2.13.2. Пуск тад с короткозамкнутым ротором, при пониженном напряжении

Если прямой пуск короткозамкнутого двигателя недопустим, применяют пуск при пониженном напряжении. Для снижения подводимого к статору напряжения используют пуск через реактор, пуск через автотрансформатор и переключение обмотки статора с нормальной схемы треугольник на пусковую звезду. Все перечисленные схемы пуска обеспечивают в первый момент времени понижение потребляемого тока. Недостатком такого способа пуска является снижение начального пускового момента пропорционально квадрату напряжения. Поэтому данный способ пуска применяется, когда момент нагрузки на валу двигателя невелик или полностью отсутствует.

Рассмотрим пуск ТАД через реакторы. Реакторы представляют собой индуктивно-активные сопротивления, в которых индуктивные сопротивления значительно больше активных. Пуск ТАД через реактор (рис.2.14) производится при включенном выключателе Q₁ и разомкнутом выключателе Q₂. В этом случае напряжение питающей сети частично падает на реакторах и напряжение на выводах обмотки статора уменьшится до значения U_п. Если принять, что сопротивление Z_к остается постоянным, то начальный пусковой ток уменьшится на величину

. (2.55)

Когда обороты ротора двигателя начинают увеличиваться и ток уменьшается замыкается выключатель Q₂, который шунтирует реактор. С этого момента к обмотке статора подводится номинальное напряжение, при котором двигатель разгоняется до установившейся скорости.

Рис.2.14. Пуск ТАД через реакторы

Поскольку реактор представляет собой преимущественно индуктивную нагрузку, потери в нем незначительные.

Пуск переключением треугольник – звезда применяется в том случае, когда двигатель работает при нормальном включении обмоток статора в треугольник. Например, когда двигатель рассчитан на напряжения 380/220 В, с соединением обмоток  работает от сети с линейным напряжением 220 В. При переключении с нормальной схемы треугольник на пусковую звезду напряжение, подводимое к фазам статора уменьшается в раз. В результате этого линейные токи уменьшаются в три раза, однако при этом и пусковой момент так же уменьшается в три раза. Действительно,

, тогда как .

По окончании процесса пуска двигателя обмотку статора переключают на нормальное положение треугольник. Недостатком этого способа переключений по сравнению с реакторным способом является то, что при переключениях цепь статора разрывается и это вызывает коммутационные перенапряжения. В настоящее время этот способ практически не используется.

2.13.3. Пуск короткозамкнутых тад с повышенным пусковым моментом

Для улучшения пусковых характеристик были разработаны короткозамкнутые ТАД со специальной конструкцией обмоток и магнитопровода ротора. Наибольшее применение нашли двигатели с двойной беличьей клеткой (двухклеточный двигатель) и с ротором, имеющим глубокие пазы.

2.13.3.1. Двухклеточный двигатель

Ротор такого двигателя имеет двойную беличью клетку, с формами пазов, показанных на рисунке 2.15. Верхняя клетка расположена ближе к воздушному зазору, выполняется из материала с большим удельным сопротивлением (марганцовистой латуни или бронзы) и выполняет роль пусковой обмотки. Нижняя клетка выполняется из материала с малым удельным сопротивлением, и её стержни имеют большее сечение, поэтому она обладает малым активным сопротивлением и является основной рабочей обмоткой двигателя. Обычно активное сопротивление верхней клетки в 5-6 раз больше активного сопротивления нижней клетки.

Рис.2.15. Формы пазов двигателя с двойной беличьей клеткой

Между стержнями верхней и нижней клетки имеется узкая щель, от ширины и высоты которой зависят величины потоков рассеяния. Индуктивные сопротивления клеток определяются величинами потоков рассеяния, сцепленных с их стержнями. При пуске двигателя в ход частота тока в роторе равна частоте питающей сети. Величина тока в клетках обратно пропорциональна их полным сопротивлениям. Так как поток рассеяния нижней клетки встречает на своем пути один зазор он больше по величине, чем у верхней, где поток рассеяния встречает на своем пути два зазора (рис.2.16). Поэтому индуктивное сопротивление нижней клетки значительно больше чем верхней. За счет индуктивного сопротивления полное сопротивление нижней клетки значительно превышает при пуске полное сопротивление верхней клетки.

Рис.2.16. Потоки рассеяния пазов ротора двухклеточного двигателя

Ток в верхней клетке при пуске получается по величине большим, чем в нижней. Таким образом, в период пуска вращающий момент создается в основном током верхней клетки, вследствие чего она называется пусковой. Когда двигатель разовьет полную скорость, и будет иметь весьма небольшое скольжение S, индуктивное сопротивления нижней и верхней клеток, по сравнению с их активным сопротивлениями, становятся ничтожным. Так как верхняя клетка имеет активное сопротивление в 5-6 раз больше чем нижняя, ток нижней клетки получается большим и вращающий момент теперь в основном создается нижней клеткой.

Таким образом, при работе двигателя используется нижняя клетка, сопротивление которой мало, как у обычного двигателя с короткозамкнутым ротором. При пуске используется верхняя клетка, сопротивление которой в 5-6 раз превышает сопротивление обычного ротора, а, следовательно, и пусковой ток у двухклеточного двигателя значительно меньше, а пусковой момент значительно больше, чем у обычного двигателя. Поскольку, вначале пуска ток как бы вытесняется в наружную клетку, такие двигатели часто называют двигателями с вытеснением тока.