Пуск в ход асинхронных электродвигателей

Пусковые свойства двигателя
Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются его пусковыми характеристиками:
а) величиной пускового тока I_п или его кратностью I_п/ I_1н;
б) величиной пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_н;
в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;
г) сложностью пусковой операции;
д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

В начальный момент пуска скольжение s = 1, поэтому, пренебрегая током холостого хода, величина пускового тока I_п будет равна

I_п = U₁ / (√ [(r₁ + r’₂)² + (x₁ + x’₂)²]).

Следовательно, улучшить пусковые свойства двигателя можно путем увеличения активного сопротивления цепи ротора r’₂, так как в этом случае уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. В то же время напряжение U₁ по-разному влияет на пусковые характеристики: с уменьшением U₁ пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно это вызывает уменьшение пускового момента. Возможность применения того или иного способа улучшения пусковых характеристик определяется условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые к нему предъявляются.

Пуск в ход двигателя с короткозамкнутым ротором
Пуск в ход двигателя непосредственным включением в сеть. Этот способ пуска отличается от других своей простотой. Однако в момент подключения двигателя к сети в цепи статора возникает большой пусковой ток, в 5-7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При малой инерционности исполнительного механизма скорость двигателя очень быстро возрастает до установленного значения, и ток спадает, достигая величины, соответствующей нагрузке двигателя. В этих условиях пусковой ток не представляет опасности для двигателя, поскольку он быстро спадает и не может вызвать перегрева обмоток машин. Но значительный бросок тока в цепи двигателя влияет на питающую сеть и при недостаточной мощности последней это влияние может выразиться в заметных колебаниях напряжения сети. Однако при современных мощных энергетических системах и сетях двигатели с короткозамкнутым ротором, как правило, запускаются непосредственным включением в сеть на полное напряжение.

При необходимости уменьшения пускового тока применяют какой-либо из способов пуска при пониженном напряжении.

Пуск в ход двигателя при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению U₁, поэтому уменьшение напряжения U₁ сопровождается соответствующим уменьшением пускового тока.

Имеется несколько способов понижения напряжения U₁ в момент пуска. Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмотки статора треугольником, у которых фазное напряжение равно напряжению сети, может быть применен пуск в ход переключением обмотки статора со звезды на треугольник. В момент подключения двигателя к сети переключатель устанавливают в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной звездой. В этом случае фазное напряжение на статоре понижается в √3 раз. Во столько же уменьшается и ток в фазных обмотках двигателя. Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении треугольником он больше фазного в √3 раз. Следовательно, применение способа пуска в ход переключением статорной обмотки со звезды на треугольник дает уменьшение пускового (линейного) тока в три раза по сравнению с пусковым током при непосредственном подключении двигателя к сети. После того как ротор двигателя разгонится до скорости, близкой к номинальной, переключатель быстро переводят в положение «треугольник». Возникший при этом бросок тока обычно невелик и не влияет на работу сети. Однако описанный способ пуска имеет серьезный недостаток. Дело в том, что уменьшение фазного напряжения в √3 раз при пуске влечет за собой уменьшение пускового момента в (√3)² = 3 раза, так как пусковой момент двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения. Такое значительное уменьшение пускового момента ограничивает применение этого способа пуска для двигателей, включаемых под нагрузкой на валу.

Снижение напряжения U₁ при пуске в ход асинхронного двигателя может быть достигнуто также с помощью реакторов или автотрансформатора. Порядок включения следующий. При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 1. Ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы Р, в которых происходит падение напряжения jI₁x_p (здесь x_p – индуктивное сопротивление реактора). В результате на выводы статорной обмотки двигателя подводится пониженное напряжение Ù’₁ = Ù₁ - jI₁x_p. После того как ротор двигателя разгонится и пусковой ток спадет, включают рубильник 2, и двигатель оказывается под полным напряжением сети U_1н.

Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в Ù₁/U_1н раз сопровождается уменьшением начального пускового момента М_п двигателя в (Ù₁/U_1н)² раз. Необходимое сопротивление реактора определяется по формуле:

x_p = [U_1н(1 - K_p)]/K_pI_п,

где U_1н – номинальное (фазное) напряжение статорной обмотки;
K_p = I’_п /I_п – отношение пускового тока статора при пуске к пусковому току двигателя при пуске непосредственным включением в сеть; обычно K_p = 0,65.

При автотранспортном пуске вначале замыкают рубильник 1, соединяющий звездой обмотки автотрансформатора. Затем замыкают рубильник 2, и двигатель оказывается включенным на пониженное напряжение U’₁. При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К_а раз, где К_а – коэффициент трансформации автотрансформатора. Ток, измеренный на входе автотрансформатора, уменьшается в К²_а раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток в К_а раз меньше вторичного, а поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К_а ∙К_а = К²_а раз.

После того как ротор двигателя придет во вращение, рубильник 1 размыкают, и автотрансформатор превращается в реактивную катушку. При этом напряжение на выводах статорной обмотки несколько повышается. Включением рубильника 3 на зажимы двигателя подается полное напряжение сети U_1н. Таким образом, автотрансформаторный пуск происходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводят напряжение, равное 50-70% от номинального; на второй ступени, где трансформатор служит реактором, напряжение составляет 70-80% от номинального. Так как применение автотрансформатора дает уменьшение пускового тока в К²_а раз

I’_п = I_п / К²_а,

то мощность, на которую должен быть рассчитан пусковой автотрансформатор,

S_a = 3U_1н I_п (1 / К²_а),

где U_1н – номинальное (фазное) напряжение статорной обмотки;
I_п - пусковой ток двигателя при пуске непосредственным включением в сеть.

Автотрансформаторный способ пуска, как и другие способы пуска асинхронных двигателей, основанные на уменьшении подводимого напряжения, сопровождается уменьшением пускового момента, так как величина последнего прямо пропорциональна квадрату напряжения. С точки зрения пусковых токов и пусковых моментов, автотрансформаторный способ пуска выгоднее реакторного, так как при одинаковом уменьшении напряжения пусковой ток при реакторном способе пуска уменьшается в U’₁ / U_1н раз, а при автотрансформаторном способе пуска – в (U’₁ / U_1н)² раз. Но сложность пусковой операции и высокая стоимость аппаратуры несколько ограничивают применение автотрансформаторного способа пуска асинхронных двигателей.

35 вопрос

Дата добавления: 2015-05-06