Пуск двигателя постоянного тока

Пуском называют процесс разгона якоря двигателя от неподвижного состояния до установившегося значения частоты вращения, когда М_вр = М_с. В процессе пуска вращающий момент должен быть больше момента сопротивления (М_вр > М_с). Пуск характеризуется:

• 1) кратностью пускового тока /_п//_иом;
• 2) кратностью пускового момента М_п/М_мом;
• 3) временем (длительностью) пуска ?_п.

При пуске двигателя необходимо обеспечить надлежащее значение пускового момента и предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя. Возможны три способа пуска двигателя:

• 1) прямой, при котором обмотка якоря непосредственно подключается к сети;
• 2) реостатный, с помощью пускового реостата, включаемого последовательно в цепь якоря;
• 3) при пониженном напряжении, подводимом к якорю.

При прямом пуске в первый момент при ?? = 0 В якоре не наводится противо-ЭДС (Е = 0) и согласно выражению (2.3.4) начальный пусковой ток ограничивается только малым внутренним сопротивлением обмотки якоря:

Такой большой ток вызывает опасное искрение на коллекторе (см. параграф 2.2) и чрезмерно большой пусковой момент М_п = с_мФ_п1_п, создающий рывок или удар на валу, отрицательно воздействующий на передачу и рабочий механизм, приводимый во вращение двигателем. На рис. 2.8.1 приведены кривые изменения во времени тока якоря, вращающего момента, ЭДС и частоты вращения двигателя при прямом пуске без нагрузки на валу. В первый момент пуска возникают большой ток якоря и вращающий момент, а затем, но мере разгона якоря двигателя возрастает его противо-ЭДС и, следовательно, уменьшаются ток якоря согласно выражению (2.3.4) и момент, развиваемый двигателем. Когда вращающий момент становится равным моменту сопротивления на валу, возрастание частоты вращения прекращается (п = const). Прямой пуск применяется для двигателей малой мощности (до 1 кВт), у которых сопротивление относительно велико, разгон происходит быстро (?_п< 1 с) и обмотка якоря не успевает нагреться, а толчок момента оказывается сравнительно небольшим.

Рис. 2.8.1. Зависимости от времени тока якоря /_я, электромагнитного момента М, ЭДС Е и частоты вращения п при пуске двигателя постоянного тока.

Наибольшее распространение получил реостатный пуск. Для ограничения пускового тока в цепь якоря двигателя включают специальный пусковой реостат, сопротивление которого R_n выбирают с таким расчетом, чтобы пусковой ток не превышал (2—2,5)/_ном. Пусковой реостат предназначен для кратковременной работы, поэтому по мере увеличения частоты вращения двигателя пусковой реостат выводят, что вызывает рост тока и вращающего момента, превышающего момент сопротивления, и дальнейшее возрастание частоты вращения.

На рис. 2.8.2 приведены графики п (М), /_я(?), n (t), полученные при моделировании реостатного пуска двигателя независимого возбуждения без нагрузки на валу с помощью моделирующей программы (см. параграф 5.2). Пуск начинается при полностью включенном пусковом реостате. В первый момент пуска, когда частота вращения п равна нулю, возникают бросок тока.

Рис. 2.8.2. Моделирование реостатного пуска двигателя постоянного тока

(Модель)¹

Здесь и далее словом «Модель» отмечены рисунки с зависимостями, полученными на моделирующих программах, описанных в параграфе 5.2.

якоря и большой пусковой момент, под действием которого якорь двигателя начинает разгоняться. При увеличении частоты вращения п увеличивается противо-ЭДС в якорной обмотке, что согласно выражению (2.3.4) приводит к уменьшению тока якоря. При разгоне якоря двигателя сопротивление пускового реостата уменьшается ступенями, при этом возникают небольшие импульсы тока и вращающего момента (см. графики п (М)> IJjt) на рис. 2.8.2). Когда частота вращения достигнет установившегося значения, пусковой реостат выводится полностью и двигатель перейдет в установившийся режим работы при холостом ходе.

Моделирующая программа позволяет определить текущие значения параметров в любой точке на графиках, приведенных на рис. 2.8.2, с помощью двух визирных линеек (горизонтальной и вертикальной), изображенных в виде пунктирных линий. Значения параметров указываются в окнах справа от графиков. На рис. 2.8.2 в окнах указаны значения частоты вращения в режиме холостого хода (п_х =1560 об/мин), пускового момента (М_п = 26,73 Н • м), пускового тока (/_п= 20,41 А) и времени пуска (?_п= 1,11 с).

Пусковые качества двигателя тем выше, чем больше его пусковой момент при пусковом токе, не превышающем допустимый. Пуск происходит быстро и легко, если двигатель развивает пусковой момент, существенно превышающий момент сопротивления на валу. Поэтому пуск производят при максимальном магнитном потоке, для чего перед пуском необходимо полностью вывести регулировочный реостат R_B в цепи возбуждения.

Количество ступеней пускового реостата и значения их сопротивлений рассчитываются из условий ограничения пускового тока, надежной коммутации и создания на валу двигателя необходимого вращающего момента. По условиям нагрева ступени реостата рассчитываются на кратковременную работу. Пусковые реостаты применяются с ручным или автоматическим управлением.

В двигателях большой мощности пусковой реостат становится громоздким и вызывает значительные потери энергии, особенно при частых пусках. В этом случае можно использовать безреостатный пуск при пониженном напряжении, подводимом к якорю двигателя от источника с регулируемым напряжением, например, в системах генератор — двигатель (Г—Д).

Среди всех электродвигателей двигатели постоянного тока имеют лучшие пусковые качества. При относительно небольшом пусковом токе ((2—2,5)/_иом) они могут создавать достаточно большой пусковой момент ((2,5—4)А/_мом). Это обеспечивает быстрый разгон приводимых ими механизмов.

Задание 2.8.1. Какое назначение имеет пусковой реостат?

Варианты ответа:

• 1. Ограничить пусковые ток и момент.
• 2. Уменьшить время пуска.
• 3. Увеличить пусковой момент.