Пуск асинхронного двигуна в хід - студопедія
Важливе практичне значення для оцінки асинхронних електро-тродвігателей мають їхні пускові властивості. Ці властивості в основному визначаються наступними величинами: пусковим струмом Iпуск і на-чільного пусковим моментом Мпуск. плавністю і економічністю пускового процесу, тривалістю пуску. У каталогах зазвичай вказується кратність пускового значення величини до її номінального значення (Iпуск / Iном і Мпуск / Мном).
Пускові властивості асинхронного двигуна визначаються осо-бенностями його конструкції, зокрема пристроєм ротора.
Пуск асинхронних двигунів з фазним ротором. Пускові усло-вия асинхронного двигуна з фазною обмоткою ротора (рис. 14.24, а - схема заміщення; б - умовне позначення) можна істотно поліпшити ціною деякого ускладнення конструкції та обслугов-ня двигуна.
Якщо в рівнянні обертового моменту (14.28) покласти s = 1, то отримаємо вираз початкового пускового моменту, т. Е. Моменту, що розвивається двигуном при рушанні з місця:
Якщо потрібно, щоб Mпуск = Мтах, т. Е. Щоб при пуску двига-тель розвивав максимальний момент, то згідно (14.30) активний опір фазної обмотки ротора має бути:
Так як активний опір фазної обмотки ротора відноси-кові мало, то для отримання максимального початкового пускового моменту необхідно в ланцюг ротора включити пусковий реостат з опору-опором фази
У цьому випадку залежність М (s) асинхронного двигуна буде мати максимум при s = 1 (рис. 14.25).
Як тільки ротор починає обертатися, зменшується ковзання, а разом з ним ЕРС і струм ротора, внаслідок чого зменшується вра-щающую момент. Щоб двигун продовжував розвивати крутний момент, близький до максимального, опір пускового реостата потрібно поступово зменшувати. Нарешті, коли двигун досягнень-Гаета номінальної частоти обертання, пусковий реостат замикають накоротко.
Для зменшення механічних втрат і зносу кілець і щіток двигуни забезпечуються іноді пристосуванням для підйому щіток і замикання кілець накоротко.
Включення додаткового резистора в ланцюг ротора змінює ха-рактер залежності крутного моменту М від ковзання s. При цьому згідно з (14.32) не змінюється максимальний момент двигуна, збільшення гр тільки зміщує його в сторону більшого ковзання. Всі графіки залежностей М (s) мають тому вершину характери-стики на однаковій висоті (рис. 14.25). Вимкнення ступенів пускового реостата змушує двигун змінювати режим ра-боти, переходячи з однієї характеристики на іншу.
Секції реостата зазвичай виводять на контакти, завдяки чому при пуску мо-мент двигуна і ток змінюються по сту-пенчатой кривої (рис. 14.26), число сту-пені якої визначається числом кон-тактів пускового реостата. При цьому пу-Сковен момент змінюється в межах від М "до М '.
Чим більше повинен бути пусковий мо-мент, чим ближче він до максимального мо-менту, тим більше буде і пусковий струм. З цієї причини лише для особливо важких, умов пуску реостат підбирається так, щоб пу-Сковен момент дорівнював максимальному.
Щоб пусковий реостат протягом часу пуску не перегрів-вався, його потужність повинна приблизно дорівнювати потужності двига-теля. Для двигунів великої потужності пускові реостати виконан-ються з масляним охолодженням. В інших випадках іноді примі-ються дуже дешеві і прості водяні реостати.
Звичайно, застосування пускового реостата значно покращує пускові умови асинхронного двигуна, підвищуючи пусковий мо-мент і зменшуючи пусковий струм. Але, з іншого боку, застосування ротора з фазною обмоткою здорожує двигун, ускладнює його обслу-ня і, нарешті, кілька погіршує cos ф і ККД двигуна. У двигунів великої потужності ця різниця в ККД і cos ф незна-ве і недоліками фазного ротора залишаються подорожчання ма-шини, тривалість і складність управління ступенями пускового реостата.
Пуск асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. У більшості випадків застосовується прямий пуск двигунів з корот-козамкнутим ротором. Такий пуск виключно простий і швидкий. Необхідний лише найпростіший коммутирующий апарат, наприклад рубильник, або для двигуна високої напруги - масляний вимикач. При прямому пуску двигуна кратність пускового струму висока, приблизно 5,5-7 (для двигунів потужністю 0,6-100 кВт при синхронній частоті обертання, т. Е. При 750-3000 об / хв). Такий короткочасний пусковий струм відносно безпечний для двигуна, але викликає зміна напруги в мережі, що може несприятливо позначитися на інших споживачах енергії, присівши-єднання до тієї ж розподільчої мережі. З цих причин номи-нальная потужність асинхронних двигунів, пускаємо прямим включенням, залежить від потужності розподільної мережі. У мощ-них мережах промислових підприємств можливий прямий пуск дві-ваному з короткозамкненим ротором потужністю до 1000 кВт і далі вище, але в багатьох випадках ця потужність не повинна перевищувати 100 кВт.
Слід мати на увазі ще один недолік пускового режиму асинхронного двигуна. У двигунів з короткозамкненою обмоткою ротора кратність пускового моменту лежить в межах 1-2 (рис. 14.22). Таким чином, при великому струмі двигун розвиває відносно невеликий крутний момент.
Поліпшення пускового режиму асинхронного двигуна зводиться до зменшення пускового струму, коли це необхідно, причому ба-тельно, щоб пусковий момент був щонайбільше.
Для зменшення пускового струму можна на час знизити на-напруга між висновками фазних обмоток статора, еключів для цього послідовно з обмоткою статора трифазну котушку ін-дуктівності. Зменшення пускового струму, що створюється зниженням напруги на статорі, викликає зменшення пускового моменту, пропорційного квадрату напруги на статорі (14.33). Напри-заходів, при такому пуску зменшення пускового струму в 2 рази буде супроводжуватися зменшенням пускового моменту в 4 рази. У ба-тьох випадках при пуску двигуна під навантаженням таке зниження моменту неприпустимо - двигун не зможе подолати гальмівний механічний момент на валу.
Зниження напруги на статорі на час пуску можна здійс-ствіть також за допомогою перемикання на час пуску обмотки статора, нормально працює при з'єднанні за схемою треуголь-ник, на з'єднання за схемою зірка. Таке переключення застосовується тільки для пуску в хід короткозамкнутих двигунів відносно малій потужності, приблизно до 20 кВт.
Пускові характеристики асинхронного двигуна з коротко-замкнутим ротором можуть бути істотно поліпшені, якщо обмотка ротора має подвійну білячу клітку. Такий ротор забезпечений двома клітинами, що лежать одна над іншою: зовнішньої - пусковий і внут-ренней - робочої. Матеріалом стрижнів зовнішньої клітки служить звичайно марганцовистого латунь, т. Е. Матеріал з підвищеним в порівнянні з міддю питомим опором. Матеріалом стерж-ній внутрішньої клітини служить мідь. Крім того, стрижні внутрен-неї клітини мають зазвичай велику площу поперечного перерізу. Таким чином, активний опір зовнішньої клітини значи-тельно більше активного опору внутрішньої (в 4-5 разів). Обидві клітини забезпечені з торцевих сторін замикаючими кільцями.
Стрижні клітин розміщені відповідно в зовнішній і внутрішній частинах паза. Таке розташування клітин призводить до біль-шому відмінності значень їх індуктивності розсіювання. Остання у внутрішній клітини велика, так як стрижні цієї клітини оточені сталлю, прорізаної лише зверху вузькою щілиною паза (рис. 14.27, а й Ь). У зовнішньої клітини індуктивність розсіювання значно менше, так як значна частина шляху ліній поля розсіювання навколо її стрижнів проходить в повітряному проміжку між ротором і ста-тором з великим магнітним опором, а також по щілини паза під стрижнями.
У перший момент пуску двигуна (поки s = 1) частота струмів в обмотці ротора дорівнює частоті мережі; в цих умовах повне опору-тивление внутрішньої клітини обумовлюється головним чином її великим індуктивним опором розсіювання. Таким чином, під час пуску двигуна в роторі має місце явище витіснення струму з внутрішньої білячої клітини. У той же час повний опір зовнішньої клітини визначається переважно її активним опору-опором. Струм зовнішньої клітини при пуску мало зрушать по фазі по відношенню до индуктированной в ній ЕРС; він створює великий пусковий мо-мент, як це має місце і у двигуна з фазним ротором при включенні пуско-вого реостата. Ставлення струмів на-ружной і внутрішньої клітин залежить від відносини повних опорів цих клітин; зазвичай при пуску струм внутрішньої клітини значно менше струму зовнішньої.
У міру розбігу ротора частота тоs ков в ньому зменшується і в той же час зменшується вплив індуктивного соп-ротівленія на розподіл струмів. При номінальній швидкості частота струмів ротора має значення порядку 1 Гц; в цих умовах індуктив-ні опори розсіювання, дуже малі і розподіл струмів між клітинами ротора визначається відношенням активних соп-ротівленій клітин. Тому струм зовнішньої клітини буде менше то-ка внутрішньої клітини, активне і повне опору якої в таких умовах малі, як у звичайного двигуна з короткозамкну-тим ротором.
Можна розглядати залежність М = F (s) двигуна з подв-ної білячою кліткою як суму характеристик двигуна з відносно великим активним опором обмотки ротора '(рис. 14.27, крива 1) і двигуна з відносно малим активним опором обмотки ротора (крива 2 ).
Таким чином, у двигунів з подвійною білячою кліткою актив-ве опір обмотки ротора в цілому змінюється в залежності від зміни ковзання - воно велике при пуску і мало при робо-чим ковзанні. Завдяки цьому двигун, забезпечений ротором з подвійною білячою кліткою, в порівнянні зі звичайним двигуном,
мають короткозамкнений ротор, розвиває підвищений пусковий момент, що обертає при зниженому пусковому струмі.
У деяких конструкціях обидві клітини виготовляються шляхом безпосередньої заливки розплавленим алюмінієм пазів ротора cud (рис. 14.27); при цьому алюміній заповнює і щілину між пазами верхньої і нижньої кліток, завдяки чому стрижні провідників обох клітин утворюють один цілісний стрижень фасонного перетину. Спрощеним варіантом асинхронного двигуна з подвійною бе-лічьей кліткою є двигун з глибоким пазом.
Обмотка ротора цього двигуна виготовляється з прямокутних стержнів малої ширини і великої висоти, які розміщуються у відповідні глибокі пази в осерді ротора. Змінний струм розподіляється по січі-нию провідника в загальному випадку нерівномірно; це явище використано в даному двигуні. На рис. 14.28 показані лінії поля розсіювання, заступники-кається поперек глибокого паза, в якому рас-покладено стрижень обмотки зі струмом. Частина стрижня, що лежить в глибині паза, зчеплена з великим числом ліній, ніж зовнішня частина того ж стрижня. Внаслідок цього під час пуску асинхронного дві-гатель в хід підвищений індуктивний опір цій частині стрижня викликає витіснення струму ротора в зовнішню частину перетину стрижня. Це еквівалентно збільшенню активного опору-тивления обмотки ротора. Завдяки збільшенню активного опору підвищується початковий момент двигуна, а збільшення індуктивного опору слідом-ствие застосування глибокого паза зменшує пусковий струм. При ра-робочої частоті обертання двигуна індуктивний опір ста-новится незначним, ток розподіляється по перетину стрижня майже рівномірно і двигун працює, як звичайний короткозамк-нутий.
Двигун з глибоким пазом ротора в конструктивному відношенні простіше двигуна з подвійною кліткою. Зате другий може бути виконан нен на різні початкові моменти і на різні кратності пускового струму, що дає можливість пристосовувати цей двига-тель для спеціальних випадків важкого пуску в хід. Проте широко застосовуються двигуни з глибоким пазом.