Пуск асинхронных двигателей

Пуск двигателя начинается при скольжении s = 1, при этом ЭДС E_2s = sE₂ максимальна, а сопротивление R_2Σ/s минимально. Поэтому пуск сопровождается резким скачком токов ротора и статора. Важным показателем является длительность пуска, зависящая от степени превышения вращающего момента над моментом сопротивления. Необходимым условием пуска является М_п > М_С в начальный момент.

Прямой пуск состоит в непосредственном подключении обмоток статора к сети и осуществляется с помощью полупроводникового или магнитного пускателя. Его применяют для АД с короткозамкнутым ротором. Кратность пускового тока I_п/I_ном высока и составляет 5¸7, однако из-за относительно быстрого пуска обмотки не успевают перегреться. Недостатком прямого пуска является то, что пусковой момент М_п относительно низок и не всегда возможен пуск АД под нагрузкой. Другой недостаток – большой бросок пускового тока вызывает снижение напряжения сети (при малой ее мощности). Поэтому мощность АД при прямом пуске ограничивается мощностью распределительной сети и обычно не превышает 50 кВт.

Пуск при пониженном напряжениистатора применяют для мощных АД с короткозамкнутым ротором, а также для АД средней мощности в маломощных сетях. Понижение напряжения на статоре может достигаться следующими способами: а) включением в цепь статора на время пуска добавочных сопротивлений Z_д (рис. 28.1, а), например катушек индуктивности

(реакторов) или реостатов (что хуже из-за дополнительных потерь);

Рис. 28.1. Включение в цепь статора Zд (а); пере­ключение обмоток по схеме – (б)

б) переключением на время пуска статорных обмоток с рабочей схемы на пусковую схему (рис. 28.1, б); в) подключением двигателя к сети через понижающий трансформатор (но это дороже).

Пуск включением в цепь статора добавочных сопротивлений осуществляется следующим образом (рис. 28.1, а). Перед пуском контакты выключателя QF1 (пускателя) размыкают, затем подключают АД к сети. После разгона АД контакты QF1 замыкают. При пуске часть напряжения сети падает на сопротивлениях Z_д, что снижает напряжение и ток статорных обмоток.

Пуск переключением обмоток по схеме – (рис. 28.2, б) начинается по искусственной характеристике . При достижении точки а₁ статорные обмотки переключаются в рабочее положение (переключатель QF1 на рис. 3.26, б переводится в верхнее положение). Это соответствует горизонтальному скачку из а₁ в точку а₂, далее изображающая точка движется по естественной характеристике в точке а₃. Этот способ дает снижение напряжения и тока статорных обмоток в раз и линейного тока в 3 раза. Пусковой момент снижается в 3 раза (момент пропорционален квадрату U_1ф), критическое скольжение сохраняется (рис. 28.2).

Недостатком способов пуска при пониженном напряжении является снижение пускового и максимального моментов, которые пропорциональны квадрату фазного напряжения. Поэтому эти способы применяют при малом пусковом моменте нагрузки М_С на валу.

Рис.28.2. Механичес­кие характеристики для схем включения обмо- ток и

Пуск двигателей с фазным ротором осуществляют с введенным в цепь ротора пусковым сопротивлением R_п (R_д на рис. 3.18). По мере разгона АД R_д уменьшают. На рис. 3.28, а R_д уменьшают ступенчато последовательным замыканием контактов K1, K2, K3, а схема на рис. 3.28, б позволяет плавно изменять среднее значение R_д.ср = R_д ,

где t_вкл – время включенного состояния тиристора VS1; Т_К – период коммутации.

Рис.28.3. Пуск АД с фазным ро­тором: а – ступенчатый; б – импульсное регулирование Rд

На рис.28.3, б БУ – блок управления тиристором; L – индуктивность, сглаживающая выпрямленный ток ротора. На рис. 3.29 приведено семейство трех искусственных (И₃, И₂, И₁) и естественной Е механических характеристик.

Рис.28.4. Семейство меха­нических характеристик при пуске АД с фазным ротором

Увеличение R_д (R_2Σ = R₂ + R_д) приводит к росту критического скольжения s_К, сохраняя неизменным максимальный момент М_max. Например, при подключении к ротору ступени R_I (рис.28.3, а) реостата R_д (контакты K3 разомкнуты, а K2 – замкнуты), получим искусственную характеристику И₁. Дополнительное подключение ступеней R_II и R_III дает характеристики И₂, И₃ (рис.28.4). Пуск АД начинается с введения в цепь ротора всех трех ступеней R_д (контакты K1, K2, K3 разомкнуты), что соответствует пусковой точке П на характеристике И₃.

Характеристику И₃ с пусковым моментом М_п = М_max получим при полном сопротивлении пускового реостата R_д = R_I + + R_II + R_III:

R_п = R_д = ,

где s_К – критическое скольжение характеристики Е.

Введение R_д при пуске обеспечивает снижение пускового тока и одновременно получение максимального пускового момента. Рост М объясняется тем, что убывание тока компенсируется возрастанием cosφ₂ (М = С_МФ_mI₂cosφ₂).

При пуске рабочая точка движется из точки П по характеристике И₃ влево вверх, что снижает момент М. Чтобы не допустить падения М ниже заданной величины М_min, при переходе рабочей точки в точку 1 нужно замкнуть контакты K1 пускового реостата, т. е. вывести R_III. Скачкообразное уменьшение пускового сопротивления R = R_I + R_II вызывает скачок токов и момента М, т. е. мгновенный горизонтальный переход рабочей точки из точки 1 в точку 2 характеристики И₂. Точка 2 должна быть точкой максимального момента М_max, что обеспечивается правильным расчетом сопротивлений ступеней. Для любой искусственной характеристики справедливо

R_дi = R₂(s_Кi/s_К – 1),

где R_дi – полное добавочное сопротивление; s_Кi – критическое скольжение, соответствующее R_дi.

Аналогично выводятся R_I, R_II. Рабочая точка при пуске движется по траектории П–1–2–3–4–5–6 (рис. 3.29) и останавливается в точке 7. Данный способ позволяет осуществить пуск с максимальным пусковым моментом, что важно для тяжелых условий пуска.

Пуск двигателей с повышенным пусковым моментом. К таким двигателям относятся двигатели с двойной «беличьей клеткой» и двигатели с глубоким пазом ротора. Увеличение пускового момента этих АД вызывается вытеснением тока в наружную зону ротора в период пуска, что эквивалентно увеличению активного сопротивления ротора.

В заключение следует добавить, что с развитием полупроводниковой техники можно найти промышленные полупроводниковые устройства, которые позволяют осуществлять плавный пуск с ограничение пусковых токов в зависимости от возможностей питающей сети.