Пуск в ход асинхронных двигателей

Сила тока I1 потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холо­стом ходе соs  мал и ток имеет большую реактивную составляю­щую и очень малую активную составляющую. При малых нагруз­ках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначитель­ное изменение силы тока I1 (определяющейся в основном реактивной составляющей). При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I1..

Потребляемая двигателем мощность Р1 при графическом изоб­ражении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняю­щейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соs  мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока ста­тора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по срав­нению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнит­ный поток. При увеличении нагрузки на валу соs возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличе­ния активной составляющей тока статора. При очень больших на­грузках происходит некоторое уменьшение соs, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая к. п. д. т) имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увели­чением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

§ 95. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

При включении асинхронного двигателя в сеть переменного тока по обмоткам его статора и ротора будут протекать токи, в несколько раз больше номинальных. Это объясняется тем, что при неподвижном роторе вращающееся магнитное поле пересекает его обмотку с большой скоростью, равной скорости вращения магнит­ного поля в пространстве, и индуктирует в этой обмотке большую э. д. с. Эта э. д. с. создает большой ток в цепи ротора, что вызывает возникновение соответствующего тока и в обмотке статора.

При увеличении числа оборотов ротора скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению э. д. с. и то­ка в обмотке ротора. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение тока в обмотке статора.  I

Большой пусковой ток нежелателен как для двигателя, так и для источника тока, от которого двига­тель получает энергию. При частых пусках большой пусковой ток приво­дит к резкому повышению темпера­туры обмоток двигателя, что может вызвать преждевременное старение их изоляции. В сети при больших токах понижается напряжение, которое оказывает влияние на работу других приемников энергии, вклю­ченных в эту же сеть. Поэтому прямой пуск двигателя непосредст­венным включением его в сеть допускается только в том случае, когда мощность двигателя намного меньше мощности источника тока, питающего сеть.

Если мощность двигателя соизмерима с мощностью источника тока, то необходимо уменьшить ток, потребляемый этим двигате­лем при пуске в ход.

Двигатели с фазным ротором обладают очень хорошими пуско­выми свойствами. Для уменьшения пускового тока обмотку ротора замыкают на активное сопротивление, называемое пусковым рео­статом (рис. 116). При включении такого сопротивления в цепь обмотки ротора сила тока в ней уменьшается, а следовательно, уменьшается сила тока как в обмотке статора, так и потребляе­мого двигателя из сети. Кроме того, увеличится активная состав­ляющая тока ротора и, следовательно, вращающий момент, разви­ваемый двигателем при пуске в ход.

Пусковые реостаты имеют несколько контактов, поэтому можно постепенно уменьшать сопротивление, введенное в цепь обмотки ротора. После достижения ротором нормальной скорости реостат полностью выводится, т. е. обмотку ротора замыкают накоротко.

При нормальной скорости ротора скольжение мало и э. д.с, индуктируемая в его обмотке, также мала. Поэтому никакие добавочные сопротивления в цепи ротора не нужны.

Пусковые реостаты работают непродолжительное время в процессе разгона двигателя и рассчитываются на кратковременное действие. Если оставить реостат включенным длительное время, то  он выйдет из строя.

Двигатели с короткозамкнутым ротором при малой мощностей их по сравнению с мощностью источника тока пускают в ход не­посредственным  включением  в  сеть.  При  большой  же мощности

двигателей пусковой ток уменьшают, понижая приложенное напряжение. Для понижения напряжения на время пуска двигатель включают в сеть через понижающий автотрансфор­матор или реакторы. При вращении ротора с нормальной скоростью двигатель переключают на полное напряжение сети.

Недостатком такого способа  пуска двигателя в ход является резкое уменьшение пускового момента. Для уменьшения пускового тока в N  раз необходимо приложенное напряже­ние уменьшить также в N раз. При этом пусковой момент, пропорцио­нальный квадрату напряжения, уменьшится в N2 раз. Таким обра­зом, понижение напряжения допу­стимо при пуске двигателя без на­грузки или при малых нагрузках, когда пусковой момент может быть небольшим.

Часто применяют пуск в ход двигателей посредством переклю­чения обмоток статора со звезды на треугольник (рис. 117). В мо­мент пуска обмотки статора соединяют звездой, а после того как двигатель разовьет скорость, близкую к нормальной, их переклю­чают треугольником. При таком способе пуска двигателя в ход пусковой ток в сети уменьшается примерно в три раза по сравне­нию с пусковым током, который потреблялся бы двигателем, если бы при пуске обмотки статора  были  соединены  треугольником.

Этот способ пуска можно применять для двигателя, обмотки статора которого при питании от сети данного напряжения долж­ны быть соединены треугольником.

§ 96. ДВИГАТЕЛИ С УЛУЧШЕННЫМИ ПУСКОВЫМИ СВОЙСТВАМИ

Простота конструкции и надежность в эксплуатации двигате­лей с короткозамкнутым ротором являются их очень существенным достоинством, благодаря чему они получили очень широкое приме­нение в промышленности. Однако эти двигатели имеют плохие пу­сковые характеристики.

Значительное улучшение пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором достигается изменением конструкции ротора: используют роторы с двойной короткозамкну-т0й обмоткой и с глубокими пазами.

Ротор с двойной короткозамкнутой обмоткой был впервые предложен М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. Он имеет две короткозамкнутые обмотки, выполненные в виде беличьих клеток (рис. 118).

Число пазов верхней А и нижней Б клеток может быть одинаково или раз­лично. Наружная обмотка А выполнена из стержней малого поперечного сечения, а внутренняя обмотка Б — из стержней большого поперечного сечения. Поэтому активное сопротивление обмотки А ока­зывается значительно большим, чем ак­тивное сопротивление обмотки Б (rA>rБ). Вследствие того что стержни внутренней обмотки Б глубоко погружены в тело ротора и окружены сталью, индуктивное сопротивление внутренней обмотки значительно больше, чем индуктивное сопро­тивление внешней обмотки (XБ>>Ха).

Принцип действия этого двигателя состоит в следующем. В мо­мент включения двигателя в сеть ротор неподвижен и частота тока в роторе равна частоте тока сети f2=f1. Ток в обмотках А и Б рас­пределяется обратно пропорционально их полным сопротивле­ниям.

Так как реактивные сопротивления обмоток асинхронных ма­шин значительно больше их активных сопротивлений, то при пуске в ход распределение тока между обмотками А к Б примерно обрат­но пропорционально их индуктивным сопротивлениям. Поэтому при пуске в ход ток в основном протекает по проводникам внешней обмотки А, имеющей меньшее индуктивное и большее актив­ное сопротивление. Эта обмотка называется пусковой.

В рабочем режиме скольжение мало и, следовательно, частота тока в роторе также мала (f20). Поэтому индуктивные сопротивления обмоток не имеют значения и токи в обмотках А и Б обратно  пропорциональны их активным сопротивлениям.

Таким образом, в рабочем режиме ток в основном протекает по проводникам внутренней обмотки Б, имеющим меньшее активное сопротивление. Эта обмотка называется рабочей. При такой конструкции ротора увеличивается активное сопротивление его обмоток в момент пуска в ход двигателя, что уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент так же, как включение пуско­вого реостата в цепь фазного ротора.