2. Способи пуску асинхронних двигунів

Важливе практичне значення для оцінки всіх електродвигунів мають їхні пускові властивості. Ці властивості в основному визначаються наступними величинами:

2. пусковим струмом

3. пусковим моментом

4. плавністю й економічністю пускового процесу;

5. тривалістю пуску.

У каталогах звичайно вказується кратність пускової величини, тобто її відношення до номінальної величини

і (12)

Кратність пускового струму визначає перевантаження асинхронного двигуна по струму при пуску й змінюється у межах від 5 до 7. Кратність пускового моменту звичайно змінюється в межах від 1 до 1,8.

Основними способами пуску асинхронного двигуна є: а) включення в мережу двигунів з короткозамкненою обмоткою ротора при (пряме включення);

б) включення у мережу двигунів з короткозамкненою обмоткою ротора при зниженій напрузі ;

в) пуск за допомогою реостата, що вводиться в коло ротора двигуна з фазною обмоткою.

Короткозамкнені двигуни невеликої й середньої потужності дозволяється запускати при номінальній напрузі мережі тоді як двигуни великої потужності пускаються при зниженій напрузі щоб знизити пусковий струм.

При прямому пуску двигуна з короткозамкненим ротором пусковий струм перевищує номінальний в 4-8 раз. Стрибок пускового струму для двигунів великої потужності викликає зниження напруги живильної мережі, що погано позначається на роботі інших споживачів. Тому пряме включення в мережу асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором обмежується. Такий пуск дозволяється для двигунів, номінальна потужність яких становить не більше 25 % потужності живильного трансформатора. Існує два способи зниження напруги в короткозамкнених асинхронних двигунів:

1. Перемикання обмотки статора з “зірки” на “трикутник”.

2. Зниження напруги автотрансформатором.

Перший спосіб застосовується, якщо в робочому режимі обмотки статора з’єднані “трикутником”. При пуску обмотки статора з’єднані “зіркою” і статор рубильником включається в мережу. По досягненню ротором номінальної швидкості обмотки статора перемикаються на з’єднання “трикутник” – цим закінчується пусковий режим.

Розглянемо докладніше цей спосіб пуску. Нехай – лінійна напруга; і – фазні напруги при з’єднанні обмоток “зіркою” і “трикутником”; – пускові струми в лінії й фазах статора при підключенні його “зіркою” і “трикутником”. Тоді при з’єднанні обмотки “зіркою”:

(13)

Якщо вмикати двигун у мережу при з’єднанні обмотки статора “трикутником”, то

і (14)

Поділивши (12) на (13), одержимо

(15)

Таким чином, пусковий струм у лінії при з’єднанні статора “зіркою” в 3 рази менше, ніж при з’єднанні “трикутником”. Це досить важлива перевага розглянутого способу пуску. Однак при з’єднанні обмоток статора “зіркою” фазна напруга в раз менша, ніж при з’єднанні “трикутником”. Оскільки момент пропорційний квадрату напруги то пусковий момент теж зменшується в 3 рази. Тому розглянутий спосіб пуску в хід застосовують там, де навантажувальний момент при пуску значно менший номінального.

Спосіб перемикання “зірка-трикутник” застосовується також для поліпшення коефіцієнта потужності й ККД двигунів при малих навантаженнях (≈0,4 Мном.). При цьому, як відомо, зменшується фазна напруга в рази при а оскільки й то і Ф також зменшуються приблизно в раз. Зменшується також струм намагнічування і втрати в сталі (приблизно в 3 рази), оскільки вони пропорційні Однак при зменшенні повинен збільшуватися наведений струм ротора при заданому обертаючому моменті:

(16)

Разом з ростом струму ростуть і втрати в міді ротора теж приблизно в 3 рази.

В обмотці статора буде геометрична сума струмів намагнічування й приведеного вторинного При з’єднанні обмоток “зіркою” перший зменшується, а другий збільшується. Тому при малих навантаженнях головну роль відіграє струм намагнічування і струм у статорі зменшується. При більших навантаженнях, коли більше значення має струм у статорі при з’єднанні “зіркою” може виявитися більшим, ніж при з’єднанні “трикутником”. Звідси випливає, що ККД двигуна при з’єднанні “зіркою” мало відрізняється від ККД при з’єднанні “трикутником” При малих навантаженнях , але потім він падає швидше, ніж Перемикання з “зірки” на “трикутник” впливає, головним чином, на коефіцієнт потужності, який при малих навантаженнях значно зростає.

До недоліків даного способу відноситься неплавність пускової операції, що має всього тільки два пускові щаблі й збільшення тривалості пуску.

Для двигунів з фазною обмоткою ротора застосовують пуск за допомогою пускового реостата, включеного в коло ротора.

Розглянемо останній більш докладно. Опір пускового реостата вибирається таким чином, щоб двигун при пуску розвивав максимальний момент. При цьому пусковий струм обмежується й становить не більш 1,5-2,5 від номінального. Плавність пуску досягається застосуванням у реостаті декількох щаблів опору.

На рис.3 наведена залежність обертаючого моменту двигуна від ковзання для трьох опорів R_П пускового реостата.

Рис. 3. Пуск асинхронного двигуна з фазною обмоткою ротора

Включення додаткового опору в коло ротора змінює характер залежності обертаючого моменту M від ковзання s (рис. 3) і двигуну з фазним ротором відповідає сімейство характеристик M=ƒ(s). При цьому максимальний момент двигуна не змінюється, збільшення опору зміщає його у бік більшого ковзання. Таким чином, усі криві M=ƒ(s) мають вершину на одній висоті. Перемикання щаблів пускового реостата змушує двигун переходити з однієї характеристики на іншу, при цьому момент двигуна й струм змінюються по східчастій кривій, число щаблів якої визначається числом щаблів пускового реостата.

При включенні пускового реостата опором R_П1 двигун рушає з місця при М_пуск=М_макс. По мірі того, як збільшується частота обертання двигуна, опір пускового реостата зменшують. Цьому відповідає перехід на нову механічну характеристику. Коли пусковий реостат повністю виведений, тобто R_П=0, розгін двигуна закінчується і робота двигуна відповідає роботі двигуна з короткозамкненим ротором.

Застосування пускового реостата значно поліпшує пускові характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором, підвищуючи момент і зменшуючи стрибок струму. До недоліків цих двигунів варто віднести складність конструкції та більш високу вартість у порівнянні із двигунами з короткозамкненим ротором.