Пуск двигателей постоянного тока

Ток якоря двигателей постоянного тока определяется уравне­нием

где R_д — внутреннее сопротивление двигателя.

При пуске двигателя, когда он неподвижен, т. е. ω = 0, э.д. с. Е равна нулю.

Поэтому пусковой ток двигателя

Внутреннее сопротивление двигателей R _дочень мало, по­этому включение двигателя на полное напряжение сети вызы­вает большой бросок тока, превосходящий номинальный ток во много раз.

Для ограничения пускового тока необходимо последова­тельно с обмоткой якоря включить пусковой реостат или изме­нять подводимое к двигателю напряжение от нуля до номи­нального.

При реостатном пуске пусковой ток определяется согласно уравнению

Где R_п - сопротивление пускового реостата.

По мере увеличения скорости вращения якоря двигателя при пуске будет расти э. д. с. якоря. Ток в этом случае будет равен

С увеличением скорости вращения якоря, а следовательно с увеличением э. д. с, будет уменьшаться ток якоря и вращаю­щий момент. Для поддержания величины пускового тока и пус­кового момента в необходимых для пуска пределах нужно уменьшать величину сопротивления пускового реостата. Таким образом, по мере разгона двигателя сопротивление пускового реостата автоматически или вручную уменьшается.

Диаграммы пуска двигателей постоянного тока параллель­ного и последовательного возбуждения приведены на рис. 5.1.

Величину момента Mi, соответствующего полному сопротив­лению реостата при неподвижном двигателе, называют макси­мальным пусковым моментом. Величину момента М₂, при котором происходит переключение реостата, т. е. переход на сле­дующую механическую характеристику, называют переклю­чающим моментом.

Переключающий момент принимается больше момента стати­ческого сопротивления, т. е. М₂>М_С-

Кроме пусковых ступеней, реостат имеет предварительную ступень, на которой пусковой момент меньше момента статиче­ского сопротивления, т. е. М_пред<М_с. На этой ступени реостата якорь двигателя, повернувшись на некоторый угол, необходи­мый для кинематической подтяжки привода, остается непо­движным. При этом шестерни редуктора войдут в зацепление, натягивается канат и т. д. Благодаря наличию предваритель­ной ступени пуск привода происходит плавно, без рывков. Со­гласно пусковой диаграмме пуск двигателя проходит следую­щие этапы (см. рис. 5.1).

На участке характеристики 0 —/ пусковой момент увеличи­вается от нуля до М_пред. В точке 1 двигатель еще неподвижен, но произошла кинематическая подтяжка всей системы при­вода.

На участке 1 — 2 пусковой момент увеличивается от М_преде до М₁ На участке 2 — 3 увеличивается угловая скорость до ωi и уменьшается пусковой момент от М ₁до М₂-

В точке 3 происходит выключение одной секции реостата. Сопротивление его уменьшается и разгон двигателя происходит по прямой 4 — 5 от скорости ω₁ до скорости ω₂ Момент снова уменьшается до М₂.

В точке 9 (см. рис. 5.1, а) и точке 7 (см. рис. 5.1, б) реостат полностью зашунтирован. Двигатель разгоняется на естествен­ной характеристике 10 —11 (см. рис. 5.1, а) и 8 — 9 (см. рис. 5.1, б). В точках 11 и 9 наступает установившийся режим работы двигателя при М=М_С и скорости ω_с. На этом пуск дви­гателя заканчивается. Этот способ пуска отличается сравни­тельно большими потерями энергии в реостате.

Значительно экономичнее получается пуск двигателей при изменении напряжения от нуля до номинального. Но для этого необходимо применять специальные системы привода, напри­мер систему генератор — двигатель (Г—Д), тиристорный пре­образователь— двигатель (ТП—Д) и т. д. Эти системы при­вода будут подробнее рассмотрены ниже.

Для уменьшения потерь электроэнергии при пуске двига­телей последовательного возбуждения, установленных на элек­тровозах, применяют последовательно-параллельное соединение двигателей. При этом на зажимах двигателей напряжение из­меняется скачкообразно. Так, например, при двух двигателях напряжение может быть равно 0,5 U_H0M и U_H0M, при четырех двигателях — 0,25 U_ном, 0,5 U_H0M и U_H0M. Такое соединение дви­гателей дает возможность уменьшить потери энергии в реоста­тах при пуске.

5.3. Пуск двигателей переменного тока

Пуск асинхронных двигателей с фазным рото­ром при номинальном напряжении и номинальной частоте осу­ществляется при помощи пускового реостата, включенного в цепь ротора.

Диаграмма пуска (рис. 5.2) получается подобной диаграмме пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. По мере увеличения скорости вращения ротора сопротивление реостата уменьшается (автоматически или вручную). По пусковой диаграмме пуск двигателя проходит следующие этапы:

на участке 0 —1 момент увеличивается от 0 до М_пред, происходит кинематическая подтяжка всей системы при­вода;

на участке 1— 2 момент увеличивается от М_прел до М ₁(предварительная секция- r_пред зашунтирована);

на участке 2 — 3 увеличи­вается скорость вращения ро­тора от нуля до ω₁ и умень­шается момент от М ₁до М₂;

на участке 3 — 4 происхо­дит разгон двигателя на третьей характеристике от ω₁ до ω₂

Аналогично происходит пуск и на других ступенях реостата. От точки 8 до точки 9 происходит разгон двигателя на естественной характеристике.

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором осуществляется прямым включе­нием в сеть.

Пуск непосредственным включением в сеть на полное на­пряжение прост, обеспечивает полную величину пускового мо­мента, но связан со значительными пусковыми токами.

Пуск синхронных двигателей. В настоящее время синхронные двигатели изготовляют только с асинхронным пуском.

При асинхронном пуске синхронного двигателя принципи­альные схемы включения обмотки статора аналогичны схемам включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым рото­ром. При асинхронном пуске до подачи напряжения в обмотку возбуждения последняя должна быть замкнута на разрядное со­противление.

При пуске синхронного двигателя необходимо выполнить два условия:

а) пусковой (асинхронный) момент М_пуск должен быть
больше момента статического сопротивления М_с;

б) входной (подсинхронный) момент вращения Л1_вх, т. е.
момент при скольжении s = 0,05, должен быть больше статиче­ского момента сопротивления при том же скольжении. Данные
о пусковом и входном моментах двигателя приводятся в завод­ских каталогах.

Тормозные режимы двигателей

Двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели трехфаз­ного тока позволяют применять три вида электрического тор­можения: генераторное торможение с рекуперацией энергии в сеть, динамическое торможение и торможение противовключением.

Двигатели постоянного тока параллельного возбуждения. На рис. 5.3 представлены схемы включения двигателя, а на рис. 5.4 — механические характеристики в тор­мозных режимах.

Генераторное торможение с рекуперацией энергии в сеть (рис. 5.3, а) может быть только при скорости вращения якоря, большей скорости идеального холостого хода, т. е. ω>ω₀. В этом случае Е> U и величина тормозного тока определяется уравнением

из которого видно, что направление тока меняется на обратное, т. е. ток поступает от двигателя в сеть. Этот режим работы применяется для торможения при спуске груза (подъемные машины, краны и т. п.), когда груз, опускаясь, может вращать якорь со скоростью ω>ω_0. Точка 2 механической характери­стики (см. рис. 5.4) соответствует этому режиму работы. Оче­видно, этот вид торможения можно применять только для под­держания скорости на определенном уровне.

Динамическое торможение (рис. 5.3, б) можно применять при любой скорости вращения якоря двигателя, отличной от нуля. Якорь двигателя при динамическом торможении отключа­ется от сети и замыкается на тормозное сопротивление R_Ann- Обмотка возбуждения обычно включается в сеть постоянного тока для создания неизменного магнитного потока двигателя.

Величина тока якоря при динамическом торможении опре­деляется выражением

Участок 3 — 0 механической характеристики (рис. 5.4) соот­ветствует динамическому торможению.

Так как Е пропорциональна скорости вращения якоря, то при малых скоростях динамическое торможение малоэффек­тивно.

Торможение противовключением (рис. 5.3, в) возможно при всех значениях скорости, вплоть до полной остановки двига­теля.

При противовключении двигатель вращается в обратную сторону. При этом э. д. с. Е действует согласно с приложенным напряжением (если изменить направление тока в обмотке воз­буждения). Ток якорной цепи двигателя определится по выра­жжению

Подобный режим работы может быть осуществлен только при введении в цепь якоря достаточно большого сопротивления с целью ограничения тока якоря. Этому режиму работы соот­ветствует участок 4 — -5 характеристики на рис. 5.4.

Двигатели постоянного тока последова­тельного возбуждения могут иметь два режима тормо­жения: динамическое торможение и торможение противовклю­чением. Генераторное торможение с рекуперацией энергии в сеть при обычной схеме включения двигателя невозможно, так как двигатель не имеет скорости идеального холостого хода. Этот режим торможения возможен, если обмотку возбуж­дения подключить к независимому источнику тока.

Схемы включения двигателя приведены на рис. 5.5, а меха­нические характеристики — на рис. 5.6.

Динамическое торможение можно применять при любой скорости, однако при малых скоростях эффективность тормо­жения резко снижается. При этом режиме работы двигатель может быть включен по схемам, приведенным на рис. 5.5, а и б.

В первой схеме двигатель отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление. Концы обмотки возбуждения сле­дует поменять местами с целью предотвращения размагничива­ния двигателя. Вторая схема широкого применения не получила, так как в тормозном сопротивлении, включенном последова­тельно с обмоткой возбуждения, получаются большие потери электроэнергии.

В остальном этот режим протекает так же, как и в двига­теле параллельного возбуждения. Участок 2 — 0 механической характеристики соответствует динамическому торможению.

Торможение противовключением (рис. 5.5, в) осуществля­ется и протекает точно так же, как и в двигателе параллельного возбуждения. Участок 3 — 4 механической характеристики (рис. 5.6) соответствует торможению противовключением

Асинхронные двигатели трехфазного тока.

В асинхронных двигателях возможны три тормозных ре­жима: торможение с рекуперацией энергии в сеть; торможение противовключением и динамическое торможение.

На рис. 5.7 приведены схемы включения двигателя, а на рис. 5.8 механические характеристики при тормозных режимах.

При торможении с рекуперацией энергии в сеть (рис. 5.7, а) направление вращения вращающегося магнитного потока ста­тора совпадает с направлением вращения ротора. Скорость вра­щения ротора больше скорости вращения магнитного потока, т. е. (о>со₀- Механическая энергия, подводимая к валу ротора извне (например, создаваемая опускаемым грузом), преобразу­ется в электрическую и отдается в сеть. Применяется этот ре­жим торможения для поддержания постоянной скорости при опускании груза в подъемных установках. На механических ха­рактеристиках (см. рис. 5.8) этому режиму работы соответ­ствует точка 2.

При торможении противовключением ротор двигателя вра­щается в сторону, противоположную вращению магнитного по­тока статора. Этот режим работы может быть получен путем реверсирования двигателя на ходу (рис. 5.7, б). Ротор под дей­ствием запасенной кинетической энергии продолжает вращаться в прежнем направлении, а поле статора изменяет свое направ­ление вращения.

Режиму торможения противовключением соответствуют уча­стки механических характеристик (см. рис. 5.8) 3 — 4 для двига­теля с короткозамкнутым ротором и 3' — 4'( на реостатной ха­рактеристике двигателя с фазовым ротором) соответствуют динамическому торможению.

Динамическое торможение асинхронного двигателя осущест­вляется подключением обмотки статора к источнику постоян­ного тока. Обмотка ротора двигателя с фазным ротором замы­кается на сопротивление (рис. 5.7, в). Машина работает как синхронный генератор с неподвижными полюсами. Части меха­нических характеристик (рис. 5.8) 5— 0 (для двигателя с ко­роткозамкнутым ротором) и 5'— 0 (на реостатной характери­стике двигателя с фазным ротором) соответствуют динамиче­скому торможению.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: