Способы пуска трехфазных асинхронных двигателей. Пуск двигателя с фазным ротором.

10.1. Пусковые свойства асинхронных двигателей

Работа двигателя всегда рассматривается в совокупности с работой исполнительного органа (т. е. рабочей машиной, которую двигатель вращает). Их совместная работа описывается уравнением движения

(10.1)

где M – электромагнитный момент, развиваемый двигателем, при пуске ; – момент нагрузки от исполнительного органа (рабочей машины); J – момент инерции вращающихся частей двигателя и исполнительного органа.

При выборе возможного способа пуска в ход асинхронного двигателя необходимо учитывать следующие положения:

1. Двигатель должен развивать большой пусковой момент, .

2. Пусковой ток не должен производить повреждения изоляции обмотки двигателя и нарушать нормальный режим работы сети.

3. Схема пуска должна быть простой, надежной, а стоимость пусковых устройств минимальной. Из этих положений следует, что двигатель должен развивать значительный пусковой момент при сравнительно не большом токе. Но получение такого сочетания пусковых параметров в асинхронном двигателе сопряжено с определенными трудностями, а иногда оказывается невозможным.

Проанализируем выражение тока (10.2) и момента (10.3), записав их для режима пуска, когда S = 1

; (10.2)

. (10.3)

Из этих выражений (10.2) и (10.3) следует, что повлиять на пусковой ток и пусковой момент можно: либо изменением активного сопротивления в цепи ротора , либо изменением приложенного напряжения .

Увеличение активного сопротивления в цепи ротора уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент. Уменьшение приложенного напряжения уменьшает пусковой ток, но одновременно уменьшается и пусковой момент.

Целесообразность применения того или иного способа пуска двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам.

10.2. Прямой пуск асинхронных двигателей

При таком пуске выводы обмоток статора сразу подключаются на номинальное напряжение сети. Перед пуском целесообразно определиться со способом соединения обмоток статора: звездой ( ) или треугольником ( ). На паспортном щитке двигателя приводится рекомендация: – 220/380. Эту рекомендацию следует понимать так.

Если в трехфазной сети, куда подключается двигатель линейное напряжение , то обмотки статора должны быть включены по схеме треугольника; тогда на одну фазу обмотки будет приходиться В клеммой коробке выводы обмоток должны быть соединены, как это показано на рис. 10.1, а.

Рис. 10.1. Схема соединения выводов обмоток: а – в треугольник; б – в звезду

Если в сети линейное напряжение , то обмотки статора надо соединять в звезду, тогда на одну фазу обмотки приходится U_Ф =
= U_Л/ = 220 В. Соединение выводов обмоток показано на рис. 10.1, б.

Этот способ отличается простотой, имеет недостатки. В момент непосредственного подключения обмоток статора к сети в обмотке возникает большой пусковой ток, . При небольшой инерционности исполнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмоток статора.

Но частый пуск приводит к возрастанию перегрева обмоток, нагреву и старению изоляции. Двигатели 3–10 кВт допускают до 105 включений в час.

От броска тока в сети понижается напряжение, что пагубно сказывается на работе других электрических машин и механизмов; при большой мощности сети допускается понижение напряжения не более чем на 12 %.

10.3. Способы пуска асинхронного двигателя при пониженном напряжении

В соответствии с (10.2) пусковой ток пропорционален подведенному напряжению . Уменьшение напряжения вызывает соответствующее уменьшение пускового тока. Существует несколько способов понижения подводимого к двигателю напряжения.

10.3.1. Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмоток статора со звезды на треугольник (рис. 10.2). В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение Y. При этом фазное напряжение на фазе обмотки статора понижается в раз, так как обмотка статора соединена в звезду. Во столько же раз уменьшается и ток в фазных обмотках двигателя. Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, а при соединении обмоток треугольником линейный ток больше фазного в раз. Следовательно, включив обмотки статора звездой, добиваются уменьшения линейного тока в 3 раза.

После того, как ротор двигателя разгонится до частоты вращения близкой к установившейся, переключатель приводят в положение треугольник Δ и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением.

Рис. 10.2. Схема включения при пуске асинхронного двигателя
переключением обмотки статора со звезды на треугольник

10.3.2. Понижение подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов

Под реактором понимается реактивная катушка. При пуске рубильник 2 разомкнут (рис. 10.3, а), а рубильник 1 включают. При этом ток из сети поступают в обмотке статора через реакторы Р, на которых происходит падение напряжения . В результате на обмотку статора подается пониженное напряжение

(10.4)

где – индуктивное сопротивление реактора.

Рис. 10.3. Схема пуска асинхронного двигателя при пониженном
напряжении: а – реакторный, б – автотрансформаторный

После раскручивания ротора включается рубильник 2 и подводимое к обмотке статора напряжение оказывается номинальным.

10.3.3. Пуск двигателя через понижающий автотрансформатор

Схема включения приведена на рис. 10.3, б: первым замыкают рубильник 1; обмотки трансформатора включаются звездой. Затем рубильником 2подключают систему к сети. Обмотки статора оказываются подключенными на пониженное напряжение. При этом пусковой ток двигателя уменьшается.

После некоторого разгона ротора рубильник 1 размыкают, и автотрансформатор переходит на работу как реактор. Напряжение на выводах обмотки статора повышается, но все еще меньше номинального. Только после включения рубильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. В отличие от двух предыдущих случаев понижения напряжения при пуске, автотрансформаторный пуск происходит в три ступени.

Недостатком всех трех способов пуска является то, что уменьшение напряжения в раз сопровождается уменьшением момента в раз. Эти способы приемлемы для запуска двигателя на холостом ходу или при неполной нагрузке.

10.4. Пуск двигателя с фазным ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются значительно реже двигателей с короткозамкнутым ротором. Они используются в следующих случаях: 1) когда двигатели с короткозамкнутым ротором не могут быть использованы по условиям регулирования частоты вращения; 2) когда статический момент сопротивления на валу больше пускового момента короткозамкнутого двигателя; из уравнения движения следует, что ротор в этом случае не раскрутится. Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью пускового реостата в цепи ротора, рис. 10.4, а.

Когда ползунки трехфазного реостата ПР поставлены в положение I, то в цепь ротора вводится наибольшее активное сопротивление. Его подбирают такой величины, чтобы механическая характеристика двигателя имела вид кривой I (рис. 10.4, б). Таким образом, пусковой момент будет равен максимальному и . Начнется разгон.

По мере разгона двигателя, например, при ползунки реостата переводят в положение II, тем самым выводят часть сопротивления из цепи обмотки ротора. Двигатель переходит на новую механическую характеристику II, по которой разгоняется до какого-то скольжения , после чего ползунки перемещают в положение III. Все сопротивление выводится из цепи обмотки ротора, он становится короткозамкнутым и работает на своей естественной характеристике III, разгоняясь до установившегося скольжения , когда .

Рис. 10.4. Схема включения реостата: а – пускового;

б – механические характеристики при действии реостата

Пуск может быть с ручным управлением в том случае, кода при ступенчатом регулировании величины сопротивления используют контрол­леры, или пуск автоматический.