Пуск в ход асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором сравнительно небольшой мощности можно пускать в ход прямым подключением обмотки статора к сети переменного тока. При этом наблюдаются два отрицательных явления:

• 1) при пуске возникает большой пусковой ток /, который превосходит номинальный ток в 5…7 раз;
• 2) в момент пуска двигатель развивает относительно малый пусковой момент М", который превышает номинальный момент М_и только в 1,2…1,6 раза.

Появление большого тока при пуске двигателя объясняется тем, что в начальный момент пуска ротор двигателя неподвижен (s = 1), а поле сразу достигает номинальной скорости вращения. Поэтому скорость пересечения проводников ротора линиями магнитной индукции вращающегося магнитного поля наибольшая, и в них наводится максимальная ЭДС. Возникает большой ток 1₂ в роторе. По мере увеличения скорости вращения ротора скольжение уменьшается, уменьшается и наводимая в нем ЭДС, что приводит к уменьшению тока в роторе. При наличии электромагнитной связи между обмотками ротора и статора появление большого тока в роторе вызывает большой ток и в статорной обмотке двигателя /, =I₀ +1₂ подобно тому как это имеет место в трансформаторе. Пусковой ток превышает номинальный ток двигателя в 5…7 раз. В момент пуска двигателя возрастает не только ЭДС ротора, но и его индуктивное сопротивление (X_2l = X₂s), однако увеличение полного сопротивления ротора Z, происходит медленнее, чем увеличение ЭДС.

Возникновение большого тока при пуске не представляет опасности для обмоток двигателя, так как время пуска занимает доли секунд или секунды. За это время в обмотках не может выделиться такое количество тепла, которое могло бы их нагреть до температуры, опасной для целостности изоляции. Но появление большого пускового тока вредно отражается на работе параллельно подключенных потребителей энергии, так как вызывает уменьшение напряжения на их зажимах в связи с увеличением падения напряжения в линии подводящих проводов. Это явление наблюдается в домашних условиях при включении двигателя холодильника или стиральной машины. В момент включения наблюдается уменьшение накала ламп или ухудшение изображения телевизора.

Падение напряжения в линии подводящих проводов зависит от сечейий проводов, т. е. в конечном счете от мощности линии. Мощные линии имеют большие сечения проводов и относительно малое сопротивление. Непосредственное включение маломощных двигателей в мощные линии практически не влияет на работу других потребителей электрической энергии. Чем меньше мощность линии, тем меньше должна быть и мощность двигателей, подлежащих непосредственному пуску. Поэтому нельзя точно указать предельное значение мощности двигателя, подлежащего непосредственно пуску.

Снижение пускового тока короткозамкнутого асинхронного двигателя осуществляют методом уменьшения напряжения на его зажимах. С этой целью последовательно с каждой фазой статорной обмотки на период пуска включают активное или реактивное сопротивление или применяют автотрансформаторы. Для двигателей, нормально работающих при соединении фаз статора треугольником, снижение напряжения на каждой фазе статора можно получить в результате предварительного соединения фаз звездой.

Все схемы перечисленных способов пуска представлены на рисунке 6.12.1.

Рис. 6.12.1 а, б

Рнс. 6.12.1,в, г Пуск двигателя в (схемах на рис. 6.12.1,0,6) производится замыканием рубильника Р" а когда ротор приобретает достаточную скорость, замыкается рубильник Р₂. В схеме на рисунке 6.12.1,в рубильник Р₂ сначала замыкается на контакты, обеспечивающие соединение фаз статора звездой, а затем переключается на контакты соединения их треугольником. При соединении фаз статора звездой ток в линии равен току фазы и он меньше, чем при соединении фаз статора треугольником, в V3 раза. Но при соединении фаз статора звездой напряжение и ток в каждой фазе снижаются еще в раза, следовательно, ток в линии снижается еще в •^3 раза, т. е. пусковой ток уменьшается в 3 раза.

При автотрансформаторном пуске двигателя (рис. 6.12.1,г) следует иметь в виду, что используют понижающий автотрансформатор и ток в его первичной обмотке меньше тока во вторичной. Следовательно, трансформатор снижает ток в линии по сравнению с.

Рис. 6.12.2.

током двигателя в к раз. Но при автотрансформаторном пуске происходит уменьшение напряжения в двигателе и его тока в к раз. Поэтому ток в первичной обмотке трансформатора (и в линии) снизится по сравнению с током непосредственного пуска двигателя в к² раз.

Однако во всех этих схемах одновременно с уменьшением пускового тока происходит уменьшение пускового и максимального моментов из-за уменьшения напряжения на обмотке статора. На рисунке 6.12.2 показаны механические характеристики двигателя при нормальном (кривая 1) и сниженном (кривая 2) напряжениях на обмотке статора двигателя.

Относительно малое значение пускового момента не позволяет асинхронный короткозамкнутый двигатель пускать под номинальной нагрузкой, так как в момент пуска двигатель должен преодолеть большие силы инерции в подключенном к нему механизме.

Пуск двигателей с фазным ротором осуществляют реостатом в цепи ротора (рис. 6.12.3).

Рис. 6.12.3.

Вводя в каждую фазу ротора дополнительное активное сопротивление, уменьшают величину тока в роторе, а следовательно, и пусковой ток статора до нужного значения. Обычно сопротивление реостата берется таким, чтобы ограничить пусковой ток до значения 1,8…2,2 Эта схема запуска двигателя позволяет не только уменьшить величину пускового тока, но и увеличить пусковой момент Допуск двигателя за счет увеличения cos^₂ при включении добавочного активного сопротивления в каждую фазу ротора.

Увеличение пускового момента пояснено на рисунке 6.12.4. При пуске двигателя индуктивное сопротивление ротора Х₂ значительно превосходит его активное сопротивление R₂ вследствие большой частоты тока в роторе. Благодаря этому возникает большой угол сдвига фаз у/₂ и пусковой момент невелик. Вводя на время пуска активное сопротивление R[ в цепь ротора, мы уменьшаем сдвиг фаз у/₂ и тем самым, повышая cos^j, увеличиваем пусковой момент. Увеличение пускового момента за счет введения активного сопротивления в цепь ротора будет происходить до тех пор, пока он не достигнет максимального значения момента для данного двигателя. При чрезмерном увеличении активного сопротивления пусковой момент вновь начинает уменьшаться, так как влияние уменьшения тока 1₂ будет преобладать над увеличением cos 4/J. Механические характеристики двигателя показаны на рисунке 6.12.5:

Рис. 6.12.4.

Рис. 6.12.5.

1 — без реостата в цепи ротора; 2 — с оптимальным значением сопротивления реостата в цепи ротора: 3 — с сопротивлением реостата, превышающим оптимальное значение.