Глава девятая
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
9.17. ПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ
Пуск двигателей постоянного тока производится с помощью реостата r, включаемого в цепь якоря двигателя (см рис. 9.22). Необходимость в пусковом реостате может быть пояснена с помощью формулы тока (9.19).
В первое мгновение после подключения двигателя к сети n = 0 и E = kеФn = 0. Поэтому без учета влияния индуктивности якоря начальный пусковой ток якоря будет Iя,п = U/(rя + r).
Если производить пуск двигателя без пускового реостата (r = 0), то начальный пусковой ток будет ограничиваться лишь небольшим сопротивлением якоря, например для двигателей мощностью от 5 до 100 кВт окажется в 10 — 30 раз больше номинального 1. Такой ток недопустим прежде всего по условиям коммутации двигателя, так как при этом возникает недопустимо интенсивное искрение под щетками. Кроме того, при таком токе двигатель развивает слишком большой начальный пусковой момент, который может привести к недопустимым ускорениям и поломке механизмов. Пуск двигателя без пускового реостата при питании от сети относительно небольшой мощности сопровождается снижением напряжения сети, что ухудшает условия работы других потребителей.
1 В действительности из-за индуктивности обмотки якоря пусковой ток несколько меньше указанных значений.
Рассчитав соответствующим образом сопротивление пускового реостата, можно ограничить начальные пусковой ток и пусковой момент до требуемых значений. При увеличении частоты вращения якоря ЭДС возрастает, что приводит к уменьшению тока и момента. Это позволяет постепенно уменьшать сопротивление пускового реостата r в процессе пуска двигателя.
Обычно полное сопротивление пускового реостата r разбивают на несколько ступеней (рис. 9.21, а), число которых определяет число искусственных электромеханических и механических характеристик, на которых двигатель работает при пуске. Уравнение искусственных электромеханических и механических характеристик (рис. 9.27) нетрудно получить из (9.20) и (9.21), заменив в них rя на rя + r:
|
} |
Характер изменения магнитного потока при изменении нагрузки не зависит от сопротивления цепи якоря, вследствие чего искусственные характеристики двигателей имеют те же особенности, что и естественные. Исключением является лишь то, что большим добавочным сопротивлением реостата в цепи якоря соответствуют при том же токе Iя или моменте М меньшие частоты вращения и, следовательно, более «мягкие» характеристики. Все искусственные характеристики двигателя параллельного возбуждения (рис. 9.27, б), а также смешанного возбуждения (рис. 9.27, в) проходят через одни и те же точки холостого хода. У двигателей последовательного возбуждения независимо от значения добавочного сопротивления цепи якоря при М = Мс → 0 Iя → 0, Ф → 0, а n→ ∞ (рис. 9.27, г).
Расчет ступеней пускового реостата и их выключение в процессе пуска производятся таким образом, чтобы момент двигателя изменялся в заранее выбранных пределах — между максимальным (M1) и минимальным (М2) значениями, которым соответствуют токи якоря I1 и I2. При подключении двигателя к сети в цепь якоря должны быть включены все ступени реостата, чему соответствует на характеристике 1 n = 0, Iя = I1 и М = M1. Так как M1 > Мс, начнется переходный процесс, при котором частота вращения и ЭДС будут возрастать, а ток и момент уменьшаться. При n = n1, Iя = I2 и М = М2 ступень реостата с сопротивлением r1 выключают, следствием чего является переход двигателя на характеристику 2 и увеличение тока якоря и момента до значений Iя = I1 и М = M1 .
Далее следует разгон двигателя по характеристике 2 и т. д. Установившийся режим наступает на естественной характеристике при частоте вращения nс, при которой М = Мс. Во многих промышленных установках выключение ступеней пускового реостата производится автоматически.
От выбора значений моментов M1 и М2 зависят время пуска, число пусковых ступеней реостата и плавность пуска. Наименьшее значение момента М2 должно быть больше Мc. С точки зрения нормальной работы двигателей наибольшее значение момента M1 определяется условиями коммутации;
 |
Рис. 9.27. Схема пускового реостата (а) и пусковые механические характеристи- ки двигателей (б, в, г) |
При пуске двигателей параллельного и смешанного возбуждения сопротивление rр (см. рис. 9.22) выключают, чтобы производить пуск при большем значении магнитного потока. Как следует из формулы М = kMФIя, это дает возможность получать требуемые значения момента М1 при меньшем токе якоря.
Для расчетов, связанных с пуском, и построения искусственных электромеханических и механических характеристик двигателя параллельного возбуждения можно воспользоваться уравнениями (9.23).
Чтобы можно было использовать выражение (9.23) для двигателей последовательного и смешанного возбуждения, заменим в нем kеФ ее выражением из (9.20). В результате получим
| nи = | U - Iя(rя + r) | ne. |
| U - Iя/rя |
Расчет искусственной электромеханической характеристики по уравнению (9.24) производят в следующем порядке. Задаются током якоря Iя ; пользуясь естественной электромеханической характеристикой двигателя nе(I), по току I = Iя находят частоту вращения nе ; по уравнению (9.24) подсчитывают частоту вращения nи , соответствующую току Iя. Рассчитав характеристику nи(Iя) и зная зависимость М(I) двигателя, нетрудно построить искусственную механическую характеристику nн(М).
Пример 9.2. Для двигателей примера 9.1 определить полное сопротивление пускового реостата r, если требуется получить начальный пусковой момент Мп = 2,5 Мном . Построить искусственную механическую характеристику двигателя с сопротивлением r.
Решение. У двигателя параллельного возбуждения ток прямо пропорционален моменту Поэтому начальный пусковой ток будет
| Iя,п = | Iном | Мп = | Iном | 2,5Мном = 2,5Iном = 2,5 53 ≈ 132 А. |
| Мном | Мном |
Полное сопротивление пускового реостата i = 1,37 Ом найдем из (9.19), положив L= 0.
Искусственная механическая характеристика двигателя подчиняется уравнению| nи = | U | - | М(rя + rп) | = | 220 | - | М(0,3 + 1,37) | ≈ 1200 - 5,1 М |
| kеФ | kеkMФ2 | 0,185 | 0,186 1,76 |
Механическая характеристика, соответствующая i = 1,37 Ом, дана на рис 9.26 (характеристика 2).