2. Прямой пуск.

Прямой пуск благодаря своей простоте является основным способом пуска короткозамкнутых трехфазных асинхронных двигателей.

При прямом пуске обмотка статора непосредственно, без всяких пусковых устройств, подключается к сети (рис. 1).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычно проектируют так, чтобы при прямом пуске .

Прямой пуск протекает быстро. Его продолжительность составляет доли секунды у двигателей небольшой мощности и несколько секунд у более мощных двигателей.

При пуске скорость ротора постепенно увеличивается, а его скольжение и ЭДС уменьшаются, вследствие чего происходит снижение токов в роторе и статоре.

Пуск закончится, когда скорость ротора и токи достигнут установившихся значений, определяемых нагрузочным статическим моментом на валу.

Обычно эти токи не превышают номинальных значений. Если пуски происходят редко, то, несмотря на большие начальные токи, обмотки не успевают нагреваться выше допустимых температур.

Крепления обмоток рассчитывают так, чтобы они могли выдерживать электродинамические усилия между проводниками, возникающие при пуске, следовательно, все асинхронные двигатели рассчитываются так, что они могут выдерживать прямой пуск.

Ограничение для применения прямого пуска обычно накладывает сеть. Если в сети от пусковых токов включаемого двигателя возникают большие падения напряжения, превышающие

10 — 15 %, то этот двигатель прямым пуском в данную сеть включать не рекомендуется.

Необходимо принять меры, уменьшающие пусковой ток. При частых включениях двигателя, исходя из допустимого нагрева обмоток статора, число прямых пусков в час ограничивается. Допустимое число включений двигателей в час определяется в курсе электропривода.

3. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым

ротором припониженном напряжении.

В тех случаях, когда из-за большого падения напряжения в сети прямой пуск для короткозамкнутых двигателей недопустим, применяют подключение их обмоток статора в первый момент пуска на пониженное напряжение, при этом пусковой ток уменьшается, что приводит к снижению падения напряжения в сети.

Недостатком такого способа пуска является снижение начального пускового момента пропорционально квадрату напряжения.

Поэтому этот способ пуска применяется в тех случаях, когда отсутствует нагрузочный момент на валу или когда этот момент невелик.

Для снижения подводимого к статору двигателя напряжения используются следующие схемы:

- пуск через реактор (рис. 2);

- пуск через автотрансформатор (рис. 3);

- переключение со звезды на треугольник (рис. 4).

Пуск через реактор производится при включении выключателя Q₁ и выключенном Q₂. Из-за падения напряжения в реакторе LR напряжение на выводах обмотки статора уменьшится до значения U₁.

Если принять, что сопротивление Z_к двигателя остается постоянным, то пропорционально уменьшится и начальный пусковой ток :

(3)

где — начальный пусковой ток при номинальном напряжении на выводах статора (при прямом пуске).

Начальный пусковой момент при этом будет равен:

где М_{п, ном} — начальный пусковой момент при напряжении

Когда ток спадет, включают выключатель Q₂, которым закорачивается реактор LR. С этого момента к обмотке статора подводится полное напряжение сети, при котором будет протекать дальнейшая работа двигателя.

Напряжение U₁ выбирают обычно равным 0, 65 .

Пуск через автотрансформатор осуществляется следующим образом.

При замкнутом выключателе Q₃ (рис. 3) включают выключатель Q1. При этом обмотки статора двигателя оказываются подключенными на напряжение понижающего автотрансформатора АТ.

Ток во вторичной обмотке автотрансформатора и обмотке статора двигателя при определяется по (3). Вращающий момент, развиваемый двигателем в первый момент пуска,

Ток в первичной обмотке автотрансформатора, а, следовательно, и ток , поступающий в двигатель из сети, будут меньше в число раз, равное отношению напряжений , т. е.

(4)

откуда следует, что для одного и того же снижения напряжения на выводах двигателя при автотрансформаторном пуске уменьшение тока, потребляемого из сети, происходит более резко, чем при пуске через реактор.

Это является достоинством пуска через автотрансформатор, однако эта схема дороже схемы пуска через реактор.

По окончании пуска выключатель Q₃ размыкается, а выключатель Q₂ замыкается, и двигатель оказывается включенным на напряжение сети.

Выключатель Q₃ отключается во избежание перегорания обмотки автотрансформатора, так как при замыкании Q₂ часть обмоток автотрансформатора закорачивается и полное напряжение сети окажется приложенным только на оставшиеся небольшие части обмоток, вследствие чего резко увеличится намагничивающий ток.

С помощью автотрансформатора напряжение U₁ понижается до (0, 55 — 0, 73) .

Пуск переключением со звезды на треугольник применяется в том случае, если данному напряжению сети соответствует схема соединения обмотки статора треугольник.

Тогда, если при пуске этого двигателя обмотку статора

пересоединить в звезду и включить ее в ту же сеть, напряжение на фазу снизится в .

Начальный пусковой ток в этом случае будет равен:

где — линейное номинальное напряжение;

— сопротивление фазы двигателя.

После того как двигатель разгонится, обмотку статора переключателем S включают в треугольник. При этой схеме будет происходить работа двигателя.

При прямом пуске (обмотка статора соединена в треугольник) начальный линейный пусковой ток был бы равен

Таким образом, применением переключения со звезды на треугольник удается снизить начальный пусковой ток в 3 раза:

(5)

при этом начальный пусковой момент снижается пропорционально квадрату отношения фазных напряжений, т. е. также в 3 раза.

Этот способ пуска иногда применяется при пуске низковольтных двигателей большой мощности.

Вычисленные по (3) — (5) уменьшения пусковых токов и моментов получены в предположении, что Z_K = =const. В действительности с ростом тока из-за насыщения стали зубцов от потоков рассеяния индуктивные сопротивления рассеяния статора и ротора уменьшаются и

С учетом этого изменение тока при снижении напряжения будет происходить несколько сильнее.

4. Рабочие характеристики двигателя

При изменении нагрузки двигателя происходит изменение как потребляемых из сети тока I₁ и мощности Р₁, так и угловой скорости (или скольжения S), кпд η ] и .

Нагрузкой для двигателя служит нагрузочный момент М₂, приложенный к его валу. При увеличении нагрузочного момента соответственно увеличивается электромагнитный момент, создаваемый двигателем:

здесь М₀ — момент, обусловленный механическими и

добавочными потерями.

Момент М_о слабо зависит от нагрузки. Он относительно мал и можно принять, что М ≈ М₂.

От момента М₂ зависит механическая мощность Р₂, снимаемая с вала двигателя:

(6)

Зависимости называются рабочими характеристиками двигателя .

Примерный их вид показан на рис. 5.

При холостом ходе, когда Р₂= 0 и М₂= 0, ток I₁ будет равен току холостого хода I₀. Как и у трансформатора, этот ток является в основном намагничивающим и создает основное магнитное поле.

Однако из-за наличия воздушного зазора между статором и ротором относительное значение его больше, чем у трансформатора, и составляет 25 — 50 % номинального тока статора.

Мощность Р₁ потребляемая двигателем из сети при холостом ходе, расходуется на потери внутри машины:

- механические потери Р_мх,

- магнитные потери в статоре Р_м,

- электрические потери в обмотке статора от тока I₀.

При увеличении момента М ток ротора I₂ должен увеличиваться. Возрастание тока I₂ происходит за счет увеличения индуцируемой в обмотке ротора ЭДС вследствие снижения угловой скорости (увеличение S).

Поэтому зависимость имеет падающий характер. Однако у большинства асинхронных двигателей изменение частоты вращения при нагрузке незначительно, и характеристика является достаточно жесткой.

Скольжение S с ростом Р₂ будет возрастать. При холостом ходе из-за наличия механических потерь (момент М_о) ток , следовательно,

Исходя из (6), при зависимость представляла бы прямую, идущую из начала координат.

Так как фактически у асинхронного двигателя , то реальная характеристика несколько отличается от линейной.

При увеличении I₂ будет возрастать ток статора I₁. При малых нагрузках скольжение, а, следовательно, и индуктивное сопротивление ротора малы и ток ротора будет, практически активным ( ) вследствие чего угол сдвига между током I₁и напряжением U₁ будет уменьшаться с ростом нагрузки и увеличиваться по сравнению с

При больших нагрузках скольжение и частота индуцируемой ЭДС в роторе возрастают, что приводит к увеличению индуктивного сопротивления обмотки ротора.

Вследствие этого реактивная составляющая тока ротора и соответственно тока статора увеличиваются, a начинает уменьшаться.

Подводимая мощность изменяется пропорционально

произведению .

Зависимость достигает максимального значения при нагрузке, когда постоянные и переменные потери в двигателе будут равны.

Рабочие характеристики могут быть получены экспериментально и рассчитаны с помощью схемы замещения.

5. Контрольные вопросы

1. Требования к пуску АД.

2. Показатели пуска.

3. Как влияет на пуск напряжение сети?

4. Как влияет на пуск частота сети?

5. Как влияет на пуск сопротивление статора?

6. Как влияет на пуск сопротивление ротора?

7. Способы пуска АД.

8. Для чего снижают пусковой ток?

9. Способы увеличения пускового момента с одновременным снижением пускового тока.

10. Какие вы знаете АД с улучшенными пусковыми свойствами?