20.Способы пуска двигателя постоянного тока.
Возможны три способа пуска двигателя в ход:
1) прямой пуск, когда цепь якоря приключается непосредственно к сети на ее полное напряжение;
2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря;
3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.
прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых Ra относительно велико и поэтому при пуске процесс пуска длится не более 1-2 сек.
Самым распространенным является пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений
Способы пуска двигателя постоянного тока
1. Прямой пуск - обмотка якоря подключается непосредственно к сети.
Ток
якоря двигателя определяется формулой
.
(4.1)
Если считать, что при прямом
пуске значения напряженияпитания
U и сопротивления якорной обмотки R
я
остаются неизменными, то ток якоря
зависит от противо - ЭДС Е
.
В начальный момент пуска якоря двигатель
неподвижен (
=0)
и в его обмотке Е=0
.Поэтому
при подключении к сети в обмотке возникает
пусковой ток
.
(4.2)
Обычно сопротивление
R
я
невелико,
особенно
у двигателей большой мощности, поэтому
значение пускового тока достигает 20
раз превышающих номинальный ток
двигателя.недопустимо
больших значений, в 10 При этом создается
опасность поломки вала машины и появляется
сильное искрение под щетками коллектора.
По этой причине такой пуск применяется
только для двигателей малой мощности,
у которых
R
я
относительно
велико.
2)Реостатный пуск - в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока. В начальный момент пуска при =0 и R п =мах ток якоря будет равен
.
(4.3)
Максимальное значение R п
подбирают так, чтобы для машин большой
и средней мощности ток якоря при пуске
,
а для машин малой мощности
.
Рассмотрим процесс реостатного пуска
на примере двигателя с параллельным
возбуждением рис 4.1.
В начальный
момент пуск осуществляется по реостатной
характеристике 4, соответствующей
максимальному значению сопротивленияR
п
,
при этом двигатель развивает максимальный
пусковой момент М
пmax
.Регулировочный реостат R
р
выводится так, чтобы I
в
и Ф
были максимальными. По мере разгона
момент двигателя уменьшается, так как
с увеличением скорости вращения ротора
растет и ЭДС Е
,
а как следствие, уменьшается ток якоря,
определяющий его величину. При достижении
некоторого значения М
пmin
часть сопротивления R
п
выводится,
вследствие чего момент снова возрастает
до М
пmax
, двигатель переходит на работу по
реостатной характеристике 3 и разгоняется
до значения М
пmin
. Таким образом, уменьшая постепенно
сопротивление пускового реостата,
осуществляют разгон двигателя по
отдельным отрезкам реостатной
характеристики до выхода на естественную
характеристику 1.Средний вращающий
момент при пуске определяется из
выражения
.
(4.4)
двигатель при этом разгоняется
с некоторым постоянным ускорением.
Аналогичный пуск возможен и для двигателей последовательного возбуждения. Количество ступеней пуска зависит от жесткости естественной характеристики и требований предъявляемых к плавности пуска. Пусковые реостаты рассчитываются на кратковременную работу под током.
В
реальных устройствах пуск осуществляется
автоматически. Микроконтроллер, по
з
аданному
алгоритму, управляет коммутирующими
элементами (релейное управление),
отключая секции пускового реостата и
практически реализуя описанный выше
процесс.
Алгоритм управления может быть построен с использованием трех основных принципов:
1) Принцип ЭДС
2) Принцип тока
3) Принцип времени.
Идею реализации данных принципов можно пояснить с помощью пусковой схемы на электромагнитных реле (что практически применялось до широкого внедрения микропроцессорных систем управления) рисунок 4.3. К якорю машины подключается параллельно ряд реле, которые с ростом скорости вращения, а значит, ЭДС, последовательно срабатывают и своими контактами выводят из работы секции пускового реостата, постепенно уменьшая сопротивление якорной цепи.
При использования принципа тока применяются последовательно включенные реле тока, которые дают команду через свои нормально замкнутые контакты на последовательное включение соответствующих контакторов К i при снижении тока до заданного уровня.
Принцип времени предполагает применение реле времени, которые через расчетные уставки времени дают команду на шунтирование секций реостата.
4)Пуск путем плавного повышения питающего напряжения - пуск осуществляется от отдельного регулируемого источника питания. Применяется для двигателей большой мощности, где нецелесообразно применять громоздкие реостаты из-за значительных потерь электроэнергии.
При управлении двигателями постоянного тока иногда возникает необходимость резкого изменения скорости (на пример пуск c 0% на 100% мощности или изменение скорости на протвоположную). Но такой режим работы двигателя требует очень высоких токов – в несколько раз больше, чем простое движение. Если, например, при вращении с постоянной скоростью двигатель потребляет ток порядка 500мА, то в момент пуска это значение может достигать 2-3 А. Из за этого приходится применять более мощное подсистему питания и контроллер.
Решить проблему пусковых токов можно плавным повышением скорости. Т.е. вместо мгновенного разгона двигатель будет разгоняться постепенно, при этом сглаживая пик потребления тока в момент пуска.
Подключим двигатель к motor-shield на безе L298P, как и в предыдущем примере:
Не забываем, что двигатель не имеет обатной связи, поэтому для контроля текущей скорости воспользуемя дополнительной переменной motorPower
unsigned long StartTimer; // Таймер для плавного пуска
pinMode (I1, OUTPUT);
for (motorPower=0;motorPower {
delay(StartTimeStep);
Теперь двигатель разгоняется более плавно. Разгон от 0 до 255 займет почти пол секунды, а установить интервал изменения в 1 мс – то вообще за четверть секунды. Невооруженным глазом разница не очень заметна. Но такое разгон намного более щадящий для силовой части. К тому-же скорость разгона мы можем регулировать, добиваясь нужного ускорения.
Вот только использование delay() не дает использовать параллельно
никаких других действий, поэтому реализуем плавный пуск с помощью таймеров, как при .
byte E1=5; // Управление скоростью двигателя – подключение к 5 выходу
byte I1=4; // Управление направлением вращения – подключение к 4 выходу
unsigned long StartTimer; // счетчик время для плавного пуска
int StartTimeStep=2; // Интервал изменения мощности двигателя, в мс
int StartPowerStep=1; // Один шаг изменения мощности двигателя
int motorPower; // Мощность двигателя
pinMode (E1, OUTPUT); // Задаем работу соответствующих пинов в качестве выходов
pinMode (I1, OUTPUT);
motorPower=0; // Начальная мощность - 0
digitalWrite (I1, HIGH); // На вывод I1 подан высокий логический уровень, мотор вращается в одну сторону
if (motorPower if ((millis()-StartTimer)>= StartTimeStep) // Проверяем, сколько прошло с последнего изменения скорости
// если больше, чем заданный интервал – увеличим скорость еще на один шаг
motorPower+= StartPowerStep; // увеличение скорости
analogWrite (E1, motorPower); // На выводе ENABLE управляющий сигнал с новой скоростью
StartTimer=millis(); // Начало нового шага
Теперь двигатель разгоняется плавно, причем параллельно с разгоном можно выполнять любые другие действия
Пуск двигателя постоянного тока имеет ряд отличительных особенностей.
Объясняется это большим значением пускового тока, которое необходимо предварительно ограничить.
Если этого не сделать, то может повредиться внутренняя цепь обмотки якоря.
Существует несколько способов запуска: прямой, реостатный и метод плавного повышения питающего напряжения.
По мере нарастания токовой нагрузки на обмотке статора увеличивается крутящий момент электродвигателя, который через вал передается на его подвижную часть – ротор. Чем быстрее возрастает крутящий момент, тем сильнее разогревается обмотка статора.
Это явление может привести к:
- выходу из строя изоляции;
- возникновению вибраций;
- деформации механических частей двигателя;
- полному выходу из строя мотора.
Большой ток может вызвать бурное искрение под щетками, что приведет к выходу из строя коллектора.
Избежать поломки можно, понизив пусковой ток до номинальной частоты вращения сразу после старта электромотора. Добиться этого можно несколькими способами. Выбор оптимального варианта зависит от технических характеристик мотора и его назначения.
Прямой пуск
Данный метод основан на прямом подключении якорной обмотки к электрической сети при номинальном напряжении двигателя. Прямой пуск можно применять только в случае наличия стабильного питания мотора, жестко связанного с приводом.
Этот способ является одним из самых простых. Температура при прямом пуске повышается, по сравнению с прочими способами, незначительно.
Схема прямого пуска
Метод прямого пуска наиболее предпочтителен при отсутствии специальных ограничений на ток, поступающий от электросети.
Если электродвигатель работает в режиме частых запусков и отключений, его необходимо снабдить простейшим оборудованием. Его роль может выполнять расцепитель с ручным управлением. Напряжение в этом случае подается на клеммы электромотора.
Прямой пуск можно применять только на маломощных двигателях, поскольку пик нагрузки а крупных моделях может превышать номинальную нагрузку в 50 раз.
Реостатный пуск
Метод пригоден для запуска оборудования большой мощности. Процесс осуществляется следующим образом:
- Из провода, разделенного на секции и имеющего высокое удельное сопротивление, изготавливается реостат.
- Устанавливается ток возбуждения на уровне номинального значения.
- Во время запуска последовательно уменьшается сопротивление реостата, исключая таким образом скачки электрического тока.
Включение в схему реостата обеспечивает безопасность запуска двигателей самой высокой мощности.
Реостатный пуск
При реостатном пуске разгон двигателя происходит постепенно с постоянным ускорением. Количество ступеней реостата зависит от требований к плавности запуска мотора и разности
Значения их сопротивлений определяется расчетом. В среднем пусковые реостаты имеют 2-7 ступеней.
Главная задача проектировщика – обеспечить одинаковое значение максимального и минимального тока на всех ступенях при их переключении в заданных временных интервалах.
Процесс переключения пускового реостата практически не поддается автоматизации. Если это необходимо (например, в автоматизированных установках), применяются пусковые сопротивления, поочередно шунтируемые контактами контакторов, работающих автоматически.
Как только двигатель войдет в рабочий режим, сопротивление реостата необходимо полностью вывести, поскольку рассчитывается оно только на кратковременную работу. Если ток будет проходить через реостат длительное время, он просто выйдет из строя.
Уменьшается сопротивление тоже ступенчато.
Пуск путем плавного повышения питающего напряжения
В обмотках двигателей насосов, конвейеров, воздуходувок в момент запуска возникают повышенные токи, превышающие их номинальное значение в 6 раз. Это явление отрицательно сказывается на составных частях мотора, снижая их долговечность. Поэтому в электрооборудовании мощностью свыше 1 кВт используют плавный пуск.
Смысл данного способа заключается в следующем: питающее напряжение повышается постепенно до тех пор, пока двигатель не выйдет на рабочий режим. Регулировка производится при помощи тиристоров или симисторов. Они располагаются «спина к спине» и устанавливаются на каждой из питающих линий .
Устройство плавного пуска
Приводятся в действие тиристоры на начальном этапе, причем их включают последовательно с небольшой задержкой для каждого полупериода. Такая схема работы способствует эффективному наращиванию напряжения (среднего переменного) на электродвигателе вплоть до его выхода на номинальное напряжение электросети.
Как только мотор достигнет номинальной скорости вращения, его можно переключить напрямую по схеме байпас.
Осуществляется посредством установок плавного пуска или частотных преобразователей.
Но эти устройства с успехом заменяют:
- выключателями;
- разъединителями полного напряжения.
Последний подает полное напряжение на клеммы электродвигателя (принцип прямого пуска). Но такая схема возможна только на маломощных электроустановках.
Способ плавного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Существуют и другие мягкие пускатели, обеспечивающие плавную остановку двигателя. Они необходимы в устройствах, которые при резком снижении скорости вращения могут привести к их поломке или нарушениям разного характера. В качестве примера можно привести насос, быстрая остановка которого вызовет возникновение гидроудара в системе. Нежелательна резкая остановка конвейерных лент, в результате которой полотно может выйти из строя.
Особенности плавного пуска трехфазных двигателей
На электродвигателях данного типа применяется мягкий пуск «звезда-треугольник». Схема работает следующим образом:
- изначально обмотки мотора соединены звездой;
- при выходе двигателя на заданные параметры они переключаются в соединение треугольником.
Система управления трёхфазным двигателем (инвертор)
В схему устройства входят:
- контакторы на каждую фазу;
- таймера, задающего интервал времени;
- реле перегрузки.
Такой способ позволяет держать пусковой ток на уровне 30% от его значения при прямом пуске. Соответственно, и крутящий момент ниже – не более 25%.
Применять метод «звезда-треугольник» можно только при наличии нагрузки на двигателе в момент его пуска.
Но чрезмерно нагруженное электрооборудование разогнать до номинальной скорости не удастся из-за недостаточного крутящего момента.
Устройства плавного могут играть роль регулятора напряжения электродвигателя, если в схеме присутствует соответствующий контроллер. Его задача – отслеживать коэффициент мощности мотора. Зависит он от нагрузки: при ее небольшом значении контроллер понизит напряжение и ток электродвигателя.
Пуск при пониженном напряжении цепи якоря
Ограничить пусковой ток можно, задействовав управляемый выпрямитель или отдельный генератор .Обмотка возбуждения питается от другого источника с полным напряжением, обеспечивающим полный пусковой ток.
Такой способ используется для запуска мощных двигателей с регулируемой скоростью вращения.
Реверсирование (изменение направления вращения) выполняется путем изменения направления тока в обмотке возбуждения или якоре.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КАФЕДРА СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ І
ЕЛЕКТРОПРИВОДА
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
З ДИСЦИПЛІНИ: “ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА”
НА ТЕМУ: “ПЛАВНИЙ ПУСК ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
ПО СИСТЕМІ “ ШИРОТНО ІМПУЛЬСНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ – ДВИГУН
ПОСТІЙНОГО СТРУМУ“
Розробив:
Керівник:
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
| № | Назва етапів курсового проекту | Строк виконання етапів проекту |
| 1 | Аналіз технічного завдання і вибір широтно імпульсного перетворювача | 15 жовтня 2002 |
| 2 | Аналіз функціональної схеми та розробка технічної документації | 30 жовтня 2002 |
| 3 | Розробка системи управління транзистором та виготовлення печатної плати | 20 листопада 2002 |
| 4 | Розрахунок схеми заміщення | 30 листопада 2002 |
| 5 | Побудова статичних, механічних та швидкісних характеристик | 5грудня 2002 |
| 6 | Вибір силових елементів та розрахунок параметрів схеми | 10 грудня 2002 |
| 7 | Розрахунок енергетичних характеристик | 25 грудня 2002 |
| 8 | Математичне моделювання | 10 січня 2003 |
| 9 | Оформлення проекту | 27 січня 2003 |
Студент _____________
Керівник _____________
“_______”______________________200 р
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ
ШИП - широтно імпульсний перетворювач
ДПТ - двигун постійного струму
АД - асинхронний двигун
ИП - імпульсний перетворювач
ЭОМ – електронно-обчислювальна машина
ИДК - вимірювально діагностичний комплекс
ШД - шаговий двигун
ЧРП - частотно регульований привод
КПД - коефіцієнт корисної дії
ГПИ - генератор пилоподібних коливань
ЗАВДАННЯ
на курсовий проект студента
____________________________________
1. Тема роботи Плавний пуск двигуна постійного струму по системі “ Широтно імпульсний перетворювач – двигун постійного струму “. Основна частина – розробка системи плавного пуска двигуна постійного струму на базі мікроконтроллера PIC 16F 877
2. Строк здачі студентом закінченої роботи 28.01.03
3. Вихідні дані до роботи технічні характеристики двигуна, технічні характеристики існуючих систем широтно імпульсних модуляторів
4. Зміст розрахунково – пояснювальної записки аналіз існуючих імпульсних перетворювачів і вибір найбільш оптимальної, розробка технічної документації на стенд, розробка принципової та функціональної схем, вибір силових елементів.
5. Дата видачі завдання жовтня 200 р
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН.. 2
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ. 3
ЗАВДАННЯ.. 4
Введение. 6
1. Преимущества и недостатки системы ШИП – ДПТ. 8
1.1 Импульсные преобразователи постоянного напряжения (общие сведения) 8
1.2 Анализ существующих импульсных преобразователей. 8
2. Функциональная схема лабораторного стенда. 11
3. Разработка технической документации на лабораторный стенд системы ШИП – ДПТ. 13
3.1 Общий вид лабораторного стенда. 13
3.2 Принципиальная схема стенда после доработки. 15
3.3 Перечень функциональных возможностей лабораторного стенда. 16
3.4 Система управления на базе микроконтроллера PIC 16F 877. 17
4. Расчет схемы замещения. 24
5. Статические характеристики системы ШИП – ДПТ. 26
6. Выбор силовых элементов. 31
6.1 Выбор силового трансформатора. 31
6.2 Выбор силового транзистора. 32
6.3 Выбор обратного диода. 33
7. Расчет преобразователя. 35
8. Расчет энергетических характеристик. 42
9. Математическая модель системы ШИП – ДПТ. 45
Введение
Сохранение электрической энергии становится важной частью общей тенденции по защите окружающей среды. Электродвигатели, приводящие в действие системы в быту и на производстве, потребляют значительную часть производимой энергии. Большинство этих двигателей работают в нерегулируемом режиме и, следовательно, с низкой эффективностью. Недавний прогресс в полупроводниковой индустрии, особенно в силовой электронике и микроконтроллерах, сделали приводы с регулированием скорости более практичными и значительно менее дорогими. Сегодня приводы с регулировкой скорости требуются не только в высокопрофессиональных и мощных промышленных применениях, таких как обрабатывающие машины или подъемные краны, но все больше и больше в бытовой технике, например, в стиральных машинах, компрессорах, небольших насосах, кондиционерах воздуха и т.п. Эти приводы, управляемые по развитым алгоритмам с помощью микроконтроллеров, имеют ряд преимуществ:
увеличение энергетической эффективности системы (регулирование скорости снижает потери мощности в двигателях)
усовершенствование функционирования (цифровое управление может добавить такие свойства, как интеллектуальные замкнутые контуры, изменение частотных свойств, диапазона контролируемых неисправностей и способность к взаимодействию с другими системами)
упрощение электромеханического преобразования энергии (регулируемые приводы позволяют устранить необходимость в трансмиссиях, коробках передач, редукторах) простота обновления программного обеспечения системы на базе микроконтроллеров с флэш-памятью могут быстро изменять при необходимости увеличивается. Основным условием их использования является сохранение общей стоимости системы в обоснованных границах. Для ряда систем, особенно в быту, общая стоимость должна быть эквивалентна стоимости нерегулируемого варианта.
1. Преимущества и недостатки системы ШИП – ДПТ
1.1 Импульсные преобразователи постоянного напряжения (общие сведения)
Изменение величины напряжения потребителя посредством импульсных преобразователей (ИП) называют импульсным регулированием.
С помощью импульсного преобразователя источник напряжения периодически подключается к нагрузке. В результате на выходе преобразователя формируются импульсы напряжения. Регулирование напряжения на нагрузке можно осуществить тремя способами:
изменением интервала проводимости ключа при постоянной частоте переключения (широтно-импульсный)
изменением частоты переключения при постоянном интервале проводимости ключа (частотно-импульсный)
изменением частоты переключения и интервала проводимости ключа (время-импульсный)
При этом регулируется относительное время проводимости ключа, что приводит к плавному изменению среднего значения напряжения на нагрузке (в нашем случае на якоре ДПТ)
1.2 Анализ существующих импульсных преобразователей
Схема ШИП с параллельной емкостной коммутацией изображена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. ШИП с параллельной емкостной коммутацией
Недостатком ШИП с параллельной емкостной коммутацией является то, что в процессе переключения напряжение на нагрузке достигает удвоенных значений питающего напряжения. Также недостатком является сложность настройки резонансного контура с конденсатором ‘C’ и дросселем ‘Др’.
На рисунке 1.2 изображена схема ШИП с дополнительным коммутирующим тиристором и линейным дросселем в узле коммутации.
Недостатком схемы является связь контура коммутации с цепью нагрузки. Эта особенность затрудняет коммутацию в режимах малых нагрузок и делает невозможной работу устройства на холостом ходу.
На рисунке 1.3 изображена схема нереверсивного ИП с последовательным ключевым элементом.
Рисунок 1.3. Нереверсивный ШИП
Данная схема является наиболее приемлемой для нашей цели, так как она отличается малым количеством элементов, простотой конструкции, достаточно высоким быстродействием и надежностью.
Принцип действия:
Когда транзистор VT отперт от источника питания потребляется энергия. При запирании транзистора VT ток нагрузки за счет Э.Д.С. самоиндукции сохраняет свое прежнее направление, замыкаясь через обратный диод VD. В связи с тем что источник питания, как правило, обладает индуктивностью, для защиты транзистора от перенапряжений, возникающих при разрывах цепи питания, на входе ИП ставится фильтр нижних частот, выходным звеном которого является конденсатор Свх.
2. Функциональная схема лабораторного стенда
Функциональная схема уже существующего лабораторного стенда представлена на рисунке 2.1
Рисунок 2.1 Функциональная схема стенда
На функциональной схеме изображены основные элементы стенда и функциональные взаимодействия между ними.
Основным элементом стенда есть преобразователь частоты ACS 300. Через него питание подается на асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором М1 – АОЛ2-21-4. Стенд предусматривает возможность работы асинхронного режим динамического торможения. Также предусмотрена возможность контроля скорости асинхронного двигателя, токи и напряжения как АД так и ДПТ.
В силовой цепи АД расположены трехфазный датчик тока и трехфазный датчик напряжения, данные с которых подаются через блок связи на ЭОМ. Блок связи и ЭОМ образуют измерительно-диагностический комплекс (ИДК). На ИДК подаются сигналы и с других датчиков и контролирующих элементов
3. Разработка технической документации на лабораторный стенд системы ШИП – ДПТ
3.1 Общий вид лабораторного стенда
Внешний вид проектируемого стенда показан на рисунке 3.1
1. Ручка нагрузочного резистора
2. Кнопка SB2 “Стоп АД”
Для пуска двигателей постоянного тока могут быть применены три способа:
1) прямой пуск, при котором обмотка якоря подключена непосредственно к сети;
2) реостатный пуск с помощью пускового реостата, включаемого в цепь якоря для ограничения тока при пуске;
3) пуск путем плавного повышения напряжения, подаваемого на обмотку якоря.
Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения I ном ∑r во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5–10% от U ном , поэтому при прямом пуске ток якоря I п = U ном /∑r = (10 ÷ 20) I ном, что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. По этой причине прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ∑r 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 n и i a при пуске двигателя с параллельным возбуждением будем исходить из уравнений:
где J – момент инерции вращающихся масс электродвигателя и сочлененного с ним производственного механизма; М н –тормозной момент, создаваемый нагрузкой.
Из (2.82б) определяем ток якоря
. (2.83)
Подставляя его значение в (2.82а), получаем
(2.84а)
, (2.84б)
U где – частота вращения при идеальном холостом ходе;
уменьшение частоты вращения при переходе
от холостого хода к нагрузке; n
н = n
0 – Δn
н –установившаяся частота вращения при нагрузке двигателя; 
– электромеханическая постоянная времени, определяющая скорость протекания переходного процесса.
При этом I н = М н /(с м Ф) – установившийся ток якоря после окончания процесса пуска, определяемый нагрузочным моментом М н .
Решая уравнение (2.84б), получаем
. (2.85а)
Постоянную интегрирования А находим из начальных условий: при t = 0; n = 0 и А = – n н . В результате имеем
. (2.85б)
Рис. 2.65 – Переходный процесс изменения частоты вращения и тока якоря при прямом пуске двигателя постоянного тока
Зависимость тока якоря от времени при пуске двигателя определяется из (2.83). Подставляя в него значение
, (2.85в)
полученное из (2.846) и (2.856), и заменяя n н = n 0 – Δn, имеем
. (2.86а)
Учитывая значение Δn н , n 0 , Т м и М н /с м Ф , получим
где I нач = U /∑r – начальный пусковой ток.
На рис. 2.65 приведены зависимости изменения тока якоря и частоты вращения (в относительных единицах) при прямом пуске двигателя с параллельным возбуждением. Время переходного процесса при пуске принимается равным (3–4) Т м. За это время частота вращения n достигает (0,95 – 0,98) от установившегося значения n н , а ток якоря I а также приближается к установившемуся значению.
Реостатный пуск. Этот способ получил наибольшее распространение. В начальный момент пуска при n = 0 ток I п = U/(∑r + r п). Максимальное сопротивление пускового реостата r п подбирается так, чтобы для машин большой и средней мощностей 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 6 (рис. 2.66, а ), соответствующей максимальному значению сопротивления r п пускового реостата; при этом двигатель развивает максимальный пусковой момент М п.макс.
Рис. 2.66 – Изменение частоты вращения и момента при реостатном пуске двигателей с параллельным и последовательным возбуждением
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 растет э. д. с. Е и уменьшается ток якоря I a =(U – E)/(∑r +r п ). При достижении некоторого значения М п.мин часть сопротивления пускового реостата выводится, вследствие чего момент снова возрастает до М п.макс. При этом двигатель переходит на работу по реостатной характеристике 5 и разгоняется до достижения M п.мин. 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. 2.66, а ) до выхода на естественную характеристику 1 . Средний вращающий момент при пуске М п.ср = 0,5 (М п.макс +М п.мин) = const, вследствие чего двигатель разгоняется с некоторым постоянным ускорением. Таким же образом пускается в ход двигатель с последовательным возбуждением (рис. 2.66, б ). Количество ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной характеристики и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности M п.макс – М п.мин).
Пусковые реостаты рассчитывают на кратковременную работу под током.
На рис. 2.67 показаны зависимости тока якоря i a , электромагнитного момента М, момента нагрузки М н и частоты вращения n при реостатном пуске двигателя (упрощенные диаграммы).
Рис. 2.67 – Переходный процесс изменения частоты вращения, момента и тока якоря при реостатном пуске двигателя постоянного тока
При выводе отдельных ступеней пускового реостата ток якоря i a достигает некоторого максимального значения, а затем уменьшается согласно уравнению (2.85б) до минимального значения. При этом электромеханическая постоянная времени и начальный ток будут иметь различные для каждой ступени пускового реостата значения:
;
В соответствии с изменением тока якоря изменяется и электромагнитный момент М. Частота вращения n изменяется согласно уравнению
где n нач –начальная частота вращения при работе на соответствующей ступени пускового реостата.
Заштрихованная на рис. 2.67 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 потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пуск двигателя осуществлять путем плавного повышения напряжения, подаваемого на его обмотку. Но для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Такой источник используют также для регулирования частоты вращения двигателя.
Загрузка...