Лекция №12. Пуск в ход асинхронных двигателей

Цель лекции:

- ознакомить студенто;

- со способами включения асинхронного двигателя в сеть;

- со схемами включения асинхронного двигателя в сеть.

Содержание лекции:

- пуск в ход асинхронных двигателей.

Пусковые характеристики асинхронных двигателей тесно связаны с их конструкцией. Двигатели с фазной обмоткой ротора имеют, по сравнению с двигателями с короткозамкнутой обмоткой ротора, лучшие пусковые характеристики, так как включением в цепь ротора пускового реостата можно уменьшить пусковой ток I_п и одновременно увеличить пусковой момент М_п. Но двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора дешевле, надежнее в работе и имеют лучшие рабочие характеристики. Многочисленные попытки сочетать в одной конструктивной форме преимущества обоих типов двигателей, избежав их недостатков или сведя их до минимума, показали, что эту задачу пока нельзя считать решенной. Наилучших результатов добились, применяя двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора специального исполнения. В связи с ростом пропускной способности распределительных сетей такие двигатели в настоящее время выполняются на мощности порядка тысяч киловатт.

Главными способами пуска асинхронных двигателей являются: а) пуск в ход с помощью реостата, вводимого в цепь ротора двигателя с фазной обмоткой ротора; б) включение в сеть двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора при U_n = U_H (прямое включение); в) то же при U_n < U_H.

а) Пуск двигателей с фазной обмоткой ротора

Сопротивление г_д пускового реостата (см. рисунок 12.1) выбирается из соображений ограничения пускового тока. Обычно величина пускового тока получается допустимой при таком сопротивлении г_д, когда начальное значение пускового момента М_п равно максимальному моменту М_т. Тогда S_м = 1 и по формуле:

.

Плавность пуска двигателя достигается устройством в реостате нескольких ступеней сопротивления. На рисунке 12.2 а приведены механические характеристики двигателя для пяти значений сопротивления, а r_Д на рисунке 12.2 б - соответствующие зависимости тока от скорости вращения ротора.

Включение в сеть двигателя с разомкнутой обмоткой ротора может вызвать значительные всплески тока, как это имеет место при включении ненагруженного трансформатора. Поэтому начала первых ступеней сопротивления трех фаз реостата соединяются в общую точку. Наличие замкнутой вторичной цепи предохраняет также от перенапряжений в обмотках статора и ротора при выключении двигателя.

Рисунок 12.1- Включение Рисунок 12.2- Пуск двигателя Рисунок 12.3 – Включение

симметричного пуско – с реостатом в цепи ротора: а- несимметричного

вого реостата изменение момента; б- реостата

изменение тока

Для уменьшения числа контактов и удешевления пускового реостата иногда добавочные сопротивления вводят только в две фазы обмотки poтоpа (см. рисунок 12.3), что вызывает асимметрию тока ротора. Асимметричную систему токов в общем случае можно разложить на три симметричные системы с различным порядком следования фаз. Но система нулевой последовательности токов в данном случае отсутствует, так как средние точки реостата и обмотки ротора не соединяются. Система прямого следования фаз и система обратного следования фаз вращаются относительно ротора с одинаковой скоростью

,

но в противоположные стороны. Ротор вращается со скоростью n = n₁(1-s) _. Следовательно, скорость вращения прямого поля относительно статора

n+n₂=n₁(1-s)+n₁s=n₁;

скорость вращения обратного поля

n-n₂=n₁(1-s)- n₁s=n₁(1-2s)

Таким образом, прямое поле вращается синхронно с полем статора, их взаимодействие создает на валу машины вращающий момент (линия 1 на см. рисунке 12.4).

Обратное поле ротора вращается в пространстве с переменной скоростью, причем при изменении скольжения от s = 1 до s = 0,5 обратное поле вращается против вращения ротора; при S = 0,5 скорость обратного поля n₁ (l - 2s) = 0, а при изменении скольжения от s = 0,5 до нуля направление вращения обратного поля совпадает с направлением вращения ротора.

Рисунок 12.4 - Включение несимметрии токов ротора в цепь ротора индуктивного сопротивления

а)

Рисунок 12.5 – Механическая характеристика при

а—последовательно с r_д и

б — параллельно с r_д

Для обратно вращающегося поля ротора можно считать обмотку статора замкнутой накоротко, так как сопротивление сети очень мало. Поэтому взаимодействие обратного поля ротора с короткозамкнутой обмоткой статора при скорости вращения ротора n<n₁/2 приводит к увеличению вращающего момента двигателя, а при n<n₁/2 момент, создаваемый обратным полем, является тормозящим, как показано на рисунке 12.5 (линия 2). Результирующий момент представлен линией 3. Резкое снижение вращающего момента наблюдается при n 05n₁ и, если нагрузочный момент M_мин то двигатель не достигнет нормальной для него скорости вращения, а будет устойчиво работать в точке а механической характеристики.

Такое же явление наблюдается вследствие асимметрии токов обмотки ротора при нарушении контактов в цепи ротора.

Для автоматизации процесса пуска в некоторых случаях в цепь ротора включают активное сопротивление г_д и последовательно или параллельно с ним индуктивное сопротивление х_д.

По схеме (см. рисунок 12.5, a) в первый момент пуска, когда s = 1 и f₂ ⁼ f, индуктивное сопротивление велико и в основном ограничивает пусковой ток. По мере увеличения скорости вращения ротора частота f ₂ = f_s уменьшается, соответственно чему уменьшаются э. д. с. ротора Е₂s и индуктивное сопротивление X_ds= X_d S, В результате ток в цепи ротора спадает медленнее, чем при наличии только сопротивления г_д, т. е. пусковая операция идет более плавно.

б) Прямое включение асинхронного двигателя в сеть

При этом способе включения двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора явления, имеющие место в первый момент включения, те же, что и в короткозамкнутом трансформаторе. На рисунке 12.6, а показана схема включения двигателя 1 и индуктивного сопротивления 2. При пуске сначала замыкают рубильник 3, а затем при вращении ротора рубильник 4. Величина индуктивного сопротивления подбирается таким образом, чтобы кратность пускового тока I_n / I_н =2 2,5; для этого нужно понизить напряжение на двигателе в 2-3 раза. Включение регулируемого индуктивного сопротивления позволяет осуществить плавный пуск двигателя. Начальное значение пускового момента уменьшается пропорционально (U_n / U_H)², т. е. в 4-9 раз.

Понижение напряжения автотрансформатором

Вместо индуктивного сопротивления можно применить автотрансформатор 5 (см. рисунок 12.6 б). Применение автотрансформатора позволяет получить большую величину пускового момента, чем в случае индуктивного сопротивления при одинаковых токах в линии. Если сохранить прежнее значение I_n / I_н =2 2,5, то требуется понижение напряжения автотрансформатором только в 1,5-2 раза, а это приводит к уменьшению пускового момента в 2-4 раза.

Рисунок 12.6 - Пуск двигателя а-индуктивным сопротивлением; б - переключением с треугольника на звезду

Недостатком обоих способов пуска является значительная стоимость пусковой аппаратуры.

Рисунок 12.7 - Рабочие характеристики асинхронного двигателя при соединении обмотки статора треугольником и звездой

Пусковой ток в линии при соединении статора звездой в три раза меньше; чем при соединении треугольником. Это весьма ценное преимущество рассматриваемого способа пуска. Но так как при соединении обмоток статора звездой фазное напряжение в - раз меньше, чем при соединении треугольником, то пусковой момент М_п тоже уменьшается в три раза

Способ переключения треугольник - звезда применяется не только для пуска двигателей в ход, но также для улучшения cosφ и кпд двигателей при малых нагрузках (не превышающих 0,4 номинальной). Переключив обмотки статора с треугольника на звезду, уменьшают фазное напряжение в раза при том же линейном напряжении. Следовательно, э. д. с. Е_г и поток Ф_бм уменьшаются, так как e₁ ≈ U₁ и П₁и Ф_бм = e₁.Это приводит к уменьшению намагничивающего тока I₀ несколько больше, чем в раз, так как магнитная цепь двигателя обычно насыщена, а также к уменьшению потерь в стали приблизительно в 3 раза, так как они зависят от магнитного потока во второй степени.