Б29 (Шпоры к экзамену по элтеху (теория))

29. Пуск трехфазного асинхронного двигателя. Изменение скорости, ЭДС и токов ротора при пуске ТАД. Улучшение пусковых характеристик ТАД с контактными кольцами

В начале пуска ротор двигателя неподвижен (s - 1) и ЭДС £₂ в его обмотке достигает наибольшего значения. Соотноше­ние ЭДС Е_а в начале пуска и после разгона ротора может быть равно 20-30. Пусковой ток ротора превышает ток при номи­нальной нагрузке в меньшее число раз, так как реактивное сопротивление ротора X2s = sX₂ также зависит от скольжения. Соответственно пусковой ток статора также в несколько раз превышает свое номинальное значение. По мере разгона рото­ра токи I2., и I1 уменьшаются и устанавливается нормальный ре­жим работы, определяемый статической нагрузкой на валу. В нормальных условиях длительность пуска двигателя не првышает нескольких десятков секунд. При этом не возникает I опасности перегрева двигателя, но в первоначальный момент пуска броски тока приводят к значительным колебаниям электромагнитного момента асинхронного двигателя, сущест­венно превышающего значение М_ном, способным привести к поломкам механической части привода, поэтому двигатели со­единяют с нагрузкой через демпфирующие устройства (упру­гие муфты, ременные передачи и др.).

Не следует забывать, что двигатели подключены к распре­делительной сети, питающейся от трансформатора ограни­ченной мощности. Напряжение на зажимах вторичной обмот­ки трансформатора уменьшается по мере роста нагрузки в се­ти. При полной нагрузке трансформатора падение напряжения в сети достигает 10-15% U_HOM. Если мощность одного двига­теля много меньше мощности трансформатора, то при его пус­ке напряжение в сети изменится незначительно. Но может возникнуть ситуация, когда мощность одного- двух двигате­лей намного превышает мощность всех остальных двигателей и сравнима с номинальной мощностью трансформатора. Тогда при пуске мощного двигателя токи в обмотках трансформато­ра будут превышать номинальные значения, например, в 5-7 раз и напряжение на вторичной обмотке трансформатора и на двигателе уменьшится до (0,6-0,7) U_HOM. Электромагнит­ный момент двигателя снизится почти вдвое, а пуск двигателя затянется или вообще окажется невозможным. Уменьшение напряжения на вторичной обмотке трансформатора снизит значение электромагнитного момента других двигателей и мо­жет даже привести к их остановке.

Таким образом, в условиях эксплуатации может возникнуть необходимость ограничения пусковых токов с одновременным увеличением вращающего электромагнитного момента дви­гателя.

Поставленную задачу решают путем искусственного увели­чения активного сопротивления фазы обмотки ротора, что осуществляется двумя способами:

1. для двигателя с контактными кольцами - включением в
   цепь ротора пускового реостата;

2. для двигателей с короткозамкнутым ротором - специальной конструкцией обмотки ротора.

Пуск двигателя с контактными кольцами

В процессе пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами в его роторную цепь включают пусковой реостат.

На рис. 3.25, а показана принципиальная схема включения асинхронного двигателя с двухступенчатым пусковым рео­статом.

Характер изменения момента, развиваемого при пуске с по­мощью реостата, иллюстрируют механические характеристи­ки (рис. 3.25, б).

Первая и вторая характеристики - искусственные, соответ­ствующие работе асинхронного двигателя с введенными в цепь ротора секциями реостата, имеющего сопротивления R’п и R”п; третья характеристика - естественная, которую имеет двигатель при замкнутых накоротко щетках. Механические характеристики рис. 3.25, б построены с учетом того, что час­тота вращения магнитного поля и значение максимального электрического момента Ммакс не зависят от активного сопро­тивления роторной цепи, а значение критической частоты вра­щения n_кр обратно пропорционально этому сопротивлению.

Как видно из семейства механических характеристик, на­чальный пусковой момент М_п асинхронного двигателя за­висит от активного сопротивления фазы обмотки ротора: уве­личение активного сопротивления приводит к увеличению пускового момента. Он может быть даже равен максимально­му, если общее сопротивление роторной цепи будет таким, при котором критическое скольжение станет равно единице.Дальнейшее увеличение активного сопротивления фазы об­мотки ротора приводит вновь к ослаблению начального пус­кового момента (характеристика 4 на рис. 3.25, б Пуск двигателя происходит с момента включения обмотки статора в сеть. При этом в ротор вводят все секции пускового • реостата, благодаря чему начальный пусковой момент значи­тельно увеличивается (характеристика 1), а пусковой ток уменьшается. По мере разгона двигателя токи ротора и статора уменьшаются и часть пускового реостата R'n закорачивают, рабочая точка перемещается на новую характеристику 2, соот­ветствующую сопротивлению (R_a+R'_n). Затем закорачивают весь пусковой реостат и рабочая точка перемещается по естест­венной механической характеристике до точки, в которой электромагнитный момент двигателя не станет равным мо­менту сопротивления (точка а на рис. 3.25,б). . Обычно реостат разбивают на 5-10 ступеней, которые авто­матически закорачиваются по мере разгона ротора. Схема ав­томатического выведения пускового реостата работает в функции времени или тока ротора (см. гл.6). ь Применение двигателей с контактными кольцами обеспе­чивает уменьшение времени пуска. Уравнение динамического равновесия моментов на валу двигателя, как известно, имеет вид:

где М_с - момент сопротивления приводимого механизма; J -сумма моментов инерции двигателя и приводимого механизма. Увеличение пускового момента приводит к росту ускорения dO2/dt, сокращая время разгона двигателя.