Глава двенадцатая. Асинхронные двигатели

Глава двенадцатая. Асинхронные двигатели

Пуск асинхронных двигателей

Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении.

Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, магнитных пускателей и других пусковых аппаратов.

При прямом пуске к двигателю подается полное напряжение сети. Недостатком этого способа пуска являются большие пусковые токи, которые в 2-7 раз больше номинальных токов двигателей.

Наиболее простым является прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей производятся включением или отключением рубильника (магнитного пускателя) и т. п. На рис. 261 показана схема прямого пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя.

Рис. 261. Прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Для уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором уменьшают напряжение, подводимое к обмоткам статора двигателя.

Рассмотрим подробнее способ пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении с помощью переключателя со звезды на треугольник.

На рис. 262 дана принципиальная схема включения обмотки статора с переключателем со звезды на треугольник. При пуске обмотка статора с помощью рубильника соединяется звездой и, как только двигатель разовьет максимальную возможную скорость вращения, переключатель откидывается влево, обмотка статора оказывается включенной треугольником. При этом способе пуска двигателя пусковой ток уменьшается в три раза. Поясним это на примере.

Рис. 262. Переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске двигателя

На рис. 263, а схематически изображена обмотка статора, соединенная при пуске звездой. Пусть напряжение между линейными проводами двигателя равно 380 в, а следовательно, напряжение, приходящееся на фазу двигателя при пуске:

UфΥ =	UлΥ	=	380	= 220 в.
	√3		1,73

Рис. 263. Включение обмотки статора двигателя: а - звездой, б - треугольником

Если полное сопротивление фазной обмотки двигателя равно 10 ом, то ток фазы

IфΥ =	UфΥ	=	220	= 22 а.
	z		10

При соединении звездой I_лΥ = I_фΥ. Поэтому ток, потребляемый двигателем из сети будет также равен 22 а.

На рис. 263, б схематически показан тот же двигатель, если обмотка его соединена треугольником и включена на линейное напряжение 380 в. В том случае U_лΔ = U_фΔ, а поэтому ток фазы двигателя при пуске

IфΔ =	UфΔ	=	380	= 38 а.
	z		10

Так как при соединении треугольником

I_лΔ = I_фΔ√3,

то двигатель в этом случае будет потреблять из сети линейный ток

I_лΔ = 38 ⋅ √3 = 66 а.

Как видно из приведенного примера, при пуске линейный ток двигателя при соединении обмоток статора звездой в три раза меньше линейного тока двигателя, статорная обмотка которого соединена треугольником.

По этому способу пуска двигателю в начальный момент подается напряжение в √3 раз меньше номинального.

Так как момент вращения асинхронного двигателя пропорционален квадрату подводимого напряжения (М ≡ U²₁), то уменьшение напряжения в √3 раз вызовет уменьшение пускового момента в 3 раза.

Поэтому этот способ пуска можно применять только в тех случаях, когда двигатели пускают вхолостую или слабо нагруженными.

Само собой разумеется, что переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске можно применять только для двигателей, нормально работающих по схеме треугольника.

Уменьшить напряжение, подводимое к двигателю, а вместе с этим уменьшить пусковой ток двигателя можно также при помощи автотрансформатора.

Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором производится при помощи пускового реостата, подключаемого к обмотке ротора через кольца и щетки. Перед пуском двигателя нужно убедиться в том, что сопротивление пускового реостата полностью введено. В конце пуска реостат плавно выводится и закорачивается. Наличие активного сопротивления в цепи ротора при пуске приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. На рис. 264 дана схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Рис. 264. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Глава тринадцатая.

Синхронные машины

Синхронной машиной называется машина, скорость вращения которой постоянная и определяется при заданной частоте переменного тока числом пар полюсов р:

n =	60 ⋅ f	.
	p

По принципу обратимости, открытому Э. Х. Ленцем, синхронная машина может работать как генератором, так и двигателем.

Синхронные генераторы

В основе работы синхронных генераторов лежит явление электромагнитной индукции. Так как принципиально безразлично, будет ли движущийся проводник пересекать неподвижное магнитное поле или, наоборот, подвижное поле будет пересекать неподвижный проводник, то конструктивно синхронные генераторы могут быть изготовлены двух видов. В первом из них магнитные полюсы можно поместить на статоре и питать их обмотку постоянным током, а проводники расположить на роторе и снимать с них при помощи колец и щеток переменный ток.

Часто ту часть машины, которая создает магнитное поле, называют индуктором, а ту часть машины, где располагается обмотка, в которой индуктируется э.д.с., называют якорем. Следовательно, в первом типе генератора индуктор неподвижен, а якорь вращается.

Современные синхронные генераторы строятся на напряжения 6, 10, 16 кв и выше. Снимать такие высокие напряжения с вращающейся обмотки якоря при помощи скользящих контактов (колец и щеток) становится невозможным, так как обмотку высокого напряжения трудно изолировать.

При больших мощностях якоря габариты трех его колец получились бы весьма значительными. Этим объясняется, что в современных генераторах обмотку якоря располагают на неподвижной части машины - статоре, а обмотку возбуждения (магнитные полюсы) - на роторе.

Схема двухполюсного синхронного генератора этого типа была дана нами на рис. 169. Для вращения ротора синхронного генератора устанавливают первичный двигатель. В качестве первичного двигателя применяются паровые или гидравлические турбины и реже двигатели внутреннего сгорания (дизели). В первом случае синхронные генераторы называются турбогенераторами и гидрогенераторами, во втором случае - дизельгенераторами.

Синхронные двигатели

Синхронные машины, как и другие типы электрических машин, обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Конструкция синхронного двигателя мало отличается от конструкции синхронного генератора. На статоре синхронного двигателя расположена трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Ротор синхронного двигателя, обычно явнополюсный, имеет обмотку возбуждения, которая получает постоянный ток от специального генератора постоянного тока - возбудителя.

Если обмотку статора синхронного двигателя включить в сеть трехфазного тока, то внутри статора возникнет вращающееся магнитное поле. Скорость вращения поля определяется формулой

n0 =	f1 ⋅ 60	,
	p

где f₁ - частота тока сети;

р - число пар полюсов поля.

При подаче постоянного тока в обмотку возбуждения ротора возникнет магнитное поле полюсов ротора. Но, несмотря на наличие вращающегося магнитного поля, ротор будет оставаться неподвижным. Это объясняется следующим.

Допустим, что скорость вращающегося магнитного поля (синхронная скорость) n₀ = 3000 об/мин или 50 об/сек. С такой высокой скоростью вращающееся магнитное поле будет вращаться вокруг неподвижного ротора. Силы взаимодействия между полюсами вращающегося поля и полюсами ротора будут направлены поочередно то в одну, то в другую сторону. Поэтому ротор, обладающий определенной массой, а следовательно, и инерцией, не может тронуться с места и развить необходимую скорость.

Отсутствие начального пускового момента является большим недостатком синхронных двигателей, который долгое время препятствовал широкому распространению этих двигателей.

Сложность пуска синхронных двигателей состоит в том, что нужно предварительно осуществить разгон ротора до синхронной или почти синхронной скорости. Только в этом случае начнут взаимодействовать полюсы вращающегося магнитного поля и полюсы ротора, в результате чего ротор войдет в синхронизм и будет вращаться с той же скоростью, что и поле, т. е. синхронно.

Глава двенадцатая. Асинхронные двигатели