Пусковой момент асинхронного двигателя

Одним из самых широко производимых электротехнической промышленностью видов являются асинхронные электродвигатели. Они завоевали большую популярность и получили широкое распространение в сравнении с другими типами двигателей благодаря простоте конструкции, надежности и относительной дешевизне. Асинхронные двигатели применяют во всех сферах народного хозяйства.

Пусковым моментом асинхронного двигателя называют вращающий момент, который развивается на валу асинхронного электрического двигателя, когда ток подается на обмотки неподвижного статора.

Если в специализированной литературе встречаются термины «начальный момент», «начальный пусковой момент асинхронного двигателя» или «момент трогания», то речь тоже идет о пусковом моменте. Обязательно нужно следить за правильностью подключения обмоток, причем подразумевается, что частота питающего напряжения, как и само напряжение, будут приближены к номинальному значению. Только в номинальном режиме асинхронный двигатель сможет работать непосредственно так, как задумано инженерами.

Пусковой момент и его численное значение

Определить пусковой момент асинхронного двигателя можно, используя специальную формулу. Кратность же пускового момента к номинальному асинхронного двигателя можно найти в паспорте устройства, такой документ обязательно должен предоставляться производителем. С этими данными формулу пускового момента асинхронного двигателя очень просто рассчитать.

В зависимости от модели двигателя меняется величина кратности. Встречаются изделия, в которых этот показатель составляет от 1,5 до 6. При покупке необходимо убедиться, что значение пускового момента больше, чем статический момент планируемой проектной нагрузки на валу. Если, выбирая двигатель, вы обнаружили несоответствие, то такой аппарат не сможет развивать требуемый момент и преодолевать нужную нагрузку. Он просто будет не в состоянии должным образом запуститься, а после и разогнаться до номинальных оборотов. Максимальный пусковой момент асинхронного двигателя должен соответствовать потребностям пользователя.

Для нахождения пускового момента существует и еще одна формула. Ее следует использовать при выполнении теоретических расчетов. Чтобы воспользоваться формулой, необходимо знать показатели номинальных оборотов и мощности на валу. На шильдике (табличка с данными) устройства указываются все эти параметры. В формуле P2 – номинальная мощность, а F1 – номинальные обороты. Формула выглядит следующим образом:

Чтобы найти P2, необходимо применить уже отдельную формулу. Здесь пусковой момент асинхронного двигателя зависит от напряжения. Важно учитывать параметры скольжения, пускового тока и напряжения питания. Все эти величины тоже указываются на шильдике. Расчеты не представляют особой сложности. И формула наглядно показывает, что для увеличения пускового момента асинхронного двигателя можно воспользоваться двумя методиками: повысить питающее напряжение или увеличить стартовый ток.

Для наглядности предлагаем произвести расчет значений пусковых моментов для трех аппаратов из серии АИР. Воспользоваться нужно самой первой формулой, для которой необходимы величины номинального момента и параметры кратности пускового момента. Результаты вычислений представлены в табличке:

Какую роль играет пусковой момент

Встречаются ситуации, когда двигатели подключают непосредственно к сети, а коммутацию производят за счет обычного магнитного пускателя. Для этого линейное напряжение подается на обмотки, образуется вращающееся магнитное поле статора, за счет чего оборудование начинает работать.

В этом случае не избежать броска тока, который по своей величине превысит номинальный ток в 5-7 раз. И чем мощнее двигатель и выше нагрузка, тем большей будет и длительность такого превышения. Более мощные моторы демонстрируют продолжительный старт, а обмотки статора в них принимают токовую перегрузку дольше.

Двигатели малой мощности, не превышающей 3 кВт, могут с легкостью перенести такие перепады. Сеть тоже вполне достойно справляется с кратковременными бросками мощности, поскольку у сети в любом случае присутствует некий мощностной резерв. Это объясняет, почему мелкие бытовые электроприборы, а также небольшие станки, вентиляторы и насосы подсоединяют напрямую, не беспокоясь о том, что они подвергаются перегрузкам. Обмотки статоров в двигателях маломощного оборудования соединяются «звездой», если расчет идет на 3-фазное напряжение в 380 Вольт или «треугольником», когда речь идет о 220 Вольтах.

Но если двигатель более мощный, с показателем в 10 и больше кВт, то его недопустимо включать в сеть напрямую. Нужно ограничить бросок тока, иначе можно спровоцировать существенную перегрузку, которая приведет к опасным последствиям.

Способы пуска асинхронного двигателя и пути ограничения пускового тока

Асинхронный двигатель можно запустить множеством способов. Чтобы напрямую произвести пуск электродвигателя, как уже было сказано выше, достаточно подключить его к сети. Такой способ применяется для двигателей с короткозамкнутым ротором. Изготавливая подобный вид техники, производители конструируют устройство так, чтобы возникающие в обмотке статора пусковые токи не создавали огромного механического усилия и не разогревали до предела обмотку.

Из этого следует, что запустить сверхмощный асинхронный электродвигатель при помощи прямого подключения к сети невозможно, так как сеть начинает терять свое напряжение на более чем 15 процентов, что приводит к невозможности реализации запуска двигателя, поскольку пусковой аппарат теряет свою устойчивость, а также подгорают контакты.

Самый простой способ убрать лишний пусковой ток заключается в запуске оборудования на пониженном напряжении электродвигателя. Для этого конструкция предусматривает переключение обмотки с «треугольника» на «звезду» непосредственно в момент запуска. Когда же двигатель наберет некоторые обороты, обмотка переключается обратно на «треугольник». Всего несколько секунд требуется для погашения ненужного всплеска и переключения. В устройствах это реализуется за счет реле времени или иных приспособлений.

Если используется это решение, то пусковой момент также понижается. И здесь можно наблюдать квадратичную зависимость: когда напряжение уменьшится в 1,7 раза, то и момент снизится в 3 раза. Именно поэтому пуск на пониженном напряжении можно использовать лишь для оборудования, в котором пуск возможен только с минимальной нагрузкой на валу двигателя асинхронного типа. Ярким примером может служить пуск многопильного станка.

Основным существенным минусом является значительно уменьшенный импульс включения, из-за пониженного напряжения фазного тока.

Если же речь идет о мощных нагрузках, к примеру, присущих ленточному конвейеру, то указанный выше способ ограничения пускового тока не подходит. Лучше применять реостатный метод. Он дает возможность уменьшить пусковой ток без ущерба для крутящего момента. Именно этот способ можно назвать наиболее подходящим для асинхронных электродвигателей, снабженных фазным ротором. Тут удобно включается реостат в цепь обмотки ротора, а регулировка рабочего тока производится ступенчато, обеспечивая плавный пуск. А за счет реостата можно отрегулировать и рабочую скорость в двигателе, причем это характерно не только для момента запуска.

Асинхронная машина может запускаться от автотрансформаторов и от реакторов. Такие способы включения, как и другие варианты, осуществляются благодаря уменьшению подаваемого напряжения, за счет чего наблюдается снижение момента трогания.

Производители разрабатывают схему запуска асинхронного мотора так, чтобы при поступлении тока небольшой силы создавался сильный момент пуска. Если сравнивать специальное оборудование для запуска асинхронного двигателя с прямым подключением, то можно выделить следующий положительный момент: оборудование постепенно разгоняет и затормаживает электродвигатель. Такой эффект достигается за счет подачи напряжения, которое линейно изменяется от начальной точки и до номинального значения.

Самым же эффективным методом для безопасного запуска электродвигателей асинхронного типа можно смело назвать пуск через устройство плавного пуска или частотный преобразователь. Показатели напряжения и частоты здесь регулируются самим преобразователем в автоматическом режиме, за счет чего двигатель работает в оптимальных для себя условиях. Так удается достичь стабильности в оборотах, но полностью исключить броски тока.

Также основными плюсами устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя является уменьшенный шанс повредить механический привод и вал двигателя, понижаются усилия электромеханики в моторных обмотках. Многофункциональное устройство плавного пуска имеет очень хорошую надежность, легко настраивается и ремонтируется.