Пуск в ход асинхронных двигателей

При пуске двигателя в ход должны по возможности удовлетворяться следующие основные требования: процесс пуска должен быть простым и осуществляться без сложных пусковых устройств, пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи — по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляются и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используются двигатели: необходимость плавного пуска, наибольшего пускового момента и пр. Практически используются следующие способы пуска: непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск); понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске; подключение к обмотке ротора пускового реостата.

Прямой пуск применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Однако при прямом пуске двигателей большой мощности, особенно при подключении их к недостаточно мощным электрическим сетям, могут возникать чрезмерно большие падения напряжения (свыше 10—15%). В этом случае прямой пуск для двигателей с короткозамкнутым ротором не применяют и пускают их при пониженном напряжении.
Прямой пуск асинхронного двигателя широко применяют в технике. Недостатками его являются большой пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент.

Пуск при пониженном напряжении применяется для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения осуществляется следующими способами:

переключением обмотки статора при пуске с рабочей схемы «треугольник» на пусковую схему «звезда». В этом случае фазное напряжение, подаваемое на обмотку статора, уменьшается в ?З раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в ?З раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на схему «треугольник»;

включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных резисторов или реакторов. При этом на указанных аппаратах создаются некоторые падения напряжения ?U, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора будет приложено пониженное напряжение U1 — ?U. По мере увеличения частоты вращения ротора двигателя уменьшается э. д. с, индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток. В результате этого уменьшается падение напряжения ?U и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение;

подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор. Последний может иметь несколько ступеней, которые в процессе пуска двигателя переключаются соответствующей аппаратурой.

Недостатком всех указанных способов является значительное уменьшение пускового и наибольшего моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Поэтому они могут применяться только при пуске двигателя без нагрузки.

Пуск с помощью пускового реостатаприменяется для двигателей 1 с фазным ротором (рис. 265, а). Пусковой реостат 2 обычно имеет четыре — шесть ступеней, что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление Rп, поддерживая высокое значение пускового момента на все время, разгона двигателя. При пуске предварительно устанавливают пусковой реостат в положение, при котором он имеет максимальное

Рис. 265. Схема включения асинхронного двигателя с пусковым реостатом (а) и механические характеристики двигателя при пуске (б)

сопротивление R_п4 = R_{п max}, после чего подключают обмотку статора к сети трехфазного тока. При этом двигатель пускается по характеристике 4 (рис. 265,б) и развивает в начале пуска вращающий момент Mпmax.

По мере увеличения частоты вращения ротора вращающий момент двигателя, как видно из его механической характеристики, уменьшается и может стать меньше некоторого момента M_{п min}. Поэтому при уменьшении вращающего момента до M_{п min} часть сопротивления пускового реостата выводят. При этом вращающий момент двигателя возрастает до M_{п max}, а затем с увеличением частоты вращения будет изменяться по характеристике 3, полученной при сопротивлении пускового реостата R_п3 < R_п4. При дальнейшем уменьшении вращающего момента до M_{п min} часть сопротивления реостата снова выключается, и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей сопротивлению R_п2 < R_п3.

Таким образом, в процессе пуска двигателя сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшают и вращающий момент двигателя изменяется в пределах от M_{п max} до M_{п min} по ломаной кривой, показанной на рис. 265, б жирной линией. В конце пуска пусковой реостат полностью выводят, обмотка ротора двигателя замыкается накоротко и двигатель переходит на работу по естественной характеристике 1. Отдельные ступени пускового реостата в процессе разгона двигателя могут выключаться вручную или автоматически. Таким образом, путем включения реостата в цепь обмотки ротора можно осуществить пуск двигателя при M_п ? M_{п max} и резко уменьшить пусковой ток.

Недостатком этого способа является относительная сложность пуска, возникновение потерь энергии в пусковом реостате и необходимость применения более сложных и дорогих двигателей с фазным ротором. Кроме того, эти двигатели имеют несколько худшие рабочие характеристики, чем двигатели с короткозамкнутым ротором такой же мощности (кривые ? и cos?₁ идут у них ниже). В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска (когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент), при малой мощности электрической сети или при необходимости плавного регулирования частоты вращения.

При большом пусковом токе возникают колебания напряжения шахтной электросети, отрицательно влияющие на работу, как самого двигателя, так и других приемников, подключенных к сети, поскольку при этом снижаются вращающие моменты двигателей, световые потоки ламп и т. д. Кроме пускового тока необходимо ограничивать ускорения и особенно стараться избежать рывка, величина которого, является производной от ускорения (м/с³). Чрезмерное ускорение и рывок опасны для прочности конструкции. Особенно это недопустимо в транспортных устройствах для перевозки подъема людей из шахты. В зависимости от величины статического момента различают следующие режимы пуска: легкий, когда начальный статический моментМс,не превышает 40% номинального значения (насосы, вентиляторы, турбокомпрессоры, преобразовательные электромашинные агрегаты);

Пуск двигателей в простейших системах электропривода осуществляют с помощью пускового реостата. Большинство асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, применяют; для привода горных машин, запускают непосредственным включением на полное напряжение сети. И лишь для мощных синхронных и асинхронных; двигателейскороткозамкнутым ротором в ряде случаев применяются пуск при пониженном напряжении с мощью автотрансформаторов и реакторов, включаемых на время пуска в цепь статора. В сложных системах электропривода постоянного тока пуск осуществляют плавным увеличением напряжения на якоре.

Для облегчения тяжелых условий пуска (например, мощных конвейеров) иногда используют специальные средства — различные виды муфт (электромагнитные, гидравлические и др.). В этом случаях двигатель пускается вхолостую и передача движения исполнительному органу осуществляется включением муфты до полного разгона двигателя. Однако при этом увеличивается общее время пуска рабочей машины, хотя время работы двигателя большими пусковыми токами уменьшается.