Пуск асинхронного двигуна

Ні для кого не секрет, що асинхронні двигуни завоювали світ електричних машин і фактично левова частка електроприводу лягає на них. Настільки часте зіштовхування з цим типом електричної машини створює потребу в детальному вивченні всіх аспектів їх експлуатації. Як би це банально не звучало, але щоб експлуатувати електродвигун, необхідно його запустити. Давайте детально розглянемо способи запуску асинхронних двигунів.

Існує універсальний спосіб включення асинхронних двигунів, це спосіб прямого пуску

У момент пуску в двигуні відбуваються такі процеси - по обмотці статора починає протікати великий струм, який називають пусковим, цей пусковий струм може перевищувати нормальний робочий (номінальний) струм у сім, або навіть вісім разів із тривалістю протікання від часток секунди і за кілька секунд (час розкручування вала). Погодьтеся, це не дуже добре. Тим більше, чим більша потужність двигуна, тим пусковий струм відповідно більший, та й час пуску також збільшується, тобто пусковий струм протікає довше. Так само через різке зростання струму, різко падає напруга - так звана просідання напруги, яка погано впливає на роботу сусідніх електричних машин і приладів, а також на всю мережу в цілому. Також всю пускову та захисну апаратуру необхідно підбирати з урахуванням пускових струмів двигуна. Так передбачені реле, які не спрацьовують на стрибок струму, допустимо, якщо він тривав не більше восьми секунд – це так званий максимально струмовий захист або скорочено МТЗ.

Ви запитаєте чому так відбувається, адже при нормальній роботі двигуна, навіть під навантаженням по обмотках статора протікає куди менше значення струму. Вся справа в тому, що в момент запуску, ротор асинхронногодвигуна нерухомий, а ось частота обертання магнітного поля статора в момент подачі на неї живлення відразу ж постійна. У цей момент електродвигун є трансформатором, у якого вторинна обмотка замкнута коротко, ми знаємо, що цей режим не є нормальним, а навпаки аварійним і супроводжується стрибком струму. Якщо ж розглядати цей процес з погляду двигуна, то вся справа в ковзанні, яке в момент запуску дуже велике. Коли ротор почне набирати обертів, ковзання зменшиться.

Іншими словами, при нерухомому роторі двигуна, магнітний потік статора перетинає обмотку ротора і наводить в ньому ЕДС, а в результаті і струм оскільки обмотка замкнута на коротко є максимальним. Але при розкручуванні ротора значення ліній магнітного потоку перетинають його зменшується, відповідно струм в обмотці ротора також падає. У момент, коли ротор вийде на номінальні обороти, в його обмотці протікатиме дуже малий струм, а в статорних обмотках робочий струм. Усе тому, що швидкість обертання ротора майже відрізняється від швидкості обертання магнітного поля статора. Величина магнітного потоку, що перетинає короткозамкнену обмотку ротора, в даний момент мінімальна.

Поруч із прямим пуском, також є інші варіанти пуску асинхронних двигунів, переважно спрямовані зменшення пускових струмів. До них відносяться такі способи: пуск асинхронного двигуна за допомогою реостата, в ланцюзі ротора (у двигунів з фазною обмоткою ротора); пряме включення при напрузі менше ніж номінальне.

Пуск двигуна із фазним ротором

Представлена вище схема, не включає в себе жодних комутаційних апаратів і є лише: обмотки статора, з'єднані зіркою; фазний ротор із пусковими реостатами rд. Такий спосіб пуску забезпечує досить плавний пуск асинхронного двигуна, так як на ряду з обмеженням пускового струму обороти двигуна також зростають повільно, але при цьому пусковий момент на відміну від струму збільшується.

Для потужних двигунів застосовують пускові реостати з водяним охолодженням та з рухомим електродом. Для здешевлення всієї конструкції не включають у кожну фазу пусковий реостат, а лише дві фази. Це викликає несиметричну систему струмів у роторі. Для того, щоб автоматизувати пуск, в ланцюг ротора, крім активного опору включають ще й індуктивне. При послідовному їх включенні пусковий струм обмежується у фазному роторі асинхронного двигуна цими двома опорами. При цьому індуктивний опір обмежує не тільки сам стрибок струму, але і його спад, через що відбувається плавніший пуск.

При паралельному включенні в ланцюг ротора активного та індуктивного опорів відбувається таке: у момент пуску, коли струм великий індуктивний опір велике, і більшість його проходить через активний опір, але згодом, коли струм падає, індуктивний опір так само падає і вже струм протікає через індуктивний опір. Такий спосіб пуску забезпечує практично незмінний крутний момент на валу двигуна і струм в ланцюзі ротора асинхронної машини.

Щоб виконати пуск, всі опори вибираються з розрахунку самого двигуна його пускового струму, при цьому щоб пусковий момент двигуна був максимальним.

Увімкнення двигуна в мережу при зменшеній напрузі. Цей спосіб пуску застосовується в асинхронних двигунах із короткозамкненим ротором. Цей спосіб включає кілька різновидів: зниження напруги шляхом включення індуктивногоопору (реактора); зниження напруги автотрансформатором; перемикання обмотки статора трикутник - зірка.

При зниженні напруги включенням у ланцюг статора асинхронного двигуна, індуктивним опором схема має наступний вигляд:

Опір підбирається такої величини, щоб пусковий струм не перевищував номінальний у два, два з половиною рази, при цьому напруга живильний двигун зменшиться в два -три рази, та й пусковий момент також впаде в чотири-дев'ять разів. При включенні регульованого індуктивного опору дає можливість плавного запуску двигуна.

Якщо замість індуктивного опору в ланцюг статора включити автотрансформатор, це дозволить зберегти пусковий момент двигуна.

При тій же кратності струму 2-2,5, потрібно буде знизити напругу лише в півтора - два рази, і в цьому пусковий момент впаде лише в два - чотири рази.

Представлені вище два способи реалізуються наступним чином: для запуску двигуна замикають рубильник 1, після того, як стався пуск індуктивний опір або автотрансформатор шунтують рубильником 2. Ці способи пуску асинхронного двигуна мають значні мінуси: підвищення вартості всієї установки, ускладнення схеми у додатковому просторі для встановлення всіх комплектуючих.

Перемикання обмоток статора із зірки на трикутник

Дана схема є найуспішнішою і часто використовується, звичайно ж, за винятком схеми прямого пуску.

Весь зміст такого способу пуску полягає в різниці фазних і лінійних напруг при підключенні статорних обмоток зіркою, напруга на них будить в 1,73 рази нижче ніж при підключенні їх трикутником. Відповідно і струми в обмотках менші. Зазвичай при такому способі пуску,схемою є перемикач з двома можливими положеннями: «Пуск» і «Робота». При включенні рубильника в положення «Пуск» обмотки статора включаються зіркою, а при перемиканні його в положення «Робота» обмотки асинхронного двигуна включаються за схемою трикутник. Сучасні технології дозволяють проводити плавні пуски асинхронних машин, регулювання швидкості, контроль не тільки пускового, а й робочого моменту з використанням частотних перетворювачів та систем імпульсно-фазного регулювання.