкнутой обмотки таких двигателей имеют вид узких пластин, глубоко врезанных в ротор. Короткозамкнутые двигатели небольшой мощности с увеличенным пусковым моментом включают в сеть непосредственно (без пусковых реостатов и переключателей).

На рис. 8.17 показано расположение перемычек на колодке асинхронного двигателя.

Рис. 8.17 Расположение перемычек на

клеммовой колодке асинхронного двигателя при соединении обмоток статора звездой (а) и треугольником (б)

Карточка № 8.9 (309). Пуск асинхронного двигателя

§8.10. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Современные асинхронные двигатели не имеют простых и экономичных устройств для плавного регулирования частоты вращения ротора. Этот существенный недостаток ограничивает

область их применения и позволяет двигателям постоянного тока во многих случаях успешно конкурировать с асинхронными двигателями.

Из выведенной формулы частоты вращения асинхронного двигателя видно, что частоту n2 можно регулировать изменяя скольжение s, число пар полюсов р или частоту питающего напряжения f.

Плавное регулирование частоты вращения двигателя за счет изменения скольжения возможно только в двигателях с фазным ротором. На рис. 8.15 видно, что скольжение при неизменном моменте нагрузки зависит от активного сопротивления обмотки ротора. Поэтому в цепь этой обмотки с помощью контактных колец и щеток включают регулировочный реостат, которым плавно изменяют сопротивление обмотки, скольжение и частоту вращения двигателя. Этот способ связан с большими тепловыми потерями. При s=0,5 половина энергии, передаваемой в ротор вращающимся магнитным полем, расходуется на нагрев ротора и регулировочного

реостата. Кроме того, наличие колец и щеток усложняет эксплуатацию машины и резко снижает ее надежность.

Скольжение, а следовательно, и частоту вращения двигателя в небольших пределах можно регулировать изменением напряжения, подводимого к двигателю.

Ступенчатое регулирование частоты вращения можно осуществлять изменением числа пар полюсов статора двигателя за счет переключения секций его обмотки. Однако этот экономичный и сравнительно простой способ не позволяет регулировать частоту вращения двигателя плавно. Промышленность выпускает двигатели, частоту вращения которых можно регулировать ступенями в 2, 3 и 4 раза.

Частоту вращения двигателя можно регулировать также изменением частоты питающего тока, но этот способ практически не применяют ввиду отсутствия простых и экономичных устройств для регулирования частоты тока в мощных электрических цепях. Частота тока определяется частотой вращения ротора генератора, которую при параллельной работе генераторов необходимо поддерживать строго постоянной. Таким образом, в данном случае необходим отдельный генератор для каждого двигателя, что нецелесообразно.

Рис. 8.18. Схема реверсирования асинхронного двигателя: 1 — ротор; 2 — обмотка статора

Разработка и промышленное освоение мощных управляемых полупроводниковых диодов позволяет создать статические устройства с выходным напряжением, частоту которого можно регулировать. Эти простые, экономичные и надежные преобразователи частоты для

регулирования частоты вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей значительно упрощают при-

вод различных механизмов: отпадает необходимость в редукторах, коробках скоростей, трансмиссиях.

В некоторых случаях возникает необходимость регулирования не только частоты, но и направления вращения двигателя. Изменение направления вращения ротора двигателя называют реверсированием.

Для реверсирования двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора. При рассмотрении вращающегося магнитного поля было установлено, что направление его вращения определяется порядком чередования фаз. Поэтому для реверсирования двигателя достаточно поменять местами две любые фазы на клеммовой колодке двигателя.

Если реверсирование приходится применять часто, то собирают схему со специальным переключателем (рис. 8.18).