ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

Пуск асинхронного двигателя. При пуске двигателя по возможности должны удовлетво­ряться основные требования: процесс пуска должен осуществ­ляться без сложных пусковых устройств; пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи - по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавля­ют и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используют двигатели: необходимость плавного пуска, максимального пускового момента и пр.

Практически используют 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.

Рис. 9-9. Схема прямого пуска асинхронного двигателя (а)

и графики изменения моментов и тока (б)

Прямой пуск. Этот способ применяют 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.

Двигатели обычно пускают с помощью электромагнитного выключателя К -магнитного пускателя (рис.9-9, а) и разгоня­ют автоматически по естественной механической характеристи­ке Μ (рис.9-9, б) от точки П, соответствующей начальному моменту пуска, до точки Р, соответствующей условию М = М _ст. Если в начальный момент пуска М _п <М _ст, двигатель разогнаться не сможет.

Отношение моментов M _п /M _ном = k _п.мназывают кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозам­кнутым ротором мощностью 0,6... 100 кВт ГОСТом установ­лено k _п.м= 1,0...2,0; мощностью 100...1000 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 таксисе большой бросок пускового тока, в 5...7 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 показа­телем (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 Δ на пусковую схему Υ. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в раз, что обусловливает уменьшение фазных токов 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.9-10, а). После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором К1;

Рис. 9-11. Механические характеристики при включении обмотки

статора двигателя по схемам У и Δ (а) и графики изменения Μ и I ₁

при пуске двигателя путем переключения обмотки статора с Υ на

Δ (б)

в) подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТр (рис.9-10, 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 при пуске двигателей без нагрузки или при незначительной нагрузке.

На рис. 9-11 для примера приведены механические харак­теристики двигателя при номинальном и пониженном напря­жении, т. е. при соединении обмотки статора по схемам Υ и Δ, а также графики изменения тока I ₁ и момента Μ при пуске двигателя путем переключения обмотки статора с нормальной схемы Y на пусковую Δ. При соединении по схеме Υ максимальный и пусковой моменты уменьшаются в 3 раза, вследствие чего двигатель не в состоянии осуществить пуск механизма с нагрузочным моментом М _н.

Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Этот способ при­меняют для пуска двигателей с фазным ротором. Если в цепь ротора включить пусковой реостат R _п, то активное сопротивление цепи ротора увеличится, а пусковой момент возрастает от значения М _пдо значения М' _п. Одновременно повышается критическое скольжение, а по­этому зависимость M=f(s) сдвигается в область больших скольжений, а зависимость n₂ = f(M) - в область меньших частот вращения (рис.9-12,а, б, кривые 1 - 4).

Рис. 9-12. Механические характе­ристики получаемые при включении реостата

в цепь ротора асинхронного двигателя

Пусковой реостат имеет обычно три - шесть ступеней (рис.9-13, а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пускового момента двигателя. Сначала двигатель пускается по характеристике 4 (рис.9-13, б), соответствующей сопротивлению пускового реостата R _п3 = R _доб1 + R _доб2 + R _доб3, и развивает вращающий момент М _пmax. По мере увеличения частоты вращения вращающий момент Μ уменьшается и может стать меньше некоторого момента M_пmin. Поэтому при M=M _пminчасть пускового реостата R _доб3 выводят, замы­кая контактор КЗ. Вращающий момент при этом мгновенно возрастает до М _пmax, а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике 3, соответствующей сопротивлению реостата R _п2 ⁼ R _доб1 + R _доб2. При дальнейшем уменьшении момента Μ до M _пmin часть реостата R _доб2 снова выключается контактором К2, и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей сопротив­лению R _п1= R _доб1.

Таким образом, при постепенном (ступен­чатом) уменьшении сопротивления пускового реостата вра­щающий момент двигателя изменяется от М _пmax до M _пmin, а частота вращения возрастает по ломаной кривой, показанной на рис.9-13, 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≈М_тах и резко уменьшить пусковой ток.

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 cosφ ₁ проходят ниже). В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска, когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент.

Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя. Частота вращения асинхронного двигателя

(9-17)

Из формулы (9-17) следует три принципиально возмож­ных метода регулирования асинхронных двигателей: измене­ние частоты f (частотное регулирование), числа полюсов 2р (полюсное регулирование)и скольжения s. Скольжение s обычно изменяют путем изменения потерь в цепи ротора с помощью реостата (роторное регулирование), но в некоторых случаях для этого изменяют величину пита­ющего напряжения.

Частотное регулирование. Этот способ регулирования частоты вращения позволяет применять наиболее надежные и дешевые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Однако для изменения частоты питающего на­пряжения требуется наличие источника электрического тока переменной частоты. В качестве последнего используют либо синхронные генераторы с переменной частотой враще­ния, либо преобразователи частоты — электромашинные или статические, выполненные на управляемых полупроводни­ковых вентилях (транзисторах или тиристорах).

Существенное изменение величины потока Ф при регулировании n нежелательно, так как увеличение Ф против нормального вызывает увеличение насыщения магнитной цепи и сильное увеличение намагничивающего тока, а уменьшение Ф вызывает недоиспользование машины, уменьшение перегрузочной способности и увеличение тока I ₂ при том же значении М (из равенства )и т.д. Поэтому в большинстве случаев целесообразно поддерживать Ф=const. При этом одновременно с регулированием частоты пропорционально ей необходимо изменять также напряжение, т.е. поддерживать

U₁/f₁=const, (9-18)

что является выражением закона Костенко.

Закон Костенко — характеристики асинхронного дви­гателя при частотах питающего напряжения, отличных от номинальной, зависят от соотношения между напряжением сети U₁ и частотой f_1, т. е. питающее напряжение следует изменять прямо пропор­ционально его частоте. При этом мощность двигателя увеличивается прямо пропорционально возрастанию частоты вращения.

При широком диапазоне регулирования правильнее поддерживать

Ф=E₁/f₁=const.

К недостаткам частотного регулирования относится громоздкость и высокая стоимость питающей установки.

Полюсное регулирование. Такое регу­лирование позволяет получить ступенчатое изменение часто­ты вращения. На рис.9-14 показана простейшая схема (для одной фазы), позволяющая изменять, позволяющая изменять число полюсов обмотки статора в 2 раза. Для этого каждую фазу обмотки статора разделяют на две части, которые переключают с последовательного соединения на параллельное. Из рис. 9-14 видно, что при включении катушек 1—2 и 3—4 в две параллельные ветви число полюсов уменьшается в 2 раза, а следовательно, частота вращения магнитного поля уве­личивается в 2 раза.

При переключении число последовательно включенных витков в каждой фазе уме­ньшается вдвое, но так как частота вращения возраста­ет в 2 раза, ЭДС, индуци­рованная в фазе, остается неизменной. Следовательно, двигатель при обеих часто­тах вращения может быть подключен к сети с один­аковым напряжением. Что­бы не осуществлять пере­ключения в обмотке рото­ра, последнюю выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь три или че­тыре частоты вращения, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переклю­чении которой можно по­лучить дополнительно две частоты. Асинхронные двигатели с переключением числа полюсов называют многоскоростными.

Рис. 9-15. Принципиальные схемы соединения обмотки ста­тора

с переключением числа полюсов (а — г) в отношении

2:1 и механические характеристики двигателей при таком

переключении (д, е)

На рис.9-15 показаны наиболее часто употребляемые схемы соединений обмотки статора с переключением числа полюсов в отношении 2:1. Схемы, приведенные на рис. 9-15, a, б, обеспечивают переключение при постоянном моменте, а схемы, приведенные на рис. 9-15, в, г, — при приблизительно постоянной мощности.

Механические характеристики двигателя при переключе­нии полюсов двумя рассмотренными методами приведены на рис.9-15, д, кривые 1 и 2 — при постоянном моменте, кривые 3 и 4 — при постоянной мощности.

Многоскоростные двигатели имеют следующие недостатки: большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения, а, следовательно, и большую стои­мость. Кроме того, регулирование осуществляется большими ступенями; при частоте f ₁ = 50 Гц частота вращения поля п ₁при переключениях изменяется в соотношении 3000:1500:1000:750.

Регулирование путем включения реостата в цепь ротора. При включении в цепь ротора добавочных активных сопро­тивлений R _доб1, R _доб2, R _доб3 и других изменяется форма зависимости M=f(s) и механической характеристики n₂ = f(M) двигателя (рис. 9-16, а). При этом некоторому нагрузочному моменту М _нсоответствуют скольжения s_l, s₂, s₃,..., большие, чем скольжение s_e при работе двигателя на естественной характеристике (при R _доб = 0). Следовательно, установившаяся частота вращения двигателя уменьшается (рис.9-16, б).

Рис. 9-16. Изменение формы механической характеристики при

регулировании частоты вращения с помощью добавочного

активного сопротивления

Этот метод регулирования может быть использован толь­ко для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатка­ми его являются: а) большие потери энергии в регулировоч­ном реостате; б) чрезмерно «мягкая» механическая характе­ристика двигателя при большом сопротивлении в цепи рото­ра. В некоторых случаях последнее является недопустимым, так как небольшому изменению нагрузочного момента соответствует существен­ное изменение частоты вращения.

Поиск по сайту: