Меню

Пусковой момент машины постоянного тока

Пуск двигателей постоянного тока

Ток якоря двигателей постоянного тока определяется уравне­нием

где Rд — 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 Rдочень 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 Rп — 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. М2С

Кроме пусковых ступеней, реостат имеет предварительную ступень, на которой пусковой момент меньше момента статиче­ского сопротивления, т. е. Мпред

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 89 (см. рис. 5.1, б). В точках 11 и 9 наступает установившийся режим работы двигателя при М=МС и скорости ωс. 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 UHM и UHM, при четырех двигателях — 0,25 Uном, 0,5 UHM и UHM. 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 —1 момент увеличивается от 0 до Мпред, происходит кинематическая подтяжка всей системы при­вода;

на участке 1—2 момент увеличивается от Мпрел до М1(предварительная секция- rпред зашунтирована);

на участке 23 увеличи­вается скорость вращения ро­тора от нуля до ω1 и умень­шается момент от М1до М2;

на участке 34 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 Мпуск должен быть
больше момента статического сопротивления Мс;

б) входной (подсинхронный) момент вращения Л1вх, 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.

Читайте также:  Постоянный ток бум бич

Генераторное торможение с рекуперацией энергиив сеть(рис. 5.3, а) может быть только при скорости вращения якоря, большей скорости идеального холостого хода, т. е. ω>ω. 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>ω0. 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 RAnnОбмотка возбуждения обычно включается в сеть постоянного тока для создания неизменного магнитного потока двигателя.

Величина тока якоря при динамическом торможении опре­деляется выражением

Участок 3 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 торможениеможно 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 механической характеристики соответствует динамическому торможению.

Торможение противовключением(рис. 5.5, в) осуществля­ется и протекает точно так же, как и в двигателе параллельного возбуждения. Участок 34 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>со— 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 противовключениемротор 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 впрежнем направлении, а поле статора изменяет свое направ­ление вращения.

Режиму торможения противовключением соответствуют уча­стки механических характеристик (см. рис. 5.8) 34 для двига­теля с короткозамкнутым ротором и 3′4′( на реостатной ха­рактеристике двигателя с фазовым ротором) соответствуют динамическому торможению.

Динамическое торможениеасинхронного 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— (для двигателя с ко­роткозамкнутым ротором) и 5’— (на реостатной характери­стике двигателя с фазным ротором) соответствуют динамиче­скому торможению.

Источник

Пуск электродвигателя постоянного тока

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

При подаче напряжения на электродвигатель происходит скачок напряжения, который называется пусковым током. Пусковой ток часто выше номинального от 5 до 10 раз, но отличается своей кратковременностью.

Читайте также:  Найти расчетный ток трехфазной линии

Процессы, протекающие при пуске двигателя

Электродвигатель постоянного токаКогда на обмотке статора увеличивается токовая нагрузка, одновременно с этим увеличивается крутящий момент двигателя, передающийся на вал ротора. Резкое увеличение крутящего момента может вызвать резкое повышение температуры обмотки статора и привести к неисправностям в изоляции, что может стать причиной вибраций, механических деформаций и выхода двигателя из строя.

Чтобы избежать поломки электродвигателя, сразу после начала его работы пусковой ток понижается до номинальных частот вращения. Для снижения пускового тока применяют несколько способов, которые также позволяют стабилизировать напряжение электропитания. Существует несколько способов запуска двигателей постоянного тока.

При прямом пуске подключение обмотки якоря происходит непосредственно к электрической сети. Это означает, что двигатель подключается к источнику электропитания при своем номинальном напряжении. Прямой пуск электродвигателя используется, когда есть стабильное питание двигателя, который жестко связан с приводом. Это один из самых простых методов пуска.

Преимуществом прямого пуска является то, что при таком запуске температура повышается не столь значительно, если сравнивать с другими методиками. Если отсутствуют специальные ограничения на поступающий от электросети ток, то такой способ считается наиболее предпочтительным. Те электродвигатели, что предназначаются для частых пусков и отключений, оборудуются специальной системой управления, с контактором и термореле, которые защищают прибор от поломки.

Если электродвигатели имеют малую мощность и работают без частых остановок и пусков, то для его включения требуется самое примитивное оборудование. Обычно им является вручную работающий расцепитель. При такой схеме непосредственно на сами клеммы двигателя и подается напряжение. Для электродвигателей небольших размеров пусковой момент составляет 150–300 % от номинального, а сам пусковой ток — 300–800%.

Прямой пуск имеет то ограничение, что пик нагрузки некоторых крупных двигателей может быть в 15, а иногда и в 50 раз больше номинального. Такие нагрузки совершенно недопустимы, поэтому такой способ пуска применяется лишь на двигателях малой мощности.

Реостатный пуск электродвигателя постоянного тока

Реостатный пуск, в отличие от прямого, не имеет ограничений на мощность двигателя, поэтому его часто применяют на приборах большой мощности. Реостат для пуска изготавливается из провода, который имеет высокое удельное сопротивление и разделен на секции. Ток возбуждения, который возникает при включении двигателя, устанавливается таким образом, чтобы соответствовать номинальным значениям. Это необходимо для того, чтобы при пуске развивался максимально большой допустимый момент, что необходимо для быстрого разгона двигателя.

Реостатный пуск осуществляется вместе с последовательным уменьшением сопротивления реостата, что позволяет не допускать скачков электрического тока и гарантирует безопасность при включении даже самых мощных электродвигателей.

Пуск электродвигателя путем изменения питающего напряжения

Пуск путем изменения питающего напряжения является еще одним способом начать работу электродвигателя. При использовании реостатного пуска могут возникнуть большие потери энергии непосредственно в самом пусковом реостате. Для того чтобы избежать этих потерь и повысить экономичность и энергоэффективность, двигатель запускается с помощью очень плавного постепенного повышения напряжения, которое подается на обмотку якоря. Для такого способа требуется отдельный источник постоянного тока, с помощью которого можно регулировать напряжение. Для этого используют генераторы и управляемые выпрямители. Пуск путем изменения питающего напряжения двигателя является обычной практикой на тепловозах.

Источник

Основные уравнения двигателя постоянного тока (ДПТ)

ads

В этой статье описаны основные формулы, величины и их обозначения которые относятся ко всем двигателям постоянного тока.

В результате взаимодействия Iя тока якоря в проводнике L обмотки якоря с внешним магнитным полем возникает электромагнитная сила создающая электромагнитный момент М который приводит якорь во вращение с частотой n.

Противо ЭДС двигателя Eя

При вращении якоря пазовый проводник пресекает линии поля возбуждения с магнитной индукцией B и в соответствии с явлением электромагнитной индукции в проводнике наводится ЭДС Eя направленная навстречу Iя. Поэтому эта ЭДС называется противо ЭДС и она прямо пропорциональна Ф магнитному потоку и частоте вращения n.

Ce — постоянный коэффициент определяемой конструкцией двигателя.

Применив второй закон Кирхгофа получаем уравнение напряжения двигателя.

где ∑R — суммарное сопротивления обмотки якоря включающая сопротивление :

  • обмотки якоря
  • добавочных полюсов
  • обмотки возбуждения (для двигателей с последовательным возбуждением)

Ток якоря Iя

Выразим из формулы 2 ток якоря.

Частота вращения якоря

Из формул 1 и 2 выведем формулу для частоты вращения якоря.

Формула частоты ращения двигателя постоянного тока

Электромагнитная мощность двигателя

Электромагнитный момент

Формула электромагнитного момента ДПТ

где: ω = 2*π*f — угловая скорость вращения якоря, Cм — постоянный коэффициент двигателя (включает в себя конструктивные особенности данного двигателя)

Снимок 11

Момент на валу двигателя, т.е. полезный момент, где М момент холостого хода;

Источник



Пусковой момент машины постоянного тока

§ 114. Пуск двигателя постоянного тока

В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен и противо-э. д. с. равна нулю (Е = 0). Таким образом, при непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря протекает чрезмерно большой ток, равный

Читайте также:  Калибровка амперметра постоянного тока своими руками

Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателей очень малой мощности, у которых падение напряжения в якоре представляет относительно большую величину и броски тока не столь велики.
В машинах постоянного тока большой мощности падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько процентов от номинального напряжения, т. е.

Iяrя = (0,02 ÷ 0,1)Uc. (148)

Следовательно, пусковой ток в случае включения двигателя в сеть с номинальным напряжением во много раз превышает номинальный Iпуск >> Iн).
Большой пусковой ток является опасным как для машины, так и для приемника механической энергии, находящегося на валу двигателя. При большом токе происходит нагрев обмотки якоря машины и образуется интенсивное искрение под щетками, вследствие которого коллектор может выйти из строя. На валу двигателя создаются механические удары, так как при большом токе вращающий момент будет также большим.
Для ограничения пускового тока используются пусковые реостаты, включаемые последовательно с якорем двигателя при пуске в ход. Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы; они выполняются ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.
Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым реостатом показана на рис. 163. Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначаемые буквами Л, Я, Ш. Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника (к линии). Зажим Я соединяется с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря Я. Зажим Ш соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по этой шине так, что между ними имеется непрерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочное сопротивление rр присоединяется обмотка возбуждения Ш1. Зажим якоря Я2 и обмотки возбуждения Ш2 соединены между собой перемычкой и подключены ко второму полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть.

При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1, так что последовательно с якорем соединено полное сопротивление пускового реостата ПР, которое выбирается таким, чтобы наибольший ток при пуске в ход Iп.макс не превышал номинальный ток более чем в 1,7 — 2,5 раза, т. е.

При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также протекает ток, создающий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов возникает пусковой момент, под действием которого якорь двигателя придет во вращение.
При увеличении скорости вращения якоря возрастает противо-э. д. с. и ток в якоре начинает уменьшаться, что вызовет уменьшение вращающего момента двигателя.
В рабочем режиме сопротивление пускового реостата должно быть полностью выведено, так как оно рассчитано на кратковременный режим работы и при длительном прохождении тока окажется выведенным из строя.
Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения Iп.мин, — движок пускового реостата переводится на контакт 2. При этом сопротивление пускового реостата уменьшится на одну ступень, что вызовет увеличение пускового тока.
Увеличение тока в якоре вызывает увеличение вращающего момента, вследствие чего скорость вращения вновь повышается.
С увеличением скорости возрастает противо-э. д. с., что вызывает уменьшение тока в якоре. Когда ток в якоре достигает вновь небольшого значения, движок реостата переводится на контакт 3.
Таким образом, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается (контакт 4), пока оно полностью не будет выведено (движок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и скорость якоря принимают установившиеся значения, соответствующие тормозному моменту на валу двигателя.
Наименьший ток при пуске в ход зависит от режима работы двигателя. Если двигатель пускается при полной нагрузке, то Iп.мин ≈ 1,1Iн. При пуске двигателя без нагрузки или при малых нагрузках этот ток может быть меньше номинального тока двигателя.
Число ступеней пускового реостата зависит от разности Iп.максIп.мин, причем чем меньше разность этих токов, тем больше число ступеней. Обычно пусковые реостаты имеют от двух до семи ступеней. При пуске двигателя в ход регулировочное сопротивление rр в цепи возбуждения должно быть полностью выведено, т. е. ток возбуждения должен быть наибольшим, что дает возможность уменьшить пусковой ток. Для пуска двигателя необходимо создать пусковой момент, больший тормозного момента на валу (Mпуск > Мт). Так как Мпуск = kΦIп, то для уменьшения пускового тока надо увеличить магнитный поток, т. е. увеличить ток в обмотке возбуждения.
Металлическая шина пускового реостата соединена с зажимом 1. Это необходимо для того, чтобы при отключении двигателя от сети не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющей значительную индуктивность.
При отключении двигателя движок пускового реостата переводится на холостой контакт и рубильник отключается; обмотка возбуждения будет замкнута на сопротивление пускового реостата и якоря, что дает возможность избежать перенапряжений и дугообразования.

Источник