Kак осуществляется пуск двигателя постоянного тока

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.

§35. Пуск в ход электродвигателей постоянного тока

Для пуска двигателя могут быть применены три способа: прямой пуск; реостатный пуск; пуск путем изменения питающего напряжения.

Прямой пуск. При прямом пуске обмотка якоря подключается непосредственно к сети. Обычно в электродвигателях постоянного тока падение напряжения I_я?R_я во внутреннем сопротивлении цепи обмотки якоря при номинальном токе составляет 5—10% от U_ном, поэтому при прямом пуске ток I_я = U_ном / ?R_я = (10-20)I_ном, что недопустимо для машины. По этой причине прямой пуск применяют только для двигателей очень малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ?R_я относительно велико, и лишь в отдельных случаях — для двигателей мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей пусковой ток I_п= (4-6)I_ном.

Реостатный пуск. Наибольшее применение получил реостатный пуск, при котором для ограничения тока в цепь якоря включают пусковой реостат R_п (рис. 130, а); он обычно имеет несколько ступеней (секций) R₁, R₂, R₃, которые в процессе пуска замыкают накоротко специальными выключателями (контакторами) 1, 2 и 3. При этом сопротивление реостата постепенно уменьшается, что обеспечивает высокое значение пускового момента в течение всего времени разгона двигателя.

Рассмотрим процесс реостатного пуска на примере электродвигателя с последовательным возбуждением. В начальный момент пуска при п = 0 в цепь обмотки якоря вводится максимальное сопротивление R_п = R₁ + R₂ + R₃, вследствие чего пусковой ток согласно закону Ома

Сопротивление R_п подбирают так, чтобы для машин большой и средней мощности I_п= (1,5-1,8)I_ном, а для машин малой мощности I_п= (2-2,5) Iном При включении в цепь обмотки якоря сопротивления R_п двигатель разгоняется по реостатной характеристике 1 (рис. 130, б), при этом в начальный момент пуска двигатель развивает максимальный пусковой момент М_{п mах}. Регулировочный реостат R_рв в этом случае выводят так, чтобы ток возбуждения I_в и поток Ф были максимальными. После того как якорь двигателя придет во вращение, в обмотке якоря индуцируется э. д. с. Е и ток

Читать еще: Mpi двигатель от хендай что это такое

По мере разгона двигателя и увеличения частоты вращения n растет э. д. с. Е, вследствие чего уменьшается ток в обмотке I_я и электромагнитный момент М. При достижении некоторого значения M_{п min} ступень R₁ сопротивления пускового реостата выключают, замыкая контактор 1, вследствие чего увеличивается ток I_я. Электромагнитный момент при этом возрастает до М_{п max}, а затем с увеличением частоты вращения п постепенно уменьшается по реостатной характеристике 2, соответствующей сопротивлению реостата R’_п = R₂ + R₃. При уменьшении момента до M_{п min} выключают контактором 2 часть R₂ сопротивления пускового реостата, и двигатель переходит на работу по характеристике 3, соответствующей сопротивлению R_п” = R₃. Таким способом, уменьшая постепенно сопротивление пускового реостата, осуществляют разгон двигателя по отдельным отрезкам реостатных характеристик 1, 2 и 3 (см. жирные линии на рис. 130,б) до выхода на естественную характеристику 4, соответствующую сопротивлению R_п = 0. Пусковой момент двигателя при этом изменяется от М_{п max} до M_{п min}.

Следовательно, путем включения пускового реостата в цепь якоря можно осуществить пуск двигателя при некотором среднем пусковом моменте М_{п ср} = (М_{п max}+M_{п min})/2 и резко уменьшить пусковой ток. Число ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной механической характеристики 4

Рис. 130. Принципиальная схема реостатного пуска электродвигателя (о) и кривые изменения пускового момента (б)

Рис. 131. Кривые изменения тока и частоты вращения при пуске электродвигателя

Рис. 132. Кривые изменения момента при реостатном пуске электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением

и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности М_{n max} – M_{n min}). Пусковые реостаты рассчитывают на кратковременную работу под током. При пуске двигателя указанным способом частота вращения его якоря возрастает по ломаной кривой 1 (рис. 131), а ток обмотки якоря изменяется по ломаной кривой 2 между двумя крайними значениями пускового тока I_{n max} и In min.

В процессе реостатного пуска происходят некоторые колебания тока и пускового момента (силы тяги) (см. рис. 130,б). Однако при достаточно большом числе ступеней пускового реостата эти колебания не оказывают вредного влияния на работу подвижного состава.

Реостатный пуск электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением осуществляется так же, как и в двигателях с последовательным возбуждением, путем постепенного выключения отдельных ступеней пускового реостата. При этом электродвигатель разгоняется по отдельным отрезкам реостатных характеристик 1—5 (см. жирные линии на рис. 132) до выхода на естественную характеристику 6.

При работе электродвигателя по естественной характеристике развиваемый им электромагнитный момент М и частота вращения п изменяются автоматически в соответствии с изменением нагрузочного момента на валу М_вн. В процессе же пуска при работе на реостатных характеристиках электромагнитный момент двигателя можно регулировать независимо от значения М_вн. Момент М должен быть больше М_вн, чтобы обеспечить разгон двигателя и подвижного состава с заданным ускорением. Развиваемый двигателем при пуске электромагнитный момент зависит от сопротивления пускового реостата и от скорости его изменения, т. е. скорости выключения отдельных его ступеней.

Реостатный пуск применяют на электровозах и электропоездах постоянного тока.

При приблизительно постоянной массе поезда, характерной для электропоездов, выключение ступеней пускового реостата производят автоматически. Для этой цели на электропоездах предусмотрено специальное реле ускорения (реле минимального тока), срабатывающее, когда пусковой ток уменьшается до установленного значения, и тем самым обеспечивающее замыкание соответствующих контакторов. На электровозах ступени пускового реостата выключаются по мере увеличения скорости движения поезда непосредственно самим машинистом при помощи ручного аппарата, называемого контроллером машиниста. Однако на некоторых электровозах применяют автоматическое выключение ступеней пусковых реостатов с той или иной скоростью.

Пуск путем изменения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают довольно большие потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пускать двигатель путем плавного повышения напряжения, подаваемого на обмотку якоря. Такой пуск называют безреостатным. Для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Безреостатный пуск применяют на э. п. с. переменного тока и тепловозах.

Способы запуска электродвигателя постоянного тока

Хорошие тяговые характеристики электрических машин постоянного тока сделали их неотъемлемым элементом большинства устройств промышленной и бытовой механизации. Но вместе с тем возникает и существенная проблема значительных пусковых токов, в сравнении с асинхронными электродвигателями, работающих на переменном напряжении. Именно поэтому многие специалисты детально изучают способы запуска электродвигателя постоянного тока, прежде чем включить агрегат.

Прямой пуск

Из всех электродвигателей постоянного тока основная градация при выборе способа их запуска должна учитывать мощность устройства.

В целом выделяют три вида пуска:

малой мощности;
средней;
большой мощности.

Читать еще: Что такое мотыль в дизельном двигателе

Для прямого запуска подойдут только маломощные электродвигатели, которые потребляют до 1кВт электроэнергии в сети. При прямых запусках электродвигателя все напряжение сразу подается на рабочую обмотку. Это обуславливает возникновение максимального пускового тока из-за отсутствия естественной компенсации за счет ЭДС противодействия.

С физической точки зрения ситуация в обмотках ротора будет выглядеть следующим образом: в момент подачи напряжения сила тока в обмотках равна нулю, поэтому его значение будет определяться по формуле:

U – приложенная к выводам номинальное напряжение, R_обм – сопротивление катушки.

В этот момент величина токовой нагрузки электродвигателя постоянного тока является максимальной, он может отличаться от номинального значения в 1,5 – 2,5 раза. После этого протекание тока обуславливает генерацию ЭДС противодействия, которая компенсирует пусковую нагрузку до установки номинальной мощности, тогда ток станет:

В мощных устройствах сопротивление обмоток якоря может равняться 1 или 0,5 Ом, из-за чего ток при запуске электродвигателя может достигнуть 200 – 500 А, что в 10 – 50 раз будет превышать допустимые величины. Это, в свою очередь, может привести к термическому отпуску металла, деформации проводников, разрушению колец или щеток скользящего контакта. Поэтому двигатели постоянного тока средней и большой мощности должны вводиться в работу реостатным запуском или путем подачи заведомо пониженного напряжения, прямой пуск для них крайне опасен.

Пуск с помощью пускового реостата

В этом случае в цепь вводится переменное сопротивление, которое на начальном этапе обеспечивает снижение токовой нагрузки, пока вращение ротора не достигнет установленных оборотов. По мере стабилизации ампеража до стандартной величины в реостате уменьшается сопротивление от максимального значения до минимального.

Расчет электрической величины в этом случае будет производиться по формуле:

В лабораторных условиях уменьшение нагрузки может производиться вручную – посредством перемещения ползунка реостата. Однако в промышленности такой метод не получил широкого распространения, так как процесс не согласовывается с токовыми величинами. Поэтому применяется регулировка по току, по ЭДС или по времени, в первом случае задействуется измерение величины в обмотках возбуждения, во втором, на каждую ступень применяется выдержка времени.

Оба метода используются для запуска электродвигателей:

с последовательным;
с параллельным возбуждением;
с независимым возбуждением.

Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

Такой запуск электродвигателя осуществляется посредством включения и обмотки возбуждения, и якорной к напряжению питания электросети, друг относительно друга они располагаются параллельно. То есть каждая из обмоток электродвигателя постоянного тока находятся под одинаковой разностью потенциалов. Этот метод запуска обеспечивает жесткий режим работы, используемый в станочном оборудовании. Токовая нагрузка во вспомогательной обмотке при запуске имеет сравнительно меньший ток, чем обмотки статора или ротора.

Для контроля пусковых характеристик сопротивления вводятся в обе цепи:

Рис 1. Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

На начальном этапе вращения вала позиции реостата обеспечивают снижение нагрузки на электродвигатель, а затем их обратно выводят в положение нулевого сопротивления. При затяжных запусках выполняется автоматизация и комбинация нескольких ступеней пусковых реостатов или отдельных резисторов, пример такой схемы включения приведен на рисунке ниже:

Рис. 2. Ступенчатый пуск двигателя параллельного возбуждения

При подаче напряжения питания на электродвигатель ток, протекающий через рабочие обмотки и обмотку возбуждения, за счет магазина сопротивлений R_пуск1, R_пуск2, R_пуск3 нагрузка ограничивается до минимальной величины.
После достижения порогового значения минимума токовой величины происходит последовательное срабатывание реле K1, K2, K3.
В результате замыкания контактов реле K1.1 шунтируется первый резистор, рабочая характеристика в цепи питания электродвигателя скачкообразно повышается.
Но после снижения ниже установленного предела замыкаются контакты K2.2 и процесс повторяется снова, пока электрическая машина не достигнет номинальной частоты вращения.

Торможение электродвигателя постоянного тока может производиться в обратной последовательности за счет тех же резисторов.

Запуск ДПТ с последовательным возбуждением

На рисунке выше приведена принципиальная схема подключения электродвигателя с последовательным возбуждением. Ее отличительная особенность заключается в последовательном соединении катушки возбуждения L_{возбуждения} и непосредственно мотора, переменное сопротивление R_якоря также вводится последовательно.

По цепи обеих катушек протекает одинаковая токовая величина, эта схема обладает хорошими параметрами запуска, поэтому ее часто используют в электрическом транспорте. Такой электродвигатель запрещено включать без усилия на валу, а регулирование частоты осуществляется в соответствии с нагрузкой.

Пуск ДПТ с независимым возбуждением

Подключение электродвигателя в цепь с независимым возбуждением производится путем ее запитки от отдельного источника.

Рис. 4. Запуск ДПТ с независимым возбуждением

На схеме приведен пример независимого подключения, здесь катушка L_{возбуждения} и сопротивление в ее цепи R_{возбуждения} получают питание отдельно от обмоток двигателя током независимого устройства. Для обмоток двигателя также включается регулировочный реостат R_якоря. При этом способе запуска машина постоянного тока не должна включаться без нагрузки или с минимальным усилием на валу, так как это приведет к нарастанию оборотов и последующей поломке.

Читать еще: Audi allroad какой двигатель лучше

Пуск путем изменения питающего напряжения

Одним из вариантов снижения токовой нагрузки при запуске электродвигателя является уменьшение питающего номинала посредством генератора постоянного напряжения или управляемого выпрямителя.

С физической точки зрения установка реостата обеспечивает тот же эффект, но с увеличением мощности электродвигателя возрастает и постоянная токовая нагрузка, существенно повышаются потери на реостатах. Поэтому снижение постоянного напряжения выполняет отдельное устройство на базе микросхемы, пример которого приведен на рисунке ниже:

Рис. 5. Схема пуска с изменением питающего напряжения

Описание принципиальной схемы управления пуском электродвигателя постоянного тока

Электрическая принципиальная схема пуска двигателя постоянного тока приведена на рис.3.4.

Рис.3.4. Электрическая принципиальная схема пуска двигателя постоянного тока

Пусковой реостат имеет 3 секции. На схеме (см.рис.3.4) приняты следующие обозначения:

Л — намагничивающая катушка, главный, блокировочный контакты линейного контактора;

1КУ, 2КУ, 3КУ — намагничивающие катушки, главные и блокировочные контакты контакторов ускорения;

1РВ, 2 РВ, 3 РВ – намагничивающие катушки и замыкающие контакторы реле времени;

ОВД — обмотка возбуждения двигателя.

Выбор двигателя переменного тока

По табл.3.2 /2/ выбираем электродвигатель, исходя из значения Р_Н – номинальной мощности электродвигателя.

Принимаем двигатель MTF311-6 со следующими паспортными данными: ; ; ;

; ; ;

; .

Определяем номинальный момент двигателя /1/ :

Определяем передаточное число мультипликатора, так как число оборотов двигателя меньше требуемых:

Проверка двигателя по максимальной нагрузке:

; ; ; ;

— условие выполняется.

Определяем номинальное скольжение:

где – частота вращения вала двигателя на холостом ходу.

Техническая характеристика асинхронных двигателей с фазным ротором при напряжении 380 В и ПВ = 40 %

Тип	Р_н, кВт					I_н.р.,А	U_p_, В	М_max, Н . м
MTF011-6	1,4	885	5,3	0,65	61,5	9,1	116	39	0,021
MTF012-6	2,2	890	7,6	0,68	64,5	11	144	56	0,029
MTF111-6	3,5	895	10,4	0,73	70	15	176	85	0,049
MTH111-6	3,0	895	10,5	0,67	65	13,5	176	83	0,047
MTF112-6	5	930	14,4	0,7	75	15,7	216	137	0,067
MTH112-6	4,5	910	13,9	0,71	69	15,6	203	118	0,067
MTF211-6	7,5	930	21	0,7	77	19,8	256	191	0,115
MTH211-6	7,0	920	22,5	0,64	73	19,5	236	196	0,115
MTF311-8	7,5	695	22,8	0,68	73	21	245	265	0,275
MTH311-8	7,5	690	23	0,68	71,5	21	245	265	0,275
MTF311-6	11	945	30,5	0,69	79	42	172	314	0,225
MTH311-6	11	940	31,5	0,69	78	42	172	314	0,225
MTF312-8	11	705	30,5	0,71	77	43	165	422	0,312
MTH312-8	11	700	31	0,69	78	43	165	422	0,312
MTF312-6	15	955	38	0,73	83,5	60	235	638	0,312
MTH312-6	15	950	38,5	0,73	81	46	219	471	0,312
MTF411-8	15	710	42	0,67	81	48	206	569	0,537
MTH411-8	15	705	43	0,67	79	48	206	569	0,537
MTF411-6	22	965	55	0,73	83,5	60	235	638	0,500
MTH411-6	22	960	55	0,73	82,5	60	235	638	0,500
MTF412-8	22	720	65	0,63	82	57	248	883	0,750
MTH412-8	22	715	66	0,63	80,5	57	248	883	0,750
MTF412-6	30	970	75	0,71	85,5	73	255	932	0,675
MTH412-6	30	965	76	0,71	84,5	73	255	932	0,675
MTH511-8	28	705	71	0,72	83	64	281	100	1,070
MTH512-8	38	705	89	0,74	85	77	305	1370	1,420
MTH512-6	55	960	120	0,79	88	105	340	1630	1,020
MTH611-10	45	570	112	0,72	84	154	185	2320	4,250
MTH611-6	75	950	154	0,85	87	180	270	2610	3,270
MTH612-10	60	565	147	0,78	85	154	248	2140	5,250
MTH612-6	95	960	193	0,85	88	176	366	3580	4,120
MTH613-10	75	575	180	0,72	88	145	320	4120	6,250
MTH613-6	118	960	237	0,84	90	160	473	4660	5,100
MTH711-10	100	584	246	0,69	89,5	233	272	4560	10,20
MTH712-10	125	585	300	0,7	90,3	237	372	5690	12,75
MTH713-10	160	586	392	0,68	91	244	408	7810	15,00