Лекции / Лекция 33 Пуск и торможение ДПТ, специальные МПТ
Пуск и торможение ДПТ, специальные МПТ Способы и условия пуска двигателей постоянного тока . При пуске двигателя n 0 ЭДС, наводимая в обмотке якоря, равна нулю, а ток в соответствии с уравнением (5.2) равен
| I a п | U | . | (5.15) |
| R | |||
| a | |||
| Поскольку сопротивление цепи якоря R a | невелико, то при | ||
пуске с номинальным напряжением U U ном ток якоря в 10..50 раз будет превышать свое номинальное значение. Такой ток недопустим ни для щеток (из-за чрезмерных плотностей тока и сильного искрения под ними), ни для обмоток (из-за больших электродинамических усилий, пропорциональных квадрату тока якоря), ни для сети (из-за больших падений напряжения в ней). Кроме того, поскольку пропорционально росту тока возрастает электромагнитный момент двигателя, то большой момент может привести к поломке узла, соединяющего вал двигателя и приводимого механизма. По допустимым условиям работы коллекторно-щеточного узла пусковой ток ограничен I a п (2..2,5) I a ном . Поэтому прямой пуск (прямое включение в сеть) допускается только для двигателей малой мощности с относительно большим сопротивлением цепи якоря. Для более мощных двигателей необходимо уменьшать пусковой ток до указанных выше значений. Достигнуть этого можно или снижением подводимого напряжения, или включением последовательно с обмоткой якоря добавочного активного сопротивления (пускового реостата). Пуск при пониженном напряжении можно осуществить, если двигатель подключен к отдельному регулируемому источнику постоянного тока. В этом случае напряжение источника при включении двигателя плавно увеличивают, что позволяет избежать больших толчков тока. Начальное напряжение при пуске выбирается так, чтобы в первый момент пуска n 0 ток в цепи якоря I a п (2..2,5) I a ном . Пуск с помощью пускового реостата. Максимальное значение сопротивления пускового реостата выбирается так, чтобы в первый момент пуска n 0 ток в цепи якоря I a п (2..2,5) I a ном . По мере разгона двигателя растет наводимая в его обмотке ЭДС, вследствие чего
из-за малого магнитного пото-
Рис. 5.10 Схема включения пускового реостата для пуска двигателя параллельного возбуждения: Я,Ш,Л
–выводы пускового реостата для подключения соответственно обмоток якоря, возбуждения и сети
ток якоря будет уменьшаться. Поэтому по мере разгона двигателя сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают, а когда частота вращения достигнет установившегося значения – выводят полностью R п 0 , поскольку пусковые реостаты по условиям охлаждения рассчитаны на кратковременное протекание тока. Этот способ пуска имеет наибольшее распространение. Условия пуска двигателей независимого, параллельного и смешанного возбуждения . Первым условием является ограничение пускового тока одним из двух рассмотренных способов. Второе условие вытекает из требования минимального времени пуска. Для этого, как следует из уравнения движения, необходимо максимизировать пусковой момент. Увеличить пусковой момент M п при ограниченном значении тока I a п можно только за счет увеличе- ния магнитного потока . Поэтому вторым условием пуска является требование пуска при максимальном токе возбуждения. Для этого при пуске обмотку возбуждения включают на полное напряжение сети и полностью выводят регулировочный реостат R в (см. рис. 5.10). По этой же причине нельзя включать эту обмотку так, как показано штриховой линией на рис. 5.10, т.е. после пускового реостата РП. В начальный момент пуска напряжение, подводимое к двигателю, уравновешивается падением напряжения в цепи якоря и в пусковом реостате Так как сопротивление пускового реостата R п R a , то на цепь якоря и параллельную обмотку возбуждения будет приходиться небольшая часть напряжения сети (10..20 %), поэтому ток возбуждения и магнитный поток будут малы, что приведет к значительному снижению электромагнитного момента. И, если пуск производится с нагрузкой на валу, то может оказаться, что M п M c , и двигатель не придет во вращение. При пуске на холостом ходу M c 0
ка будет сильно возрастать частота вращения (двигатель пойдет вразнос), что также является недопустимым. Условия пуска двигателя последовательного возбуждения. Первым условием является ограничение пускового тока одним из двух рассмотренных способов. Если ограничение тока осуществляется с помощью пускового реостата, то схема последнего оказывается проще приведенной на рис. 5.10, так как в этом случае он содержит всего два зажима — Л (к нему подключается один из сетевых зажимов) и Я (к нему подключается цепь якоря). Зажима Ш, к которому подключалась параллельная обмотка возбуждения, в этом случае не требуется. Как следует из формулы (5.12), при заданном максимальном пусковом токе I a п пусковой момент становится максимально возмож- ным, т.е. второе условие пуска двигателей независимого (параллельного) возбуждения в этом случае выполняется автоматически при соблюдении первого условия. При пуске вхолостую ток якоря и, следовательно, магнитный поток по мере разгона двигателя будут уменьшаться и стремиться к нулю. В результате этого частота вращения будет сильно увеличиваться – двигатель пойдет вразнос. Поэтому второе условие пуска – запрещение пуска двигателя без нагрузки. Обычно пуск можно проводить, если M c 20..30% M ном . Способы изменения направления вращения (реверса) . На- правление вращения якоря двигателя в установившемся режиме работы совпадает с направлением электромагнитного момента, направление которого определяется по правилу левой руки. На рис. 5.11 направление тока в обмотке якоря показано точками и крестиками, а потока возбуждения — стрелками. На рис. 5.11, а при заданном направлении тока якоря и потока возбуждения электромагнитный момент и скорость двигателя направлены по часовой стрелке. Если поменять полярность подводимого напряжения, как показано в скобках, то ток якоря и поток возбуждения изменят свое направление, но направление момента и скорости останутся теми же.
| I a | I a | I a |
а б в Рис. 5.11. Схемы включения обмоток двигателя в рабочем режиме (а) и при реверсировании посредством изменения направления тока возбуждения (б) и полярности напряжения, подводимого к цепи якоря (в): Ш1, Ш2 – выводы обмотки параллельного возбуждения Поэтому направление момента и, следовательно, направление вращения якоря можно изменить, изменяя или направление магнитного потока при сохранении направления тока якоря, или направление тока в обмотке якоря при сохранении направления магнитного потока. Для этого необходимо поменять местами или выводы обмотки возбуждения (рис. 5.11, б), или полярность подводимого к цепи якоря напряжения (рис. 5.11, в). При изменении направления магнитного потока в двигателях смешанного возбуждения для того, чтобы не нарушать согласное действие обмоток, следует поменять между собой концы подводящих проводников как параллельной, так и последовательной обмотки, В начальный момент реверса при изменении направления потока возбуждения скорость скачком измениться не может, а ЭДС обмотки якоря изменяет свой знак. Для этого момента времени уравнение равновесия для цепи якоря в соответствии с уравнением (5.2) имеет вид U E I a R a . Отсюда получаем начальное значение тока якоря при реверсе
| I a п | U E | . | (5.16) |
| R | |||
| a | |||
Из уравнения (5.16) следует, что ток якоря I a р 2 I a п при пря- мом пуске. Поэтому для ограничения тока при реверсе в цепь якоря необходимо включать реостат, сопротивление которого вдвое больше сопротивления пускового реостата. По мере уменьшения скорости до нуля и далее при изменении направления вращения ЭДС будет уменьшаться, а затем изменять свой знак. Соответственно будет уменьшаться и ток якоря. Это позволяет уменьшать сопротивление реостата для сохранения максимально допустимого тока, т.е. для ускорения реверса путем сохранения максимального электромагнитного момента в процессе реверса. В начальный момент реверса при изменении полярности подводимого к цепи якоря напряжения скорость скачком измениться не может, и ЭДС обмотки якоря сохраняет свой знак. Для этого момента времени уравнение равновесия для цепи якоря в соответствии с уравнением (5.2) имеет вид U E I a R a . Отсюда следует, что ток якоря I a р 2 I a п . Поэтому, как и в предыдущем случае, необходимо принимать меры по его ограничению. Способы торможения двигателей постоянного тока. Для того чтобы быстро остановить или уменьшить скорость механизма, приводимого во вращение электродвигателем, наряду с механическими применяются и электрические способы торможения. Сущность электрических способов торможения состоит в том, что электрическая машина в этот период из двигательного режима переводится в один из тормозных и, следовательно, создает электромагнитный момент, направленный против направления вращения. В случае машин постоянного тока применяют три способа электрического торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением. При динамическом торможении машина работает в режиме автономного генератора, при рекуперативном торможении – в режиме генератора, работающего параллельно с сетью, при торможении противовключением в режиме электрического тормоза. Рассмотрим более подробно эти способы торможения. Динамическое торможение . В этом режиме цепь якоря двигателя замыкают на внешнее активное сопротивление R дт для чего пе- реключатель П из положения 1 переводят в положение 2 (см. рис. 5.27, а).
| R д.т.3 R д.т.2 | |
| R д.т | R д.т.2 R д.т.1 |
| R д.т.1 0 |
| а | I a ( M ) |
| б |
Рис. 5.27. Схема динамического торможения (а) и механические (скоростные) характеристики (б) двигателя параллельного (независимого) возбуждения в данном режиме Обмотка параллельного (независимого) возбуждения на все время торможения остается включенной в сеть, и якорь по инерции будет продолжать вращаться в том же направлении. Поэтому ЭДС в обмотке якоря не изменяет свой знак. Ток якоря в исходном (двигательном) режиме был равен I a U E / R a . После отключения якоря от сети
| U 0 и замыкании его на активное сопротивление | R дт ток будет | |||||||
| равен | ||||||||
| I a | E | c 1 n | . | |||||
| R a R дт | R a R дт | |||||||
| Тогда электромагнитный момент будет равен | ||||||||
| cc n 2 | ||||||||
| M cI a | 1 | . | (5.18) | |||||
| R a R дт | ||||||||
Как видно из выражения (5.18) электромагнитный момент M изменяет свой знак, т.е. становится тормозным. Выбор величины сопротивления R дт определяется ограничениями на величину тока яко-
ря. Если пренебречь размагничивающим действием реакции якоря, то из этого выражения следует, что механические характеристики двигателя в режиме динамического торможения будут линейными и будут выходить из начала координат (см. рис. 5.27, б). Недостатком этого способа торможения является то, что при малых частотах вращения машина не развивает достаточного тормозного момента. Рекуперативное торможение . Рекуперативное торможение будет происходить в том случае, когда у двигателя, подключенного к сети с напряжением U , скорость n превысит скорость идеального холостого хода n ou . При этом ЭДС обмотки якоря E станет больше напряжения U ток в якоре изменит свое направление. Машина перейдет в генераторный режим работы параллельно с сетью и будет создавать тормозной момент. В этом режиме кинетическая энергия привода преобразуется в электрическую энергию, отдаваемую генератором постоянного тока в сеть. Этот способ торможения служит не для остановки привода, а для его подтормаживания, что характерно для работы подъемных устройств при спуске груза и для электрического транспорта при движении под уклон. У двигателей последовательного возбуждения рекуперативное торможение осуществить невозможно, так как у них скорость идеального холостого хода равна бесконечности и, следовательно, ЭДС не может быть больше приложенного напряжения. Если все же необходимо осуществить рекуперативное торможение, то обмотку возбуждения переключают на питание от отдельного источника по схеме независимого возбуждения. Торможение противовключением . Схема перевода двигателя в режим противовключения показана на рис. 5.28, a .
| R пр | n |
| R пр 0 | |
| I a ( M ) | |
| R пр 0 | |
| а | б |
Рис. 5.28. Схема торможения противовключением (а) и три механические (скоростные) характеристики (б) двигателя параллельного (независимого) возбуждения в данном режиме В исходном состоянии переключатель П находится в положении 1 и подключает цепь якоря к напряжению сети U . Предположим, что двигатель работает в режиме, которому соответствует точка А механической (скоростной) характеристики 1, показанной на рис. 5.28, б. В этой точке частота вращения равна n , а ток якоря U E I a R a . Для перехода в режим торможения противовключением изменяют полярность подводимого к якорю напряжения (переключатель П из положения 1 переводят в положение 2). После переключения вследствие механической инерции скорость n и ЭДС E не изменяются ни по значению, ни по знаку (направлению). Если сопротивление R дт 0 , то ток якоря после переключения станет равным I a U E , R a т.е. примерно вдвое будет превышать ток при прямом пуске двигателя. Для ограничения тока в цепь якоря включают резистор R пр , как и в случае реверса, изменением полярности напряжения якоря. Тогда новая механическая характеристика приобретет вид прямой 3 (см. рис.
5.28, б). Прямая 2 – естественная механическая характеристика, соответствующая R пр 0. При переводе переключателя из положения 1 в положение 2 машина из точки А переходит на работу в точку В характеристики 3. При переходе в точку В ток якоря изменяет свое направление и создаваемый им момент станет тормозным. Под действием этого момента скорость n будет уменьшаться до полного останова машины (точка С). Если необходимо только остановить двигатель, то в этот момент времени машина должна быть отключена от сети, иначе она перейдет в двигательный режим и якорь начнет разворачиваться в противоположную сторону. Торможение противовключением может применяться для всех типов двигателей постоянного тока. Специальные машины постоянного тока. Исполнительные двигатели постоянного тока. В схемах автоматики и телемеханики наряду с исполнительными двигателями переменного тока широкое распространение получили исполнительные двигатели постоянного тока. К положительным качествам этих двигателей, способствующим их широкому применению в различных схемах, можно отнести следующие: они позволяют получать теоретически любые – сколь угодно малые и большие скорости вращения; дают возможность просто, плавно и экономично регулировать скорость вращения в широком диапазоне; устойчиво работают при любых скоростях вращения; имеют линейные механические и в большинстве случаев регулировочные характеристики; не имеют самохода; по габаритам и массе значительно (в 2.. 3 раза) меньше асинхронных исполнительных двигателей переменного тока; обладают значительным пусковым моментом и в ряде конструкций сравнительно небольшой постоянной времени. Основным недостатком коллекторных двигателей постоянного тока, ограничивающим область их применения, является наличие коллектора и щеток, т.е. скользящих контактов. Непостоянство переходного сопротивления скользящих контактов приводит к нестабильности характеристик двигателя. Искрение под щетками ведет к подгоранию контактов (коллектора и щеток), к загрязнению двигателя, к необходимости систематического ухода за ним; не позволяет устанавливать двигатели нормального исполнения во взрывоопасных помещениях. Коллектор и щетки, являясь источником радиопомех, требуют для их подавления специальных фильтров. Усилители постоянного тока, необходимые для работы коллекторных исполнительных двигателей постоянного тока, обычно более
сложны, чем усилители переменного тока, применяемые в схемах с исполнительными двигателями переменного тока. Коллекторные исполнительные микродвигатели постоянного тока по их конструкции можно разделить на исполнительные двигатели обычного исполнения, исполнительные двигатели с гладким беспазовым якорем и малоинерционные исполнительные двигатели. Одним из недостатков исполнительных двигателей постоянного тока обычного исполнения, которые были рассмотрены ранее, является то, что они имеют массивный якорь с большим моментом инерции, что значительно снижает их быстродействие. С целью уменьшения электромеханической постоянной времени начали выпускаться малоинерционные исполнительные двигатели постоянного тока. Малоинерционные двигатели в зависимости от конструкции и технологии изготовления их якоря можно разделить на две группы: а) малоинерционные двигатели с печатной обмоткой якоря; б) малоинерционные двигатели с обычной обмоткой якоря. По своим пусковым и рабочим свойствам эти двигатели близки друг к другу. Малоинерционные двигатели с печатной обмоткой якоря. Эти двигатели в настоящее время изготовляются в двух конструктивных вариантах: с дисковым и с цилиндрическим якорем. Рис. 6.1 Дисковый якорь (рис. 6.1, а) выполняется в виде тонкого диска из изоляционного материала, например стеклотекстолита, на обе стороны которого, обычно электрохимическим путем, наносятся соединяющиеся между собой части плоской (печатной) обмотки. Проводники
Для чего при пуске дпт в цепь якоря включают последовательно реостат
Kак осуществляется пуск двигателя постоянного тока?
При включении двигателя возникает большой пусковой ток, превышающий номинальный в 10 — 20 раз. Для ограничения пускового тока двигателей мощностью более 0,5 кВт последовательно с цепью якоря включают пусковой реостат (рис. 7).
Рис. 7. Схема включения электрических двигателей постоянного тока: а — с помощью пускового реостата; б — схема электродвигателя со смешанным возбуждением; в — схема универсального коллекторного электродвигателя. Л — зажим, соединенный с сетью; Я — зажим, соединенный с якорем; М -зажим, соединенный с цепью возбуждения; 0 — холостой контакт; 1 — дуга; 2 — рычаг; 3 — рабочий контакт.
Величину сопротивления пускового реостата можно определить по выражению
Rn =U/(1,8 — 2,5)Iном-Rя
где U — напряжение сети, В;
Iном — номинальный ток двигателя. А;
Rя — сопротивление обмотки якоря, Ом.
Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 пускового реостата (рис.7) находится на холостом контакте 0. Затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rn. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т.д., пока он не окажется на рабочем контакте.
Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах: в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.
. Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.
При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.
Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием только двух зажимов — Л и Я.
Kак производится маркировка выводных концов машин постоянного тока?
В качестве примера рассмотрим маркировку выводных концов машины постоянного тока со смешанным возбуждением (рис. 7).
Для определения выводных концов отдельных обмоток (последовательной C1, C2; параллельной ЦП, Ш2 и якорной Я1, Я2 с дополнительными полюсами Д1, Д2) необходимо иметь контрольную лампу или вольтметр и источник переменного тока. Та из трех обмоток, при касании которой лампа горит тускло, будет параллельной (шунтовой) обмоткой. Лампа не будет гореть при касании ее одним концом к коллектору машины, а другим — к выводам последовательной обмотки и будет гореть при касании к выводам обмотки дополнительных полюсов, соединенной с якорем.
Приводы и двигатели постоянного тока
На статоре находится индукторная обмотка (обмотка возбуждения), на которую подаётся постоянный ток — в результате создаётся постоянное магнитное поле (поле возбуждения). В двигателях с постоянными магнитами поле возбуждения создаётся постоянными магнитами.
В обмотку ротора (якорная обмотка) также подаётся постоянный ток, на который со стороны магнитного поля статора действует сила Ампера — создаётся вращающий момент, который поворачивает ротор на 90 электрических градусов, после чего щёточно-коллекторный узел коммутирует обмотки ротора – вращение продолжается.
По способу возбуждения двигатели постоянного тока делятся на четыре группы:
- С независимым возбуждением — обмотка возбуждения питается от независимого источника
- С параллельным возбуждением — обмотка возбуждения включается параллельно источнику питания обмотки якоря
- С последовательным возбуждением — обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря
- Со смешанным возбуждением — у двигателя есть две обмотки: параллельная и последовательная.
Пуск двигателя постоянного тока
При прямом пуске ток якоря может на порядок превышать номинальный, поэтому при пуске в цепь якоря вводится пусковое сопротивление пусковой реостат. Для плавного пуска реостат делают ступенчатым — в первый момент включаются все ступени (максимальное сопротивление), по мере разгона двигателя растёт противо-ЭДС, ток якоря уменьшается — ступени выключаются одна за другой.
Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока
- Скорость ниже номинальной регулируется напряжением на якоре (мощность при этом пропорциональна скорости, момент неизменен)
- Скорость выше номинальной регулируется током обмотки возбуждения — чем слабее поле возбуждения, тем выше скорость (момент падает при постоянной мощности)
Регулирование питания якоря и обмотки возбуждения осуществляется с помощью тиристорных преобразователей (приводов постоянного тока).
Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока
Преимущества:
- Практически линейные характеристики двигателя:
- механическая характеристика (зависимость частоты от момента)
- регулировочная характеристика (зависимость частоты от напряжения якоря)
Недостатки:
- Дополнительные расходы на профилактическое обслуживание коллекторно-щёточных узлов
- Ограниченный срок службы из-за износа коллектора
- Дороже асинхронных двигателей.
Как выбрать
Выбор двигателя постоянного тока
- Высота оси
- Номинальное напряжение якоря
- Номинальное напряжение возбуждения
- Номинальная частота вращения
- Номинальная мощность
- Номинальный момент
- Номинальный ток якоря
- Мощность возбуждения
- Максимальная частота вращения при понижении поля (выше этой скорости падает мощность)
- Предельно допустимая рабочая скорость (выше этой скорости начинается механическое разрушение)
- КПД
- Момент инерции
- Степень защиты IP
- Степень виброустойчивости (прессы и т.п.)
- Класс изоляции (для работы от преобразователя не ниже F)
- Температура окружающей среды (для работы при отрицательных температурах в условиях русской зимы требуется специальное исполнение: смазка, вал из специальной стали и т.п.)
- Высота установки над уровнем моря (выше 1000 метров падают характеристики)
- Конструктивное исполнение по способу монтажа электродвигателей
- Маслоуплотнённый фланец для присоединения редуктора
- Конвекционное: воздушный фильтр, контроль расхода воздуха, встроенный (направление обдува) или внешний (подключение труб) вентилятор
- Через теплообменник
- Качения (радиально-упорные)
- Усиленные подшипники для повышенных радиальных нагрузок на валу
- С пополнением смазки
- Для подключения редуктора
- Со шпоночным пазом
- Тахогенератор
- Энкодер
- Окошко для визуального контроля
- Микропереключатель ограничения остаточной длины щёток
- Термисторная защита – контроль граничных значений (предупреждение, отключение)
- Непрерывный контроль температуры при помощи датчика KTY
Выбор преобразователя постоянного тока
- Режим работы:
- Одноквадрантный (1Q) — нереверсивный
- Четырёхквадрантный (4Q) — реверсивный.
Вход:
- Вентилятора
- Блока управления (электроники)
- Возбуждения
Пуск, реверсирование и торможение двигателей постоянного тока
Пуск двигателя постоянного тока прямым включением его на напряжение сети допустим только для двигателей небольшой мощности. При этом пик тока в начале пуска может быть порядка 4 — 6-кратного номинального. Прямой пуск двигателей постоянного тока значительной мощности совершенно недопустим, потому что начальный пик тока здесь будет равен 15 — 50-кратному номинальному. Поэтому пуск двигателей средних и больших мощностей производят при помощи пускового реостата, который ограничивает ток при пуске до допустимых по коммутации и механической прочности значений.
Пусковой реостат выполняется из провода или ленты с высоким удельным сопротивлением, разделенных на секции. Провода присоединяются к медным кнопочным или плоским контактам в местах перехода от одной секции к другой. По контактам перемещается медная щетка поворотного рычага реостата. Реостаты могут иметь и другое выполнение. Ток возбуждения при пуске двигателя с параллельным возбуждением устанавливается соответствующим нормальной работе, цепь возбуждения включается прямо на напряжение сети, чтобы не было уменьшения напряжения, обусловленного падением напряжения в реостате (см. рис. 1).
Необходимость иметь нормальный ток возбуждения связана с тем, что при пуске двигатель должен развивать возможно больший допустимый момент Мэм, необходимый для обеспечения быстрого разгона. Пуск двигателя постоянного тока производится при последовательном уменьшении сопротивления реостата, обычно — путем перевода рычага реостата с одного неподвижного контакта реостата на другой и выключения секций; уменьшение сопротивления может производиться и путем замыкания накоротко секций контакторами, срабатывающими по заданной программе.
При пуске вручную или автоматически ток изменяется от максимального значения, равного 1,8 —2,5-кратному номинальному в начале работы при данном сопротивлении реостата, до минимального значения, равного 1,1 — 1,5-кратному номинальному в конце работы и перед переключением на другое положение пускового реостата. Ток якоря после включения двигателя при сопротивлении реостата rп составляет
где Uс — напряжение сети.
После включения начинается разгон двигателя, при этом возникает противо-ЭДС Е и уменьшается ток якоря. Если учесть, что механические характеристики n = f1(M н) и n = f2 (I я ) практически линейны, то при разгоне увеличение скорости вращения будет происходить по линейному закону в зависимости от тока якоря (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма пуска двигателя постоянного тока
Пусковая диаграмма (рис. 1) для различных сопротивлений в цепи якоря представляет собой отрезки линейных механических характеристик. При уменьшении тока якоря IЯ до значения Imin выключается секция реостата с сопротивлением r1 и ток возрастает до значения
где E1 — ЭДС в точке А характеристики; r1—сопротивление выключаемой секции.
Затем снова происходит разгон двигателя до точки В, и так далее вплоть до выхода на естественную характеристику, когда двигатель будет включен прямо на напряжение Uc. Пусковые реостаты рассчитаны по нагреву на 4 —6 пусков подряд, поэтому нужно следить, чтобы в конце пуска пусковой реостат был полностью выведен.
При остановке двигатель отключается от источника энергии, а пусковой реостат полностью включается — двигатель готов к следующему пуску. Для устранения возможности появления больших ЭДС самоиндукции при разрыве цепи возбуждения и при ее отключении цепь может замыкаться на разрядное сопротивление.
В регулируемых приводах пуск двигателей постоянного тока производится путем постепенного повышения напряжения источника питания так, чтобы ток при пуске поддерживался в требуемых пределах или сохранялся в течение большей части времени пуска примерно неизменным. Последнее можно осуществить путем автоматического управления процессом изменения напряжения источника питания в системах с обратными связями.
Пуск двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением производится также при помощи пусковых устройств. Пусковая диаграмма представляет собой отрезки нелинейной механической характеристики для различных сопротивлений цепи якоря. Пуск при относительно небольших мощностях может выполняться вручную, а при больших — путем замыкания накоротко секций пускового реостата контакторами, которые срабатывают при управлении вручную или автоматически.
Реверсирование — изменение направления вращения двигателя — производится путем изменения направления действия вращающего момента. Для этого требуется изменить направление магнитного потока двигателя постоянного тока, т. е. переключить обмотку возбуждения или якорь, при этом в якоре будет протекать ток другого направления. При переключении и цепи возбуждения, и якоря направление вращения останется прежним.
Обмотка возбуждения двигателя параллельного возбуждения имеет значительный запас энергии: постоянная времени обмотки составляет секунды для двигателей больших мощностей. Значительно меньше постоянная времени обмотки якоря. Поэтому для того чтобы реверсирование проходило возможно быстрее, производится переключение якоря. Только там, где не требуется быстродействия, можно выполнять реверсирование путем переключения цепи возбуждения.
Реверсирование двигателей последовательного возбуждения можно производить переключением или обмотки возбуждения, или обмотки якоря, так как запасы энергии в обмотках возбуждения и якоря невелики и их постоянные времени относительно малы.
При реверсировании двигателя с параллельным возбуждением якорь сперва отключается от источника питания и двигатель механически тормозится или переключается для торможения. После окончания торможения якорь переключается, если он не был переключен в процессе торможения, и выполняется пуск при другом направлении вращения.
В такой же последовательности производится и реверсирование двигателя последовательного возбуждения: отключение — торможение — переключение — пуск в другом направлении. У двигателей со смешанным возбуждением при реверсировании следует переключить якорь либо последовательную обмотку вместе с параллельной.
Торможение необходимо для того, чтобы уменьшить время выбега двигателей, которое при отсутствии торможения может быть недопустимо велико, а также для фиксации приводимых механизмов в определенном положении. Механическое торможение двигателей постоянного тока обычно производится при наложении тормозных колодок на тормозной шкив. Недостатком механических тормозов является то, что тормозной момент и время торможения зависят от случайных факторов: попадания масла или влаги на тормозной шкив и других. Поэтому такое торможение применяется, когда не ограничены время и тормозной путь.
В ряде случаев после предварительного электрического торможения при малой скорости можно достаточно точно произвести остановку механизма (например, подъемника) в заданном положении и зафиксировать его положение в определенном месте. Такое торможение применяется и в аварийных случаях.
Электрическое торможение обеспечивает достаточно точное получение требуемого тормозящего момента, но не может обеспечить фиксацию механизма в заданном месте. Поэтому электрическое торможение при необходимости дополняется механическим, которое входит в действие после окончания электрического.
Электрическое торможение происходит, когда ток протекает согласно с ЭДС двигателя. Возможны три способа торможения.
Торможение двигателей постоянного тока с возвратом энергии в сеть. При этом ЭДС Е должна быть больше напряжения источника питания UС и ток будет протекать в направлении ЭДС, являясь током генераторного режима. Запасенная кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую и частично возвращаться в сеть. Схема включения показана на рис. 2, а.
Рис. 2. Схемы электрического торможения двигателей постоянного тока: я — с возвратом энергии в сеть; б — при противовключении; в — динамическое торможение
Торможение двигателя постоянного тока может быть выполнено, когда уменьшается напряжение источника питания так, что Uc
Торможение при противовключении выполняется путем переключения вращающегося двигателя на обратное направление вращения. При этом ЭДС Е и напряжение Uc в якоре складываются, и для ограничения тока I следует включать резистор с начальным сопротивлением
где Imах — наибольший допустимый ток.
Торможение связано с большими потерями энергии.
Динамическое торможение двигателей постоянного тока выполняется при включении на зажимы вращающегося возбужденного двигателя резистора rт (рис. 2, в). Запасенная кинетическая энергия преобразуется в электрическую и рассеивается в цепи якоря как тепловая. Это наиболее распространенный способ торможения.
Схемы включения двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения: а — схема включения двигателя, б — схема включения при динамическом торможении, в — схема для противовключения.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Ранее на эту тему: Электропривод