Пуск , способы пуска ДПТ

Способы пуска. Для двигателей постоянного тока могут быть применены три способа пуска:

1) прямой, при котором обмотка якоря подключается непо­средственно к сети;

2) реостатный, при котором в цепь якоря включается пуско­вой реостат для ограничения тока;

3) путем плавного повышения питающего напряжения, которое подается на обмотку якоря.

Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения I _ном Σ R_а во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5 — 10% от U _ном, поэтому при прямом пуске ток якоря I _п = U_ном /Σ R_а = (10 ÷ 20) I _ном, что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. Поэтому прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление Σ R_а относительно велико, и лишь в отдельных случаях для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей I _п = (4 ÷ 6) I _ном.

Переходный процесс изменения частоты вращения n и тока якоря i_a в процессе пуска определяется нагрузкой двигателя и его электромеханической постоянной времени Т _м. Для установления характера изменения п и i_a при пуске двигателей с параллельным возбуждением исходим из таких уравнений:

(8.94)

U = с_е Ф n + i_a Σ R_а + L_a di_a / dt;

(8.95)

М = с _м Ф i_a = Jd ω/ dt + M _н = J (2π/60) dn / dt + M _н,

где J — момент инерции вращающихся масс электродвигателя и сочлененного с ним производственного механизма; M _н — тормозной момент, создаваемый нагрузкой.

Из (8.95) определяем ток якоря

(8.96)

i_a = [2π J /(60 с _мФ)] dn / dt + М_н /(с _мФ).

Подставляя его значение в (8.94), получаем

(8.97)

U = с_е Ф n + [2π J Σ R_а /(60 с _мФ)] dn / dt + М _н Σ R_а /(с _мФ) + [ L_a 2π J /(60 с _мФ)] d ₂ n / dt ²

или

(8,98)

T_aT _м d ₂ n / dt ²+ T _м dn / dt + n = п ₀ - Δ п _н = п _н,

где n ₀ = U/с_еФ — частота вращения при идеальном холостом ходе;
Δ n _н = М _нΣ R _а/(с _м с _еФ²) = I _нΣ R _а /(с _еФ) - уменьшение частоты вращения при переходе от холостого хода к нагрузке; n _н = n ₀ - Δ n _н — установившаяся частота вращения; T _м = 2πJΣR_а /(60 с _м с _еФ²) — электромеханическая постоянная времени; Т _а = L _a /Σ R _а — электромагнитная постоянная времени; значения T _м и Т _а определяют скорость протекания переходного процесса. Аналогичное уравнение можно получить для изменения тока якоря i _a. Для этого достаточно проинтегрировать уравнение (8.96), подставить найденное значение и в (8.97), а затем для исключения интеграла
∫ idt продифференцировать полученное выражение. В результате будем иметь

(8.99)

T_aT _м d 2 i_a / dt ² + T_м d 2 i_a / dt + i_a = I _н,

где I_н = М_н /с_мФ — установившийся ток якоря после окончания переходного процесса.

Решая дифференциальные уравнения (8.98) и (8.99) при начальных условиях — при
t = 0 n (0) = 0 и i_a (0) = I _н, получаем

(8.100)

n = nн[1 +	Ta	(p2ep1 t - p1ep2 t ]
√1-4Ta /Tм

(8.101)

i_a = I_н + [(I _нач - I _н)/√1 - 4 T_a / T _м ] (еp₁ t - еp₂ t),

где I_нач = U/ΣR_а — начальный пусковой ток; p₁ и р₂ — корни характеристического уравнения

(8.102)

р ² + р / T_a + 1/(Т _м Т_а) = 0;

(8.103)

p _1,2 = [-1/(2 Т_а)] (1 ^—+ √1 - 4 T_a / T _м).

Из (8.102) и (8.103) следует, что характер переходного процесса зависит от вида корней p₁ и р₂ характеристического уравнения. При действительных корнях (T_м > 4T_a) происходит апериодический процесс изменения i_a и n. Сначала ток i_a возрастает (рис. 8.64, а) согласно уравнению

(8.104)

i_a = I _нач (1- е^{- t / Ta} ).

Затем по истечении времени t _з якорь двигателя начинает вращаться, частота вращения n возрастает и возникающая в обмотке якоря ЭДС стремится уменьшить ток i_a. Время запаздывания t_з можно определить путем подстановки в (8.104) значения тока i_a = I_н, соответствующего данному моменту нагрузки M_н:

(8.105)

t _з = Т_а ln [ I _нач /(I _нач - I _н)].

В действительности время t_з несколько больше значения, полученного по формуле (8.105) из-за тормозящего действия вихревых токов, возникающих в массивных частях магнитопровода машины.

Максимальное значение тока якоря можно определить, продифференцировав выражение (8.101) и приравняв полученное выражение нулю.

При этом

(8.106)

I _max = [- U /(p ₂ L_a)](p ₂ / p ₁) p ₁/(p ₁ - p ₂).

Рис. 8.64. Графики изменения частоты вращения и тока якоря при прямом пуске двигателя с параллельным возбуждением

Пунктиром на рис. 8.64, а показано, как возрастает ток i_a, если якорь не сможет прийти во вращение. В большинстве случаев время протекания электромагнитных переходных процессов гораздо меньше чем механических; в этом случае можно принять Т_а = 0. При этом получим следующие уравнения, характеризующие изменение n и i_a при пуске двигателя:

(8.100a)

n = n _н(1 - е- t / T м);

(8.101a)

i_a = (I _нач- I _н)е^{- t / T м} + I_н.

На рис. 8.64, б приведены построенные по этим уравнениям зависимости n и i_a. Время переходного процесса при пуске принимается равным (3 ÷ 4) T_м. За это время частота вращения n достигает (0,95 —0,98) от установившегося значения пн, а ток якоря I_а также приближается к установившемуся значению.

Реостатный пуск. Этот способ получил наибольшее применение. В начальный момент пуска при n = 0 ток I _п = U/(ΣR_а + R_п). Максимальное сопротивление пускового реостата R _п под-бирается так, чтобы для машин большой и средней мощности ток якоря при пуске
I _п = (1,4 ÷ 1,8) I _ном, а для машин малой мощности I _п = (2 ÷ 2,5) I _ном.

Рассмотрим процесс реостатного пуска на примере двигателя с параллельным возбуждением. В начальный период пуск осуществляется по реостатной характеристике б (рис. 8.65,а), соответствующей максимальному значению сопротивления R_п пускового реостата; при этом двигатель развивает максимальный пусковой момент М _пmах. Регулировочный реостат R _р.в в этом случае выводится так, чтобы ток возбуждения I _в и поток Ф были максимальными. По мере разгона момент двигателя уменьшается, так как с увеличением частоты вращения возрастает ЭДС Е и уменьшается ток якоря I _а = (U — E)/(ΣR_a + R_п). При достижении некоторого значения М _пmin часть сопротивления пускового реостата выводится, вследствие чего момент снова возрастает до М _пmах. При этом двигатель переходит на работу по реостатной характеристике 5 и разгоняется до значения М _{п min} .

Таким образом, уменьшая постепенно сопротивление пускового реостата, осуществляют разгон двигателя по отдельным отрезкам реостатных характеристик 6, 5, 4, 3 и 2 (см. жирные линии на рис. 8.65, а) до выхода на естественную характеристику 1. Средний вращающий момент при пуске М _п.ср = 0,5 (М _пmах + М _пmin) = const, вследствие чего двигатель разгоняется с некоторым постоянным ускорением. Таким же способом пускается в ход двигатель с последовательным возбуждением (рис. 8.65, б). Количество ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной характеристики и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности М _пmах - М _пmin). Пусковые реостаты рассчитывают на кратковременную работу под током.

Рис. 8.65. Графики изменения частоты вращения, момента и тока якоря при реостатном пуске двигателя с параллельным и последовательным возбуждением

При выводе отдельных ступеней пускового реостата ток якоря I_а достигает некоторого максимального значения (рис. 8.65, в), а затем уменьшается до минимального значения. В соответствии с изменением тока якоря изменяется и электромагнитный момент М. Заштрихованная на рис. 8.65, в область соответствует значениям динамического момента М _дин = М - М_н, обеспечивающего разгон двигателя до установившейся частоты вращения.

Пуск путем плавного повышения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают довольно значительные погери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пуск двигателя осуществить путем плавного повышения напряжения, подаваемого на его обмотку. Однако для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Такой источник используют также для регулирования частоты вращения двигателя (см. § 8.12).

Дата добавления: 2015-07-15