Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором

При наличии электрической сети достаточной мощности, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором осуществляется путем прямого включения двигателя в сеть. Этот способ запуска наиболее прост, но он сопровождается повышенным значением тока, что должно быть учтено при расчете сети питания.

В таблице приведены соотношения между пусковыми и номинальными значениями токов и механических моментов для двигателей нормального исполнения с различной синхронной частотой вращения мощностью от 5 до 100 кВт.

n об./мин	I п / I н	M п/ M н	M max/ M н
	6, 5 … 6	1, 4…1, 1	1, 8
		1, 3…1, 1	1, 8
	5, 5	1, 1	1, 6

 

Из таблицы следует, что пусковой ток асинхронных двигателей больше номинального в 6…7 раз. В зависимости от величины пускового тока и длительности запуска проектируется система защиты двигателей от перегрузок и различных аварийных ситуаций, поэтому иногда необходимо создавать устройства ограничения пускового тока.

Ограничение пускового тока двигателей с фазным ротором может быть достигнуто использованием схемы запуска, описанной в предыдущем разделе. Для этого достаточно увеличить сопротивления резисторов, включенных последовательно с обмоткой ротора. Но не следует забывать о том, что при дальнейшем увеличении сопротивлений, включенных последовательно с обмоткой ротора, снижается пусковой механический момент асинхронного двигателя.

Ограничение пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором можно получить различными способами. В простейшем случае на время пуска двигателя последовательно с обмоткой статора включается трехфазный резистор определенного сопротивления. Величина этого сопротивления выбирается из условия, получения пускового тока большего номинального в 2…2, 5 раза. Пуск двигателя может проводиться в несколько этапов. На рис. 6.43 представлена схема пуска двигателя с ограничением тока с помощью резисторов.

 

Рис. 6.43

На рис. 6.44 представлена временная диаграмма срабатывания контакторов схемы управления двигателем.

 

Рис. 6.44

 

В момент времени срабатывает контактор , подключая своими контактами обмотку двигателя к сети питания. Контакты контакторов и разомкнуты, и последовательно с двигателем включены резисторы и . В момент времени срабатывает контактор , шунтируя резистор . В момент времени срабатывает контактор , шунтируя резистор . Величина сопротивлений и , а также длина отрезков времени и рассчитываются исходя из параметров двигателя и условий запуска.

Наиболее эффективным является пуск двигателей с помощью автотрансформатора (рис. 6.45).

 

Рис. 6.45

 

Перед подключением автотрансформатора к сети напряжение на выходе , равное напряжению на статорной обмотке двигателя , должно быть в 3…4 раза меньше номинального.
В такое же число раз уменьшается и пусковой ток. После подключения к питающей сети напряжение на зажимах увеличивается постепенно с таким условием, чтобы ток статора двигателя не превышал допустимого значения.

Мощность автотрансформатора схемы запуска может быть несколько меньшей мощности двигателя, так как он работает кратковременно, лишь во время пуска. После запуска двигателя автотрансформатор может быть отключен.

Таким образом, уменьшение пускового тока достигается умень­шением напряжения на обмотке статора при его запуске. Снижение напряжения на статорной обмотке при пуске двигателя можно получить путем переключения ее со «звезды» на «треугольник» (рис. 6.46).

 

Рис. 6.46

 

Речь идет о двигателях, статорная обмотка которых в нормальном режиме работы соединена «треугольником». Если линейное напряжение сети питания равно 380 В, то таким способом
могут быть запущены двигатели с номинальным напряжением D/Y– 380/660 В. Схема запуска такого двигателя изображена
на рис. 6.46.

Временная диаграмма срабатывания контакторов изображена на рис. 6.47.

Рис. 6.47

 

В момент времени срабатывают одновременно контакто-
ры и . При замкнутых контактах обмотка двигателя соединена «звездой». Фазные напряжения в этом случае меньше линейного в раз. В момент времени размыкаются контакты контактора и замыкаются контакты контактора . Обмотка двигателя в этом случае соединена «треугольником», так как контактами соединен с , - с и - с . Фазный ток увеличивается в раз, а линейный ток - в 3 раза. Таким образом, такой способ запуска двигателя позволяет уменьшить пусковой ток в 3 раза. Но не следует забывать о том, что и пусковой момент двигателя в этом случае уменьшается.

6.21. Двигатели со специальной роторной обмоткой
и улучшенными пусковыми характеристиками

Основным недостатком асинхронных двигателей является малая величина механического момента на его валу, в момент пуска равная 1, 1…1, 3 номинального момента.

Рис. 6.48

Пусковые характеристики двигателя могут быть улучшены. Как следует из вышеприведенных теоретических соотношений, момент можно увеличить за счет увеличения сопротивления обмотки ротора при малых частотах вращения или при скольжениях, больших» 0, 3. При скорости, близкой к номинальной, желательно иметь минимальное сопротивление роторной обмотки, а при запуске двигателя - увеличенное. Эффект изменения активного сопротивления ротора получают путем использования специальной роторной обмотки в форме двойного беличьего колеса. При изготовлении обмотки ротора в каждом пазу укладывается по два проводника, расположенных на разной глубине. Внешняя обмотка служит для пуска; внутренняя обмотка, выполненная тоже в форме беличьего колеса, обеспечивает нормальный режим работы. Активные стороны внешнего беличьего колеса выполнены проводом меньшего сечения, обеспечивая большее сопротивление по отношению
к сопротивлению внутреннего беличьего колеса. Сопротивление внешнего беличьего колеса в 4-5 раз больше внутреннего. Индуктивное сопротивление внутренней обмотки больше, чем индуктивность внешней, так как поток рассеяния вокруг этих проводников встречает на своем пути большое сопротивление воздушного зазора (рис. 6.48).

На рис. 6.48 проводник «» обмотки ротора в виде двойного беличьего колеса имеет меньшее сечение, чем проводник . Активное сопротивление проводника «» в 4-5 раз больше. Часть магнитного потока этого проводника, расположенного в открытом пазу, замыкается через воздушный зазор по статору. Магнитный поток внутреннего проводника «» замыкается практически по магнитопроводу ротора.

Таким образом, эффективное активное сопротивление внешнего проводника больше, а его индуктивность меньше, чем соответствующие параметры внутреннего проводника «». Кроме обмотки ротора, называемой «двойным беличьим» колесом, для улучшения механических характеристик используют обмотки роторов с углубленными пазами (рис. 6.49).

 

 

Рис. 6.49

 

На этом рисунке представлены различные формы пазов роторов асинхронных двигателей. Физические процессы, происходящие в роторе с углубленными пазами, аналогичны вышеописанным процессам.

В момент пуска двигателя, когда ротор еще не вращается (), частота тока обмотки ротора равняется частоте сети.
В этом случае полное сопротивление внутренней обмотки определяется большим реактивным индуктивным сопротивлением. В это же время полное сопротивление внешней обмотки определяется
в основном резистивным сопротивлением.

Ток внутренней обмотки реактивный и не участвует в создании механического момента. Ток внешней обмотки создает большой пусковой момент. При увеличении частоты вращения частота токов обмоток уменьшается, и влияние реактивного индуктивного сопротивления внутренней обмотки на распределение токов тоже уменьшается. При номинальной частоте вращения большая часть суммарного тока ротора проходит по внутренней обмотке и результирующее сопротивление ротора мало.

Рис. 6.50

Механическую характеристику асин­хронного двигателя с углубленными пазами (кривая 3 на рис. 6.50) можно рассматривать как сумму характеристик двигателя с относительно большим сопротивлением ротора (кривая 1 на рис. 6.50)
и двигателя с относительно малым сопротивлением роторной обмотки (кривая 2
на рис. 6.50).

Двигатели с углубленными пазами проще в изготовлении, чем двигатели с двойным беличьим колесом.