Пуск АД. Механические характеристики АД при пуске

Лекция13

При пуске АД, также как и при пуске ДПТ, приходится сталкиваться с двумя проблемами:

1. Создание необходимого для успешного запуска начального (пускового) электромагнитного момента;

2. Ограничение пусковых токов, которые у АД превышают номинальное значение в 10 и более раз (I_ПУСК≥ 10·I_НОМ.).

Если подключить неподвижный асинхронный двигатель к питающей сети, то в нем будут иметь место следующие физические процессы.

Как известно электромагнитный вращающий момент АД равен

где С_ЭМ – электромагнитная постоянная двигателя, которая зависит от способа соединения обмоток двигателя, а также от числа пар полюсов;

Ф – магнитный поток двигателя в зазоре между статором и ротором;

I₂ – действующее значение тока ротора;

ψ₂ – угол сдвига фаз между ЭДС (Е₂), наведенной в обмотке ротора, и током в обмотке ротора I₂.

Величины модулей Е₂ и I₂ зависят от относительной скорости пересечения силовыми линиями вращающегося магнитного поля обмоток ротора. Очевидно, что при неподвижном роторе относительная скорость имеет наибольшее значение и соответственно Е₂ и I₂ будут также иметь наибольшие значения (в частности I₂= I_ПУСК). По мере разгона ротора значения Е₂ и I₂ будут уменьшаться и при скорости вращения ротора, равной скорости вращающего магнитного поля (ω=ω₀), Е₂ и I₂ будут иметь нулевые значения. При этом эти процессы можно графически представить в виде векторной диаграммы (рис. 3.11.)

Ф

I₂

ψ₂

E₂

Рисунок 3.11 – Векторная диаграмма

В начальный момент запуска АД (ротор неподвижен) ток в обмотке ротора принимает наибольшее значение, равное пусковому току. При этом величина пускового тока может оказаться недопустимо большой и привести к перегреву двигателя и как следствие к преждевременному выходу из строя его изоляции. С другой стороны даже при таком большом значении тока, значение электромагнитного момента может оказаться недостаточным для запуска двигателя. При данных условиях (ротор неподвижен) индуктивное сопротивление обмотки ротора Х₂=2·π·L₂·f₂ будет принимать максимально возможное значение, так как f₂=f₁·S (при S=1, f₂=f₁), то есть индуктивное сопротивление обмотки ротора при этих условиях значительно превосходит активное сопротивление ротора (X₂>>R₂). А это значит, что угол ψ₂ стремится к π/2 и соответственно cosψ₂ стремится к нулю.

Таким образом, для обеспечения успешного и качественного запуска АД необходимо ограничить пусковой ток при одновременном увеличении пускового момента. Эта задача может быть решена принципиально либо увеличением активной составляющей обмотки ротора, что одновременно позволит уменьшить ток I₂ и увеличить cosψ₂, либо снижением частоты питающего напряжения в момент запуска, что также позволит ограничить ток I₂ и увеличить cosψ₂.

Поэтому для АД принимают следующие способы запуска:

1) Для короткозамкнутых АД малой мощности обычно применяют, так называемый, прямой пуск;

2) Для короткозамкнутых АД средней мощности, не требующих частого запуска, применяют способы пуска, связанные со снижением напряжения подводимого к статору

a) Переключение со звезды на треугольник;

b) Реакторный пуск;

c) Автотрансформаторный пуск.

3) Для короткозамкнутых АД большой мощности в настоящее время применяют частотный запуск, который заключается в том, что пуск начинают при минимальном напряжении и частоте питающей сети. По мере разгона двигателя частоту и напряжение увеличивают, заканчивают пуск при номинальных значениях частоты и напряжения;

4) Для АД с фазным ротором средней и большой мощности используют реостатный пуск.