10 Пуск асинхронных двигателей

Для пуска двигателя его обмотку статора подключают к трехфазной сети с помощью выключателя. Схема включения двигателя изображена на рис. 10.20, а. После включения выключателя происходит разгон двигателя. При этом момент, развиваемый двигателем, М и ток в его обмотке статора I изменяются в соответствии с графиками, изображенными на рис. 10.20, б. Двигатель разгоняется до установившейся частоты вращения, при которой момент, развиваемый двигателем, равен моменту сил сопротивления на его валу.В условиях нормальной работы момент на валу двигателя может изменяться в довольно широких пределах, однако, если момент окажется больше Мmax, двигатель остановится. Обычно считают, что допустимые изменения находятся в пределах от М = 0 до М = (0,8 ÷ 0,9) Мmax . Естественно, имеется в виду работа в зоне характеристики, где s < sкр.Однако следует заметить, что длительная работа двигателя допустима при моментах на его валу, не превышающих номинального значения.Если оказалось, что двигатель вращается не в требуемом направлении, то для изменения направления вращения ротора необходимо изменить порядок подсоединения обмотки статора к сети: начало обмотки С1 (рис. 10.20, а) соединить с линейным проводом В, начало обмотки С2 — с проводом А, начало обмотки С3 оставить соединенным с проводом С. При этом изменится порядок чередования фаз, что приведет к изменению направления вращения магнитного поля статора и, следовательно, ротора.К недостаткам такого пуска относятся: 1) относительно малый пусковой момент: Мп = (1,2 ÷ 1,6) Мном ; 2) относительно большой пусковой ток: Iп= (5 ÷ 7)Iном .Из-за первого недостатка иногда приходится выбирать двигатель большей мощности, чем это требуется по условиям работы при установившемся режиме, что экономически нецелесообразно. Действительно, если график момента сил сопротивления на валу Мс имеет вид, изображенный на рис. 10.20, б пунктирной линией, то после включения двигателя его ротор останется неподвижным, так как Mc,п > Мп , хотя Мmax > Мс и по условиям нормальной работы двигатель подходит:

Mc,уст < Мном .

Большой ток в периоды пуска двигателя может вызвать значительное падение напряжения в сети малой мощности, что неблагоприятно скажется на работе других потребителей, включенных в сеть, например вызовет мигание осветительных приборов и т. д. Однако следует отметить, что в настоящее время заводские сети имеют большое сечение, поэтому падение напряжения, возникающее при пуске двигателя, оказывается несущественным.Большой пусковой ток ограничивает допустимое число пусков (включений) двигателя в час. При большом числе включений в час даже мало загруженный в установившемся режиме двигатель из-за больших пусковых токов может перегреться и выйти из строя.В маломощных сетях, сечение проводов которых невелико, а протяженность значительная, для ограничения пускового тока применяют пуск с активным или индуктивным сопротивлением, включенным в цепь обмотки статора (рис. 10.21, а), или пуск с переключением обмотки со звезды на треугольник (рис. 10.21, в).

Перед пуском выключатель В2 (рис. 10.21, а) устанавливают в выключенное положение, затем включают выключатель B1. После окончания разбега ротора двигателя включают выключатель В2, чем шунтируют добавочные пусковые резисторы. Соответствующим подбором сопротивления rд можно ограничить пусковой ток до любого необходимого значения. Однако не следует забывать, что одновременно уменьшаются пусковой и критический моменты из-за снижения напряжения на обмотке статора, вызванного падением напряжения на сопротивлении rд.На рис. 10.21, б изображены механические характеристики двигателя при rд = 0 (кривая 1) и rд ≠ 0 (кривая 2).Пуск двигателя с переключением со звезды на треугольник возможен, когда обмотка статора может быть соединена звездой и треугольником и напряжение сети соответствует соединению обмотки статора треугольником. Например, двигатель имеет номинальное напряжение 380/220 В, а напряжение сети 220 В. Установив предварительно выключатель В2 (см. рис. 10.21, в) в положение а, что соответствует соединению обмотки статора звездой, выключателем B1 включают двигатель в сеть. После окончания пуска выключатель В2 перекидывают в положение б, благодаря чему обмотка статора оказывается соединенной треугольником. Напряжение на фазе обмотки статора во время пуска будет меньше номинального в √3 раз, например при напряжении 220 В оно составит 220/√3 = 127 В. Вследствие этого ток фазы уменьшится в той же степени, а поскольку линейный ток больше фазного в √3 раз, пусковой линейный ток при таком способе пуска будет меньше по сравнению с прямым пуском в 3 раза. Одновременно в 3 раза уменьшатся пусковой и максимальный моменты, так как они пропорциональны квадрату фазного напряжения.Значение критического скольжения не изменится, так как оно не зависит от напряжения. На рис. 10.21, г изображены механические характеристики двигателя, соответствующие схеме включения треугольником и пусковой схеме звездой.Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска возможен только при малых моментах сил сопротивления на валу двигателя.Пуск двигателя с фазным ротором (контактными кольцами) (рис. 10.22) осуществляется подключением обмотки статора к сети с предварительно введенными в цепь ротора добавочными резисторами rд. По мере разгона двигателя резисторы rд с помощью движка выводятся и по окончании пуска сопротивление резистора обращается в нуль, а обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко, как и у двигателя с короткозамкнутым ротором. Введение добавочного сопротивления в цепь ротора при пуске асинхронного двигателя с контактными кольцами позволяет увеличить пусковой момент вплоть до максимального значения и одновременно значительно снизить пусковой ток. Это является одной из главных причин, почему вместо асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются двигатели с фазным ротором.

Значение пускового тока можно найти из выражения (10.30), в которое следует подставить rд и s = 1:

(10.60)

I2п =	E2к	.
	√(r2+ rд)2 + x22

Соответствующим подбором значения rд можно получить любое требуемое значение пускового тока ротора и, следовательно, пускового тока статора, так как

Ī1п = Ī0 + Ī'2п.

Влияние сопротивления rд на значение пускового момента можно выяснить с помощью выражения (10.54), в которое необходимо подставить r'д и s = 1:

(10.61)

Mп =	3U1ф2(r'2 + r'д)	.
	ω0[(r'2 + r'д)2+ хк2]

Из выражения (10.61) вытекает, что введение добавочного сопротивления rд до определенных его значений вызывает увеличение пускового момента. Наибольшее значение Мп, равное Mmax, будет, когда r'2 + r'д= хк:

Мп = Mmax =	3U1ф2	.
	2ω0хк

Дальнейшее увеличение сопротивления rд вызывает уменьшение пускового момента.

Уменьшение пускового момента до требуемого значения с помощью резисторов rд используется в некоторых механизмах для выбора люфтов и устранения ударов при пуске механизма.

Определение rд с помощью выражений (10.60) и (10.61) невозможно, так как в каталогах не даются значения х2 и х1. Расчет пускового сопротивления rд при заданном значении производят с использованием искусственной механической характеристики. Уравнение искусственной (реостатной) механической характеристики двигателя с добавочными резисторами в цепи ротора имеет тот же вид, что и уравнение естественной характеристики, разница лишь в значении sкр,и :(10.62)

Ми =	2Мmax			.
	sи	+	sкр,и
	sкр,и		sи

Критическое скольжение равно: для естественной характеристики (10.63)

sкр = r'2/хк ;

для искусственной характеристики (10.63a)

sкр,и =	r'2 + r'д	.
	хк

В уравнение искусственной механической характеристики вместо текущих значений М и s подставляют заданные значения пускового момента Мп и s = 1:(10.64)

Мп =	2Мmax	.
	sкр,и/1 + 1/sкр,и

откуда определяют критическое скольжение sкр,и , соответствующее искомому пусковому сопротивлению:

(10.64a)

sкр,и =	Мmax	±	√	(	Мmax	)2 - 1.	,
	Мп				Мп

Затем из отношений критических скольжений естественной (10.63) и искусственной (10.63а) механических характеристик определяют искомую величину rд :

	sкр	=		r'2		=		r2	;
	sкр,и			r'2 + r'д				r2 + rд
д = r2(			sкр,и		- 1).
			sкр

Пусковой ток ротора, соответствующий заданному пусковому моменту, находят из выражения (10.59), в которое подставляют М = Мп и s = 1: