Пуск асинхронных двигателей.

При пуске двигателя в ход по возможности должны удовлетворяться следующие ос­новные требования: процесс пуска должен быть простым и осуществляться без сложных пусковых устройств; пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые то­ки – по возможности малыми, иногда к этим требованиям добавляются и другие, обус­ловленные особенностями конкретных приводов, в которых используются двигатели: не­обходимость плавного пуска, максимального пускового момента и пр.

Практически используют следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.

Прямой пуск. Применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, что­бы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые то­ки не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опас­ных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины.

Двигатели обычно пускаются с помощью электромагнитного выключателя (магнит­ного пускателя) по схеме, изображенной на рис. 70 а, и разгоняются по естественной механической характеристике (рис. 70, б) от точки соответствующей начальному моменту пуска, до точки , соответствующей условию – Ускорение при разгоне при любой частоте определяется разностью абсцисс кривых и . Если в начальный , то двигатель разогнаться не сможет.

Величину начального пускового момента можно получить из формулы (45), положив в ней :

. (55)

Отношение моментов

, (56)

называют кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6-100 кВт ГОСТом установлено ; мощностью 100-1000 кВт – .

а) б)

Рис. 70. Схема включения асинхронного двигателя при прямом пуске и графики изменения момента двигателя, статического момента и тока

Кроме сравнительно небольшого пускового момента недостатком данного способа пуска является также большой бросок пускового тока, в пять-семь раз превышающий номинальное значение тока.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного под­ключения обмотки статора к сети весьма широко применяется благодаря простоте опера­ций пуска и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором: низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (КПД, и др.).

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяется для асинхронных двига­телей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими способами:

1. Переключением обмотки статора при пуске с рабочей схемы «треугольник» на пусковую схему «звезда». Это можно осуществить с помощью трехполюсного переключателя (рис. 71, а) или контактора. При включении обмотки статора по схеме «звезда» напряжение, подаваемое на фазы этой обмотки, уменьшается в раз, что обуславливает уменьшение фазных токов в раз и линейных токов в три раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на схему «треугольник»;

2. Включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений (рис. 71, б). При этом на ука­занных сопротивлениях создаются некоторые падения напряжения пропорциональ­ные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора будет приложено пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДС, , индуктированная в обмот­ке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате этого уменьшается падение напряжения на указанных сопротивлениях и возрастает приложенное к двигателю напряжение. Таким образом, при рассматриваем способе пуска напряжение, приложенное к двигателю, автоматически растет по мере разгона ротора. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором ;

Рис. 71. Схемы включения асинхронного двигателя при пуске с понижением напряжения

3. Подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор (рис. 71, в). Последний может иметь несколько ступеней, которые в процессе пуска двигателя переключаются соответствующей аппаратурой.

Недостатком указанных способов является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузки.

Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Рассматриваемый способ применяют для пуска двигателей с фазным ротором. Пусковой реостат обычно имеет три-шесть ступеней (рис. 72, а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пус­ковое сопротивление, подчеркивая высокое значение пускового момента в период разгона двигателя.

Вначале двигатель пускается по характеристике 4 (рис. 72, б), соответствующей сопротивлению пускового реостата и развивает вращающий момент . По мере увеличения частоты вращения вращающий момент ум­еньшается и может стать меньше некоторого момента .

а) б) в)

Рис. 72. Схема включения асинхронного двигателя при реостатном пуске (а), его пусковая диаграмма (б), графики изменения частоты вращения и тока при пуске (в)

Поэтому при часть сопротивления пускового реостата выводят, замыкая контактор . Вращающий момент при этом мгновенно возрастает до а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике 3, соответствующей сопротивлению реостата . При дальнейшем уменьшении момента до часть сопротивления реостата снова выключается контактором , и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей сопротивлению . Таким образом, при постепенном (ступен­чатом) уменьшении сопротивления пускового реостата вращающий момент двигателя изме­няется от до частота вращения возрастает до ломанной кривой, показанной на рис. 72 б жирной кривой. В конце пуска пусковой реостат полностью выводится кон­тактором , обмотка ротора замыкается накоротко, двигатель переходит на работу по естественной характеристике 1, при этом разгон осуществляется до точки Р. Выключение отдельных ступеней пускового реостата в процессе разгона двигателя может осуществлять­ся вручную или автоматически. Таким образом, включение реостата в цепь ротора мож­но осуществить пуск двигателя при и резко уменьшить пусковой ток.

На рис. 72 в показан характер изменения тока и частоты вращения , при пуске двигателя указанным способом. Ток также изменяется по ломанной кривой между двумя крайними значениями и .

Недостатком рассмотренного способа является относительная сложность пуска и необходимость применения более сложных и дорогих двигателей с фазным ротором. Кроме того, эти двигатели имеют несколько худшие показатели рабочих характеристик, чем двигатели с короткозамкнутым ротором такой же мощности (кривые , проходят ниже). В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых усло­виях пуска (когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент), при малой мощности электрической сети или необходимости плавного регулирования частоты вращения.