Для обеспечения более плавного ускорения при пуске, при малом числе пусковых ступеней активного сопротивления в роторе наряду с омическим подключают еще и индуктивное сопротивление.
Последовательное включение индуктивного сопротивления
Применение индуктивного сопротивления позволяет не только снизить пусковые токи, но и обеспечить более постоянный момент в процессе пуска электродвигателя. При подключении индуктивного сопротивления последовательно с активным в первый момент времени пуска асинхронной машины при частоте тока ротора равной частоте статора реактивное сопротивление реакторов будет велико и оно, таким образом, будет ограничивать пусковой ток, как это показано на схеме:
Где: rд1… rд2 и Хд1…Хд3 – активное и реактивное добавочное сопротивление роторной цепи;
КМ – контактор закорачивающий вторичную обмотку после выхода на необходимую скорость вращения;
Zф – полные фазные сопротивления ротора и статора соответственно.
По мере набора скорости ротором асинхронной машины будет уменьшатся его ЭДС Е2S . Одновременно с этим будет уменьшатся и частота вторичной цепи, что повлечет за собой снижение реактивного сопротивления реактора. Однако наличие реакторов в цепи не позволит спадать току слишком интенсивно. В данном случае параметры двигателя симметричные.
Для расчета нужно определить значения Мки, sки и εи для искусственной характеристики. Сравнив выражения для момента на искусственной характеристике с выражением на естественной найдем:
Где: Мке – момент критический естественной характеристики;
Хр/ — сопротивление реактора индуктивное, приведенное к первичной обмотке;
Критическое скольжение будет иметь вид:
Величина εи примет значение:
Момент будет равен:
Приведенный ток ротора можно определить:
Задавшись скольжением можно определить соответствующее значение тока I2a/.
Механические характеристики при таком пуске выглядят так:
На данном графике показано естественная характеристика Ме, искусственная при наличии во вторичной цепи только одного реактора Мр, и при включенном реакторе и омическом сопротивлении Мрс. Там же показаны и токовые кривые для этих режимов.
Параллельное включение индуктивного сопротивления
Для получения более благоприятных характеристик в процессе пуска и уменьшения количества пусковых ступеней реакторы включают параллельно резисторам.
Параллельное включение приводит к тому, что при разгоне асинхронной машины частота вторичной цепи уменьшается и таким образом происходит перераспределение токов между параллельными ветвями вторичной цепи, что благоприятно сказывается на механической характеристике.
В самом начале разгона частота в цепи ротора равна частоте статора, и сопротивление реакторов будет довольно велико, основная часть тока будет протекать через резисторы. Резисторы будут практически определять пусковые момент и ток. По мере увеличения скорости вращения ротора будет уменьшатся его частота, что приведет к уменьшению реактивной составляющей реакторов, и токи начнут перераспределятся – через реакторы потекут токи больше, через резисторы меньше. При выходе двигателя на скорость очень близкую к номинальной (частота ротора порядка 2-5 Гц), сопротивление реакторов станет очень незначительным и практически весь ток потечет через них, поскольку они имеют очень малое активное сопротивление. Благодаря таким переменностям вторичной цепи практически на всем участке разгона удается поддерживать постоянный момент. Эквивалентная схема расчета показана ниже:
Полное сопротивление омическое и реактора будет равно:
Где: zр = rр + jxps – полное электросопротивление реактора;
zдоб = rдоб – электросопротивление реостата;
Подставляя эти значения получим:
Умножим знаменатель и числитель на (rдоб + rр) — jxps и обозначим rдоб + rр = r. Тогда получим:
Общее сопротивление в роторной цепи составит:
Обозначая:
Сможем заменить вторичную цепь простой, состоящей из индуктивного и активного электросопротивления:
Полученная эквивалентная схема полностью будет соответствовать обычной схеме ротора. В данном случае ток ротора будет:
Момент мы можем вычислить по такой формуле:
Коэффициент мощности cos ψ2 вторичного контура будет равен:
Приведенные выше параметры вторичного контура r2эк и X2эк есть функции скольжения, при расчете характеристик нужно для каждого значения скольжения определять величины
r2эк и X2эк и далее вычислять значения момента и тока.
На рисунке показаны пусковые характеристики момента и тока асинхронного электродвигателя с фазным ротором с замкнутой накоротко вторичной обмоткой Ме и Ie, а также характеристика этого же двигателя при наличии в роторной цепи параллельного контура активного и реактивного электросопротивления – Мрс и Iрс. Можем сделать вывод, что наличие параллельного активно-реактивного электросопротивления в роторной цепи позволяет не только ограничивать пусковой ток, но и поддерживать практически постоянный момент в процессе пуска.
Сравнение пусковых характеристик при последовательном и параллельном включении показывают значительное преимущество последних.
Но необходимость индивидуального расчета и изготовления реакторов для каждой системы электропривода значительно ограничивает применение этих систем.
