Из курса электротехники известно, что при пуске асинхрон­ные электродвигатели потребляют из питающей сети значитель­ные пусковые токи. Действительно, в момент пуска скольжение асинхронного электродвигателя s=1, в номинальном же режиме оно не превышает 0,05. Это означает, что в момент пуска вращающееся магнитное поле статора в 20 раз чаще пересека­ет обмотку ротора.

Однако пусковой ток в статорной и роторной обмотках обыч­но не превышает номинальный ток более чем в 7—8 раз, так как в момент пуска индуктивное сопротивление роторной цепи резко повышается за счет увеличения частоты тока. Известно, что индуктивное сопротивление любой цепи может быть опре­делено но следующему выражению:

где L—индуктивность цепи.

В момент пуска частота тока в обмотке ротора при принятых выше условиях (s_пуск = 1; s_ном = 0,05) в 20 раз выше, чем в но­минальном режиме. Поэтому полное сопротивление роторной цепи Z = ?R² + x_L² при пуске намного выше, по сравнению с номи­нальным режимом. Этим и объясняется тот факт, что ток в мо­мент пуска не в 20 раз превышает свое номинальное значение, а лишь в 7—8.

Для самого электродвигателя повышенные пусковые токи большой опасности не представляют, так как протекают они в течение сравнительно короткого промежутка времени и пере­греть обмотки не успевают. Однако .повышенные пусковые токи приводят к большим провалам напряжения в питающей сети, что крайне неблагоприятно сказывается на работе других потре­бителей. Это заставляет применять ряд специальных мер, огра­ничивающих пусковые токи асинхронных электродвигателей.

Следует иметь в виду, что асинхронные электродвигатели, имея большой -пусковой ток, обладают сравнительно неболь­шим пусковым моментом, так как в момент пуска коэффициент мощности роторной щеп и очень низок. Вращающий же момент, развиваемый асинхронным электродвигателем, согласно выра­жению (96), пропорционален не только току ротора, но и коэф­фициенту мощности роторной «цепи.

Поэтому искусственные схемы пуска асинхронных электро­двигателей, рассматриваемые ниже, часто имеют своей целью не только снижение пусковых токов, но и повышение пусковых моментов.

Пуск электродвигателей с фазным ротором. Асинхронные электродвигатели с фазным ротором, т. е. с ротором, имеющим контактные кольца, пускаются в ос од при помощи пускового реостата, включенного в цепь ротора (см. рис. 40, а). Введение реостата уменьшает пусковой ток и позволяет получить, , требуемый пусковой момент вплоть до M_крит. Выражение (93) показывает, что величина скольже­ния s_крит, при которой имеет место максимальный момент, за­висит от активного сопротивления фазы ротора. Следователь­но, подобрав соответственную величину этого сопротивления, можно получить момент, близкий по величине  к М_крит (см. рис. 43 и 44).

Расчет пускового реостата удобно производить графо-аналитическим способом, имеющим много общего с .ранее рассмот­ренными способами для электродвигателей постоянного тока.

Чтобы рассчитать пусковой реостат, необходимо знать но­минальные данные электродвигателя и иметь его естествен­ную механическую характеристику п = f(М): Последняя мо­жет быть легко построена, как известно, по двум точкам — по синхронной скорости при нулевом моменте и по номинальной скорости при номинальном (моменте. Имея эти данные, можно производить расчет пускового реостата по следующей методике.

1. Выбираются пределы изменения вращающего момента при пуске М_mах и М_min и откладываются на пусковой диаграм­ме (рис. 47). При выборе моментов следует руководствоваться тем, что максимальный момент при пуске должен быть несколь­ко меньше опрокидывающего момента, а минимальный мо­мент— несколько выше момента статического сопротивления М_с, причем, чем меньше выбрана разность (М_mах —М_min ), тем больше ступеней будет иметь пусковой реостат и тем плавнее и быстрее будет происходить пуск электродвигателя.

2. Пуск электродвигателя должен начинаться с точки 1, так как при трогании с места электродвигатель, по при­нятому выше условию, должен развивать момент М_mах при n = 0. Следовательно, первая пусковая характеристика а, соот­ветствующая полностью включенному пусковому реостату, должна проходить через точки п₀ и 1. Скорость электродвигате­ля будет возрастать, так как М_mах > M_c, т. е. имеется избыточ­ный момент, сообщающий механизму ускорение. С увеличени­ем скорости вращающий момент будет уменьшаться, и при до­стижении им значения М_min (точка 2) должна быть отключе­на первая ступень пускового реостата.

3. При отключении первой ступени происходит переход электродвигателя на работу с характеристики а на характери­стику b, соответствующую включенному пусковому реостату без первой ступени. За время отключения первой ступени скорость электродвигателя практически не успевает измениться, поэтому можно считать, что переход с одной характеристики на другую происходит по горизонтальной прямой 2—3 и характе­ристика b проходит через точки п₀ и 3.

4. Дальнейший разгон электродвигателя происходит уже по характеристике b до тех пор, пока вращающий момент снова не снизится до значения М_min. При этом должна быть отключена вторая ступень реостата и электродвигатель перейдет на работу по характеристике с. Переход происходит по горизон­тальной прямой 4—5, а характеристика с проходит через точ­ки n₀ и 5.

5. Когда при работе на характеристике с момент опять снизится до значения M_min, отключается третья последняя сту­пень пускового реостата и электродвигатель переходит на рабо­ту по естественной характеристике d. На этой характеристике разгон электродвигателя продолжается до тех пор, пока его вращающий момент не станет равным моменту статического сопротивления. После этого разгон прекратится и электродвига­тель будет работать с установившейся скоростью.

Следует заметить, что в рассмотренном случае число сту­пеней пускового реостата заранее выбрано. Поэтому моменты М_mах и М_min должны быть выбраны так, чтобы при отключении третьей ступени электродвигатель переходил на естественную характеристику d. Если этого не происходит, необходимо не­сколько изменить значения моментов M_mах и М_min и повторить построение. В том случае, когда число ступеней не ограничи­вается, построение ведется до тех пор, пока не происходит переход на естественную характеристику. Число ступеней реостата определяется в этом случае по пусковой диаг­рамме.

6. Пользуясь пусковой диаграммой (см. рис. 47), нетрудно определить сопротивление как всего реостата, так и отдельных его ступеней. Нетрудно доказать, что отрезок 7 -9 представля­ет в масштабе сопротивлений активное сопротивление фазы об­мотки ротора, а отрезок 1—7 в том же масштабе — полное ак­тивное сопротивление фазы пускового реостата. Отрезки 1—3, 3—5 и 5—7 представляют соответственно величины активных сопротивлений первой, второй и третьей ступеней пускового ре­остата.

Масштаб сопротивлений может быть определен по выра­жению

где 7—9 — отрезок на диаграмме в единицах длины;

R₂ — активное сопротивление одной фазы ротора, кото­рое может быть взято из паспортных данных элект­родвигателя или определено путем измерения или приближенного расчета по формуле

где s —номинальное скольжение;

т₂ — число фаз ротора;

I₂ —номинальный ток в фазе .ротора;

М—номинальный вращающий момент.

Рассмотренный способ пуска в ход асинхронных электро­двигателей с фазным ротором отличается простотой, надежно­стью. Он позволяет снизить величину .пускового тока и повы­сить, при необходимости, пусковой момент вплоть до опрокиды­вающего момента. Недостатком данного способа следует счи­тать значительные потери энергии в пусковых реостатах, а также большие габариты последних при большом числе ступеней. Чтобы избежать применения слишком громоздких пусковых ре­остатов, в крановых схемах часто применяют реостаты с так на­зываемой несимметричной схемой, когда сопротивление выво­дится не одновременно из трех фаз роторной цепи, а постепенно.

В начальный момент пуска в роторную цепь электродвига­теля введено все сопротивление. Затем постепенно, по мере разгона электродвигателя, с помощью барабанного или кулач­кового контроллера выводится первая ступень сопротивления из цепи первой фазы, потом второй, затем третьей; при следу­ющем положении контроллера выводится вторая ступень со­противления из цепи первой фазы и так до тех пор, пока при последнем положении контроллера не будет выведено все сопротивление и замкнута накоротко цепь ротора.

Такой способ пуска создает некоторую асимметрию токов роторной цепи, что, однако, опасности для электродвигателя не представляет и позволяет в то же время несколько умень­шить габариты пусковых реостатов и контроллеров.

Пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Пуск мощных асинхронных электродвигателей с короткозамк­нутым ротором связан с рядом трудностей, так как ограничение пусковых токов введением дополнительных сопротивлений в. цепь ротора применить в данном случае невозможно. Как пра­вило, в подъемно-транспортных машинах находят применение электродвигатели с короткозамкнутым ротором сравнительно небольшой мощности, вследствие чего необходимости в ограни­чении пусковых токов обычно не возникает.

При питании асинхронного электродвигателя с короткозамк­нутым ротором от мощности сети пуск в большинстве случаев производится путем подключения обмотки статора к полному напряжению питающей сети, как показано на рис. 48, а.

Если мощность электродвигателя соизмерима с мощностью сети, пусковые токи вызывают недопустимо большие падения напряжения, что ухудшает условия работы других потребите­лей, питающихся от той же сети; в этом случае необходимо принимать меры, ограничивающие пусковые токи.

При пуске непосредственным включением на полное на­пряжение обмотка статора подключается к сети простым вклю­чением соответствующего аппарата — рубильника, контактора, магнитного пускателя и т. п. При этом имеет место толчок пу­скового тока, который в 7—8 раз превышает номинальный ток электродвигателя. Нужно иметь в виду, что толчок тока в мо­мент пуска зависит не от нагрузки, а от величины сопротивле­ния обмоток электродвигателя и напряжения сети. В связи с этим, если возникает необходимость в снижении пусковых то­ков, к электродвигателю в момент пуска подводят пониженное напряжение.

Снижение напряжения, подводимого к статорной обмотке, может быть осуществлено:

а) переключением обмотки статора со звезды на треугольник;

б) при помощи активного сопротивления, включаемого в цепь статора;

в) применением автотрансформатора.

Общим для всех указанных способов является снижение пускового тока электродвигателя при одновременном уменьше­нии его пускового момента, который, как известно, пропорционален квадрату напряжения. Это означает, что рассматрива­емый способ пуска применим лишь при небольших моментах сопротивления.

Пуск переключением статорной обмотки со звезды на треу­гольник применяется наиболее часто для асинхронных электро­двигателей с короткозамкнутым ротором, у которых при нор­мальной работе обмотка статора соединена треугольником. Принцип работы схемы (рис. 48, б) состоит в том, что в началь­ный период пуска обмотка статора включается звездой и присоединяется к сети. Когда же электродвигатель разовьет не­которую скорость, обмотку переключают на треугольник. Оче­видно, что величина пускового тока при соединении звездой в ?3 раз меньше, чем при соединении треугольником, так как величина напряжения, подводимого к каждой фазе электродви­гателя, в первом случае в ?3 раз меньше по сравнению со вто­рым случаем. Правда, пусковой момент будет в три раза мень­ше. Как показано на рис. 48, б, для осуществления пуска элек­тродвигателя данным способом никакой сложной аппаратуры не требуется. Пуск электродвигателя осуществляется обычным трехполюсным переключателем Р.

Сравнительно редко используется малоэкономичный способ пуска при помощи активного сопротивления, включаемого в цепь обмотки статора. Этот способ пуска применяют лишь в тех случаях, когда обмотка статора электродвигателя при нор­мальной работе должна быть включена звездой. При пуске вначале замыкается рубильник Р₁ (рис. 48, в). При этом статорная обмотка подключается к сети через реостат R. Когда электродвигатель разовьет некоторое число оборотов, замыка­ется рубильник Р₂ и реостат шунтируется.

Довольно редко также применяется пуск асинхронных элек­тродвигателей с помощью автотрансформатора. В этом случае в первый период пуска шестиполюсный переключатель П (рис. 48, г) ставится в положение 1 и к зажимам статора через автотрансформатор Т подводится пониженное напряжение. Ког­да электродвигатель разгонится, переключатель ставится в поло­жение 2 и статор оказывается под полным напряжением сети.

Общим недостатком всех рассмотренных способов пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от пониженного напряжения является значительное снижение пускового момента.

Чтобы ограничить пусковой ток без одновременного сниже­ния пускового момента, необходимо на время пуска увеличить сопротивление обмотки ротора. Для этого, на роторе помещают не одну, а две короткозамкнутые об­мотки (двухклеточные электродвигатели) или выполняют ро­торы с так называемым глубоким пазом.

Двухклеточные асинхронные электродвигатели и электро­двигатели с глубоким пазом обладают большим пусковым мо­ментом и меньшей кратностью пускового тока, чем короткозамкнутые электродвигатели обычного исполнения, од­нако стоимость первых значительно выше и применяют их срав­нительно редко.