Меню

Пусковой ток двигателя постоянного тока последовательного возбуждения



ДПТ последовательного возбуждения

ads

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia (kф — коэффициент пропорциональности). В этом случае найдем электромагнитный момент:

Формула частоты вращения примет вид

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Двигатель последовательного возбуждения

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

где n[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат Rрг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в Rрг . Кроме того, реостат Rрг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

clip_image002[1]

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом rрг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом rш. Включение реостата rрг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения Iв = Ia — Iрг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

Обычно сопротивление рео­стата rрг принимается таким, чтобы kрг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том rш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения Iв = Ia+Iрг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

clip_image002[3]

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

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:  Как понизить ток сварочного инвертора

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

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.

Читайте также:  Какое действие электрического тока используется в следующих случаях

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.

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.

Читайте также:  Номинальный ток это формула

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

Пусковой ток двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения представляет собой электрическую машину постоянного тока, в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря. Для данного типа двигателей справедливо равенство: ток, протекающий в якорной обмотке, равен току в обмотке возбуждения I=I в =I я , что является его главной отличительной особенностью от остальных типов двигателей .

Рисунок 1 – Схема подключения ДПТ ПВ

Стоит обратить внимание на зависимость магнитного потока от нагрузки Ф=f(Iя). Если двигатель будет работать на 25% своей номинальной мощности или меньше, то магнитный поток будет крайне мал, что приведет к постоянному увеличению скорости вала. Препятствовать разгону будут лишь механические потери, и двигатель пойдет в «разнос» . Это приведет к быстрому выходу машины из строя. Все описанное в соответствии с формулой:

Зависимость скорости от магнитного потока

Исходя из вышесказанного, ДПТ ПВ нельзя использовать на холостом ходу , постоянно требуется контроль тока якоря. С этой целью последовательно с обмоткой возбуждения устанавливают минимальное токовое реле, которое замыкает якорную цепь только в том случае, если нагрузка на валу достаточна для поддержания номинальной работы двигателя.

Пуск двигателя производят с пусковым сопротивлением, также включенным последовательно в цепь якоря. После пуска это сопротивление выводят, и машина продолжает работать в номинальном режиме на своей естественной характеристике.

Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ одинаковы и имеют гиперболический вид (рисунок 2).

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ

Скорость вращения ротора двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением производится регулированием двух параметров:

— питающее напряжение;
— магнитный поток полюсов двигателя.

Для изменения скорости при помощи входного напряжения, в роторную цепь вводят специальное добавочное сопротивление, или же можно использовать пусковой реостат и для этой цели. Но следует заметить, данный способ является крайне неэкономичным и нецелесообразным, так как большое количество энергии будет рассеиваться на реостате.

Регулировка скорости изменением магнитного потока, осуществляется включением реостата параллельно обмотке возбуждения. Изменяя сопротивление – меняем ток, протекающий через обмотку возбуждения. Иногда обмотку возбуждения разбивают на несколько параллельных секций. В некоторых типах двигателей предусмотрена возможность отключения витков обмотки, так добиваются того же эффекта регулирования.

Тормозные режимы

В данном двигателе отсутствует режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть. На рисунке 2 вы можете видеть, что ветка гиперболы естественной характеристики не пересекает ось ординат (отрицательная скорость отсутствует).

Торможение противовключением получают путем переключения выводов якорной обмотки.

ДПТ ПВ нельзя соединять с механизмом при помощи ременной передачи, так как соскакивание или разрыв ремня приведет к разгрузке двигателя, что вызовет мгновенное повышение числа оборотов и последующему выходу из строя.

ДПТ ПВ нашли свое основное применение в качестве тяговых двигателей подвижного состава электровозов общего назначения, электровозов метрополитена и в трамваях.

Источник