3. Rozruch silników indukcyjnych
Rozruchem nazywamy stan pracy od chwili załączenia napięcia do osiągnięcia przez maszynę ustalonej prędkości, określonej parametrami zasilania (napięciem i częstotliwością) i obciążenia (momentem hamującym).
Rozruch silnika jest możliwy tylko wtedy, gdy istnieje nadwyżka momentu wytworzonego przez silnik M nad momentem obciążenia Mh. Przy rozpatrywaniu jakości rozruchu bardzo istotna jest wartość prądu pobieranego z sieci w czasie rozruchu - prąd ten nazywa się prądem rozruchowym Ir,
oraz wartość momentu rozwijanego przez silnik w chwili rozruchu - moment ten nazywa się momentem rozruchowym Mr (lub momentem początkowym). Istotny jest również czas trwania rozruchu. Praca silnika w chwili rozruchu (przy postoju) ze zwartym uzwojeniem wirnika odpowiada stanowi zwarcia silnika. Do określenia, wartości prądu rozruchowego można się więc posłużyć schematem zastępczym silnika indukcyjnego w stanie zwarcia (rys. 1) Dla stanu zwarcia s=1, a więc rezystancja zastępcza R`2/s przybiera wartość R`2.
Na podstawie uproszczonego schematu zastępczego silnika w stanie zwarcia (s=1) określamy:
· prąd rozruchowy pobierany z sieci
· przybliżoną wartość prądu silnika pracującego w warunkach znamionowych
Z porównania tych zależności wynika, że prąd pobierany podczas rozruchu ze zwartym uzwojeniem wirnika jest kilkukrotnie większy od prądu znamionowego (Ir=4¸10IN).
Rozruch bezpośredni, polegający na zasileniu silnika pełnym napięciem znamionowym, można stosować tylko przy silnikach małych. Zależnie od warunków sieciowych, przepisy zakładów energetycznych dopuszczają do rozruchu bezpośredniego silniki o mocach od kilku do kilkunastu, rzadko kilkudziesięciu, kilowatów. Dla silników większych mocy stosuje się różne sposoby poprawy warunków rozruchu silnika. Dąży się do tego, aby w czasie rozruchu
· zmniejszyć prąd rozruchowy, ale jednocześnie (o ile to możliwe)
· powiększyć moment rozruchowy.
Można to osiągnąć następującymi metodami:
· przez zmianę napięcia zasilania uzwojenia stojana (za pomocą przełącznika gwiazda-trójkąt, autotransformatora lub transformatora),
· przez włączenie rezystancji lub reaktancji dodatkowej w obwód wirnika,
· przez włączenie rezystancji lub reaktancji dodatkowej w obwód stojana,
· przez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego uzwojenie stojana.
Stąd wynikają najczęściej stosowane w praktyce sposoby rozruchu silników indukcyjnych.
3.1. Rozruch za pomocą rozrusznika.
Ten sposób rozruchu można stosować tylko dla silników pierścieniowych. Polega on na włączeniu w obwód uzwojenia wirnika nastawianej (płynnie lub skokowo) rezystancji dodatkowej, nazywanej rozrusznikiem. Silnik przyłącza się do sieci zasilającej z włączonym w obwód wirnika rozrusznikiem nastawionym na największą rezystancję. Po osiągnięciu odpowiedniej prędkości obrotowej należy przełączyć rozrusznik na następny stopień i kolejno aż do zwarcia rozrusznika. Przełączenia powinny następować w takiej chwili, aby nie pojawił się prąd większy niż początkowy prąd rozruchowy. Przy przedwczesnym przełączeniu z jednego stopnia na drugi nastąpiłoby niepożądane, nadmierne „uderzenie prądu" i nagłe zwiększenie momentu obrotowego. Byłoby to przyczyną gwałtownych przyspieszeń i niespokojnej pracy maszyny. Zbyt późne przełączenie z jednego stopnia na drugi powoduje wydłużenie czasu rozruchu. Rozruszniki są przeznaczone do pracy dorywczej lub przerywanej (tylko w okresie rozruchu) i dlatego oblicza się je pod względem cieplnym na krótki czas pracy. Należy więc pamiętać, że nie można używać rozrusznika do pracy ciągłej, gdyż groziłoby mu nadmierne nagrzanie i uszkodzenie.
3.2. Rozruch za pomocą przełącznika gwiazda-trójkąt.
Przełącznik gwiazda-trójkąt może być używany do rozruchu tylko takich silników indukcyjnych, które mają wyprowadzone na tabliczkę zaciskową sześć końcówek uzwojenia stojana. Napięcie sieci zasilającej powinno być równe napięciu znamionowemu uzwojenia stojana połączonemu w trójkąt.
Silnik załącza się do sieci przy ustawieniu przełącznika „rozruch" w takim położeniu, przy którym uzwojenie stojana jest połączone w gwiazdę. Wirnik silnika zaczyna wirować. W chwili, gdy ustali się prędkość obrotowa wirnika, przełącznik należy przełączyć w położenie, przy którym uzwojenie stojana zostanie połączone w trójkąt.
3.3. Rozruch za pomocą autotransformatora.
Transformatory stosowane do tego celu mają stałą lub nastawialną (płynnie lub skokowo) przekładnię napięciową nu. Napięcie sieci zasilającej powinno być równe napięciu znamionowemu stojana.
Rozruch silnika rozpoczyna się przy nastawieniu wartości napięcia odpowiadającej przyjętemu nieprzekraczalnemu prądowi rozruchowemu zamykając wyłączniki Wl, W2 i W3 przy otwartym wyłączniku W4. Następnie, jeżeli transformator ma regulowaną przekładnię, stopniowo powiększa się napięcie zasilające silnik do wartości znamionowej. Po ustaleniu się prędkości silnika, otwiera się wyłączniki W2 i W3, zamykając natychmiast wyłącznik W4. W tym przypadku napięcie zasilające silnik Ur jest niższe od napięcia sieci U
Moment rozruchowy
jest nu2 razy mniejszy od momentu przy pełnym napięciu, a prąd rozruchowy
jest nu razy mniejszy od prądu płynącego w uzwojeniach silnika w czasie rozruchu przy pełnym napięciu. Prąd płynący zaś w uzwojeniu pierwotnym autotransformatora, czyli prąd pobierany z sieci:
jest nu2 razy mniejszy od prądu płynącego podczas rozruchu bezpośredniego.
3.4. Rozruch za pomocą rezystancji włączonej w obwód stojana.
Ten sposób rozruchu jest stosowany tylko w przypadku silników małej mocy, ponieważ uzyskuje się tu ograniczenie prądu rozruchowego, ale jednocześnie bardzo znaczne zmniejszenie momentu rozruchowego.