И графики изменения моментов и тока

 

Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и М _ст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска М _п < М _стдвигатель разогнаться не сможет.

Значение начального пускового момента можно получить из формулы (2.46а), приняв s = 1:

M_n = m₁U²₁R´₂/{ω₁ [(R₁ + R´₂)² + (X₁ + X´₂)²]}. (2.58)

Отношение моментов М _п /М _ном= называют кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6—100 кВт ГОСТом установлено k _п.м= 1,0 ÷ 2,0; мощностью 1001000 кВт k _п.м= 0,7 ÷ 1,0.

Получение кратностей пускового момента, больших регламентированных ГОСТом, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора, либо с изменением конструкции ротора, что ухудшает энергетические показатели двигателя.

Недостатком данного способа пуска кроме сравнительно небольшого пускового момента является также большой бросок пускового тока, в пять — семь раз превышающий номинальное значение тока.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного подключения обмотки статора к сети широко применяют благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cosφ₁, k _ми др.).

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями:

а) переключением обмотки статора с помощью переключателя с нормальной схемы ∆ на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3 раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в √3 раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на нормальную схему;

б) включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений (рис. 2.28, а). При этом на указанных сопротивлениях создаются некоторые падения напряжения ΔU _доб, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора подается пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДС E _2s, индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате уменьшается падение напряжения Δ U _доб на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором К 1;

в) подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТр (рис. 2.28, б), который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующей аппаратурой.

Недостатком указанных методов пуска путем понижения напряжения является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузки.

На рис. 2.29 для примера приведены механические характеристики двигателя при номинальном и пониженном напряжении, т. е. при соединении обмотки статора по схемам Y и Δ, а также графики изменения тока I ₁ и момента М при пуске двигателя путем переключения обмотки статора со Y на Δ. При соединении по схеме Y максимальный и пусковой момент уменьшаются в три раза, вследствие чего двигатель не в состоянии осуществить пуск механизма с нагрузочным моментом М_н.

 

Рис. 2.28 - Схемы включения асинхронного двигателя

При пуске с понижением напряжения

Рис. 2.29 - Механические характеристики при включении обмотки статора двигателя

по схемам Y и Δ (а) и графики изменения М и I₁, при пуске двигателя

путем переключения обмотки статора со Y на Δ(б)

 

Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Этот способ применяют для пуска двигателей с фазным ротором. Если в цепь ротора включить пусковой реостат R _пто активное сопротивление цепи ротора увеличится, вследствие чего точка К на круговой диаграмме (рис. 2.30, а) сместится ближе к точке О (точка К^'). При этом максимальный момент (отрезок )не изменяется, а пусковой момент возрастает от значения М _пдо М' _птак как увеличивается отрезок , пропорциональный этому моменту. Одновременно повышается критическое скольжение, а поэтому зависимость М =f(s) сдвигается в область больших скольжений, а зависимость п ₂= f (М) — в область меньших частот вращения (рис. 2.30, б и в, кривые 1 — 4).

Для того чтобы пусковой момент был равен максимальному, необходимо так подобрать сопротивление пускового реостата R _п, чтобы точка К' находилась вблизи точки А _м. Это условие выполняется при R' _п + R' ₂ + R ₁≈ Х ₁+ Х' ₂. Включение сопротивления R _пуменьшает также и пусковой ток двигателя, так как в этом случае

. (2.59)

Пусковой реостат имеет обычно три — шесть ступеней (рис. 2.31, а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пускового момента двигателя. Сначала двигатель пускается по характеристике 4 (рис. 2.31, б), соответствующей сопротивлению пускового реостата R _п3 = R _до61 + R _до62 + R _доб3, и развивает вращающий момент М _{п mах}.

 

Рис. 2.30 - Круговая диаграмма при включений реостата в цепь ротора асинхронного двигателя и получаемые при этом механические характеристики

 

 

Рис. 2.31 - Схема реостатного пуска асинхронного двигателя

 

По мере увеличения частоты вращения вращающий момент М уменьшается и может стать меньше некоторого момента M _{п min}. Поэтому при М = M _{п min} часть пускового реостата R _доб3 выводят, замыкая контактор КЗ. Вращающий момент при этом мгновенно возрастает до М_{п mах}, а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике 3, соответствующей сопротивлению реостата R _п2 = R _доб1 + R _доб2. При дальнейшем уменьшении момента М до M _{п min} часть реостата R _доб2 снова выключается контактором К2 и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей сопротивлению R _пl = R _доб1. Таким образом, при постепенном (ступенчатом) уменьшении сопротивления пускового реостата вращающий момент двигателя изменяется от М_{п mах} до M_{п min}, а частота вращения возрастает по ломаной кривой, показанной на рис. 2.31, б жирной линией. В конце пуска пусковой реостат полностью выводят контактором К1, обмотка ротора замыкается накоротко, и двигатель переходит на работу по естественной характеристике 1. Выключение отдельных ступеней пускового реостата в процессе разгона двигателя может осуществляться вручную или автоматически. Таким образом, посредством реостата, включенного в цепь ротора, можно осуществить пуск двигателя при М _п≈ M _max и резко уменьшить пусковой ток.

На рис. 2.31, в показан характер изменения тока I ₁ и частоты вращения n ₂при пуске двигателя рассматриваемым способом. Ток также изменяется по ломаной кривой между двумя крайними значениями I _max и I _min.

Недостатком данного способа является его относительная сложность и необходимость применения более дорогих двигателей с фазным ротором. Кроме того, указанные двигатели имеют несколько худшие рабочие характеристики, чем двигатели с короткозамкнутым ротором такой же мощности (кривые η и cosφ₁ проходят ниже). В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска, когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент.