Пуск асинхронного двигателя

При пуске в ход, то есть при трогании с места и разгоне, момент, развиваемый двигателем, должен превышать момент сопротивления нагрузки, иначе двигатель не сможет разогнаться. В начальный момент пуска, когда скорость двигателя равна нулю, а скольжение – единице, ЭДС в обмотке ротора максимальна (см. 2.37), а пусковой ток в обмотке статора I₂, в соответствии с (2.40), значительно превышает номинальный рабочий ток. Соответственно возрастает и ток в обмотке статора, то есть ток, потребляемый двигателем от питающей сети. Кратность пускового тока y_п = I_П/I_НОМ для двигателей с короткозамкнутым ротором достигает 5 – 7. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС и силы тока в обмотке ротора. Соответственно уменьшается и ток в обмотке статора.

Большой пусковой ток может быть недопустимым, как для самого двигателя, так и для сети, питающей двигатель. Если пуски осуществляются часто, то большой пусковой ток приводит к повышению температуры обмоток двигателя, что может привести к преждевременному старению его изоляции. Если после подачи напряжения на двигатель, он по какой - либо причине не запустился, двигатель должен быть немедленно отключен, автоматическим устройством защиты, срабатывающим при повышенном токе, или вручную. В питающей сети при большой силе тока снижается напряжение, что влияет на работу других потребителей, подключенных к сети. Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением в питающую сеть допускается лишь в том случае, когда мощность двигателя, намного меньше мощности, на которую рассчитана сеть питания.

У двигателей с фазным ротором снижение пускового тока достигается включением в цепь ротора трехфазного пускового реостата. Активные сопротивления, включенные в цепь каждой фазы ротора, обеспечивают уменьшение тока в обмотке ротора, а значит и в обмотке статора. При этом увеличение активного сопротивления в цепи ротора обеспечивает увеличение коэффициента мощности cosψ₂, и получение достаточно большого пускового момента при уменьшенном пусковом токе. По мере увеличения скорости вращения двигателя сопротивление пускового реостата плавно или ступенчато уменьшается до нуля.

Уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно путем пуска при пониженном напряжении питания. Возможно также включение на время пуска по схеме звезда, статорной обмотки рассчитанной на соединение в треугольник. Однако при этих способах существенно снижается вращающий момент и они применимы лишь при пуске без нагрузки или при малой нагрузке. Уменьшение пускового тока при сохранении большого вращающего момента путем пуска при пониженной частоте напряжения питания.

Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, в которых желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, целесообразно применять двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: c большим пусковым моментом и меньшим, чем у двигателей общего назначения, пусковым током. Такими являются двигатели с двухклеточным и глубокопазным ротором. Форма пазов и активных проводников обмотки якоря двухклеточного и глубокопазного ротора показаны на рис. 2.30

Ротор двухклеточного двигателя имеет две короткозамкнутые обмотки: внешнюю 1 (рис. 2.30а.), или пусковую, выполненную стержнями с малым поперечным сечением из материала с пониженной электропроводностью (латуни, бронзы) и внутреннюю 2, или рабочую – выполненную стержнями с большим поперечным сечением из материала с высокой электропроводностью (меди). В начале пуска двигателя (при n = 0, s = 1) частота тока в роторе равна частоте сети. При этом индуктивные сопротивления клеток велики по сравнению с активными (X_L = 2πfL). Особенно велико индуктивное сопротивление нижней, рабочей, клетки, глубоко погруженной в тело ротора и сцепленной с большим потоком рассеяния (показан пунктирными линиями на рис. 2.30). Ток проходит в основном по верхней клетке с большим активным сопротивлением благодаря чему уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. По мере разгона двигателя частота тока ротора уменьшается в десятки раз, так как скольжение уменьшается от единицы до сотых долей ее. Следовательно индуктивное сопротивление ротора, пропорциональное частоте, уменьшается и становится незначительным и для пусковой и для рабочей обмотки. При этом ток ротора, распределяющийся между клетками обратно пропорционально их сопротивлениям, начинает протекать в основном в рабочей обмотке с малым активным сопротивлением. Таким образом, процесс пуска двухклеточного двигателя сходен с процессом реостатного пуска двигателя с фазным ротором.

а б в

Рисунок 2.30 – Формы пазов двухклеточного и глубокопазного ротора

Имеются и другие конструкции ротора с двойной клеткой, например с фигурными пазами 3 залитыми алюминием (рис. 2.30б). Здесь повышенное активное сопротивление клетки при пуске обеспечивается только за счет вытеснения тока в верхние части проводников, так как материал обеих клеток одинаков. Такая конструкция проще и дешевле, но пусковые характеристики двигателя несколько хуже.

Аналогично вытеснение тока в верхнюю часть проводника при пуске, когда частота тока в роторе велика, обеспечивается в глубокопазном роторе (рис. 2.30в), в котором проводник 4, обычно медный сильно вытянут по высоте. Вытеснение тока в верхнюю часть проводника равноценно уменьшению его сечения и обеспечивает увеличение активного сопротивления ротора во время пуска и уменьшение пускового тока.