Пуск двигателя постоянного тока

ДПТ

Как и в случае с асинхронными двигателями, пуск двигателей постоянного тока осложнен возникающими при пуске большими значениями пусковых токов и моментов. Но в отличие от асинхронных двигателей, в ДПТ пусковые токи превышают номинальные в 10-40 раз. Такое громадное превышение может привести к выводу двигателя из строя, повреждению связанных с двигателем механизмов и большим просадкам напряжения в сети, что может сказаться на других потребителях. Поэтому пусковые токи стараются ограничить до значений (1,5…2) Iн.

Для маломощных двигателей (до 1 кВт) при условии отсутствия нагрузки на валу, можно применить прямой пуск, то есть непосредственно от сети. Это связано с тем что масса движущихся частей двигателя не велика, а сопротивление обмотки относительно большое. При прямом пуске таких двигателей пусковые токи не превышают значений (3…5) Iн, что для таких двигателей не критично.

Когда двигатель работает при постоянном напряжении и сопротивлении обмотки якоря, ток в якоре можно найти с помощью формулы

В этой формуле U – напряжение питающей сети, Епр – противоЭДС, ∑r – сопротивление обмоток якоря. ПротивоЭДС Епр возникает при вращении якоря в магнитном поле статора, при этом в двигателе, она направлена против якоря. Но когда якорь не движется, Епр не возникает, а значит, выражение для тока примет следующий вид

Это и есть выражение для определения пускового тока.

Глядя на формулу можно прийти к выводу, что снижения пускового тока возможно либо снижением напряжения, либо увеличением сопротивления якорной обмотки.

Пуск двигателя снижением напряжения применяется, если питание двигателя организовано от независимого источника энергии, который можно регулировать. На практике такой пуск используется для двигателей средней и большой мощности.

Мы рассмотрим более подробно способ пуска двигателя постоянного тока с помощью введения дополнительного сопротивления в цепь якоря. При этом пусковой ток будет равен

Таким образом, можно добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне, безопасном для двигателя. Добавочное сопротивление может быть как в виде реостата, так и в виде нескольких резисторов. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двигателя, менять сопротивление в якорной цепи.

Следует знать, что с дополнительным сопротивлением в обмотке якоря двигатель работает не на естественной, а на более мягкой искусственной характеристике, которая не подходит для нормальной работы двигателя.

Пуск двигателя осуществляется в несколько ступеней. После некоторого разгона двигателя, Епр ограничит ток, а следовательно пусковой момент, чтобы поддержать его на прежнем уровне, нужно уменьшить сопротивление, то есть переключить реостат или шунтировать резистор.

Допустим, что ступени у нас четыре, тогда механическая характеристика будет выглядеть следующим образом

На первой ступени, когда добавочное сопротивление максимально и равно R1+R2+R3 двигатель начинает свой разгон. После достижения определенной точки, которую получают с помощью расчетных данных, сопротивление R3 шунтируют. При этом двигатель переходит на новую характеристику, и разгоняется на ней все до той же точки. Таким образом, двигатель выходит на естественную характеристику, не пострадав от действия больших пусковых токов и моментов.

20.Способы пуска двигателя постоянного тока

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 напряжения питания
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 сопротивления
R_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
заданному
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.

3

Способы пуска двигателя постоянного тока

Основное уравнение рабочего напряжения двигателя постоянного тока записывается как
E = E _b + I _a R _a    и, следовательно,     I _a = (E — E _b ) / R _a
Теперь , когда двигатель находится в состоянии покоя, очевидно, противо-ЭДС E _b = 0. Отсюда ток якоря в момент пуска можно задать как I _a = E / R _a . В реальных машинах постоянного тока сопротивление якоря в основном очень низкое, обычно около 0,5 Ом. Поэтому при пуске через якорь протекает большой ток. Этот ток достаточно велик, чтобы повредить цепь якоря.
Из-за этого чрезмерного пускового тока —

1. могут перегореть предохранители и повредиться обмотка якоря и/или коллекторные щетки.
2. будет создаваться очень высокий пусковой момент (поскольку крутящий момент прямо пропорционален току якоря), и этот высокий пусковой момент может вызвать огромную центробежную силу, которая может сбросить обмотку якоря.
3. другие нагрузки, подключенные к тому же источнику, могут столкнуться с падением напряжения на клеммах.

Большой двигатель постоянного тока будет набирать скорость довольно медленно из-за большой инерции ротора. Следовательно, медленно нарастающая противо-ЭДС приводит к тому, что уровень высокого пускового тока сохраняется в течение достаточно долгого времени. Это может привести к серьезным повреждениям. Во избежание этого необходимо использовать подходящий пускатель двигателя постоянного тока . Однако очень маленькие двигатели постоянного тока можно запустить напрямую, подключив их к источнику питания с помощью контактора или переключателя. Вреда от этого нет, так как они быстро набирают скорость из-за малой инерции ротора. В этом случае большой пусковой ток будет быстро уменьшаться из-за быстрого нарастания противо-ЭДС.

Чтобы избежать вышеуказанных опасностей при запуске двигателя постоянного тока , необходимо ограничить пусковой ток. Итак, двигатель постоянного тока запускается с помощью стартера. Существуют различные типы пускателей двигателя постоянного тока , такие как 3-точечный пускатель, 4-точечный пускатель, пускатель с катушкой отключения без нагрузки, пускатель с тиристорным контроллером и т. д. обмотка якоря при пуске.
Ниже приведены 3-точечные и 4-точечные пускатели, которые используются для пуска двигателей с параллельной обмоткой и двигателей с комбинированной обмоткой.

3-точечный пускатель

Внутренняя проводка 3-точечного пускателя показана на рисунке.
Когда необходимо запустить подключенный двигатель постоянного тока, рычаг постепенно поворачивается вправо. Когда рычаг касается точки 1, обмотка возбуждения подключается напрямую к источнику питания, а обмотка якоря последовательно подключается к сопротивлениям R1–R5. Во время пуска полное сопротивление добавляется последовательно с обмоткой якоря. Затем, по мере дальнейшего перемещения рычага, сопротивление постепенно отключается от цепи якоря. Теперь, когда рычаг достигает положения 6, все сопротивление отключается от цепи якоря, и якорь напрямую подключается к источнику питания. Электромагнит «Е» (катушка без напряжения) удерживает рычаг в этом положении. Этот электромагнит отпускает рычаг при отсутствии (или низком) напряжении питания.
Видно, что при перемещении рычага из положения 1 в последнее положение последовательно с обмоткой возбуждения добавляется сопротивление стартера. Но, поскольку значение сопротивления пускателя очень мало по сравнению с сопротивлением шунта, уменьшение тока возбуждения шунта может быть незначительным. Однако, чтобы преодолеть этот недостаток, в 3-точечном пускателе можно использовать латунную или медную дугу, которая обеспечивает соединение между подвижным рычагом и обмоткой возбуждения, как показано на рисунке 4-точечного пускателя ниже.
Когда двигатель перегружен сверх заданного значения, срабатывает «электромагнит расцепителя максимального тока» D, который закорачивает электромагнит E и, следовательно, освобождает рычаг, и двигатель выключается.

4-точечный пускатель

Основное различие между 3-точечным пускателем и 4-точечным пускателем заключается в том, что катушка без напряжения (электромагнит E) не соединена последовательно с катушкой возбуждения. Обмотка возбуждения напрямую подключается к источнику питания, когда рычаг перемещается, касаясь латунной дуги (дуги под шпильками сопротивления). Катушка без напряжения (или катушка удержания) соединена с токоограничивающим сопротивлением Rh. Такое расположение гарантирует, что любое изменение тока в шунтирующем поле вообще не повлияет на ток через удерживающую катушку. Это означает, что электромагнитного усилия удерживающей катушки всегда будет достаточно, чтобы пружина не возвращала рычаг в выключенное положение без необходимости. 4-точечный пускатель используется там, где ток возбуждения должен регулироваться с помощью реостата возбуждения для работы двигателя на скорости выше номинальной за счет уменьшения тока возбуждения.

Пускатель двигателя постоянного тока

Конструкция пускателя двигателя постоянного тока очень проста, как показано на рисунке. Пусковой рычаг просто перемещается вправо, чтобы запустить двигатель. Таким образом, максимальное сопротивление подключается последовательно с якорем во время пуска, а затем постепенно уменьшается по мере движения пускового рычага вправо. Этот стартер иногда также называют двухточечным стартером .
Катушка отключения при отсутствии нагрузки удерживает пусковой рычаг в рабочем положении и покидает его при исчезновении напряжения.

Методы пуска двигателя постоянного тока

Машины постоянного тока / электрические

от электрического удара

Зачем нужны методы пуска двигателя постоянного тока?

Все двигатели постоянного тока в основном самозапускающиеся. Всякий раз, когда якорь и обмотка возбуждения двигателя постоянного тока получают питание, происходит двигательное действие. Таким образом, нам не нужны какие-либо методы запуска двигателя постоянного тока, но использование методов запуска позволяет нам запускать двигатель желаемым безопасным способом. При запуске двигателя постоянного тока якорь потребляет очень большой ток порядка 15-20А, что приводит к перегоранию предохранителей, нарушению работы другого оборудования, подключенного к той же линии, на очень короткое время.

Чтобы ограничить этот высокий ток якоря, последовательно с якорем двигателя постоянного тока при пуске подключается переменное сопротивление, известное как пусковое или пусковое сопротивление. Кроме стартеров, в стартёрах предусмотрены ещё защитные устройства. Ниже описаны методы пуска или пускатели, используемые для двигателей постоянного тока.

Четыре основных метода пуска двигателя постоянного тока

[1]. Трехточечный метод запуска:

Используемый стартер в основном представляет собой переменное сопротивление, разделенное на несколько секций. Точки контакта этих секций называются шпильками, начиная с положения ВЫКЛ до положения РАБОТА, с большим количеством сопротивлений в этих положениях. У этого пускателя есть три основных точки:

1. L Линейная клемма, которая должна быть подключена к плюсу питания.
2. A для подключения к обмотке якоря.
3. F для подключения к обмотке возбуждения.

Точка L дополнительно подключена к электромагниту, называемому расцепителем перегрузки (OLR). Второй конец OLR соединяется с точкой поворота рукоятки стартера. Эта ручка может свободно перемещаться с другой стороны против силы пружины. Эта пружина возвращает рукоятку в положение OFF под действием собственной силы. Другой параллельный путь происходит от шпильки, примыкающей к положению OFF, для другого электромагнита, называемого No Volt Coil (NVC). NVC дополнительно подключается к клемме F, вызывая сопротивления последовательно с обмоткой якоря. OLR и NVC являются двумя защитными устройствами этого пускателя.

Изначально рукоятка находится в положении ВЫКЛ, когда питание отсутствует. При включении двигателя рукоятка начинает медленно двигаться против усилия пружины и входит в контакт со шпилькой, благодаря чему через обмотку якоря проходит ограниченный ток, а обмотка возбуждения получает питание по параллельному пути. При дальнейшем перемещении рукоятки постепенно отключается пусковое сопротивление, в конечном итоге достигающее положения РАБОТА с удалением всего пускового сопротивления из цепи якоря, и двигатель начинает работать с нормальной скоростью. В то время как NVC намагничивается от источника питания, удерживает рукоятку в положении RUN против усилия пружины.

[2]. Четырехточечный метод пуска:

Основное различие между трехточечным и четырехточечным пуском заключается в подключении беспотенциальной катушки (NVC). В методе трехточечного пуска NVC включен последовательно с обмоткой возбуждения, в то время как в методе четырехточечного пуска NVC подключен независимо к источнику питания через четвертую клемму, называемую N , в дополнение к L, F и A. . Следовательно, любое изменение тока возбуждения не влияет на работу, и NVC удерживает рукоятку против силы пружины, используя фиксированное сопротивление R последовательно с NVC, используя четвертое положение 9.0034 Н .

[3]. Метод автоматического запуска:

Методы запуска, которые обсуждались до сих пор, являются методами ручного запуска. Это становится неудобным, когда двигатель постоянного тока необходимо часто запускать и останавливать. В таком случае используется метод автоматического запуска.

В автоматическом пускателе используются автоматические выключатели, называемые контакторами, которые представляют собой устройство, работа которого зависит от электромагнитной катушки, управляемой электромагнитом. Когда основной источник питания включен, обмотка возбуждения получает питание, поскольку она напрямую подключается к источнику питания, что обеспечивает требуемый рабочий поток.

C ₁ представляет собой линейный контактор, который включен последовательно с якорем и соединяет якорь с линией с R ₁ и R ₂ в замкнутом состоянии. Катушка, питающая C ₁ , называется O ₁ . Контакторы А ₁ и А ₂ являются ускорителями, которые обеспечивают последовательное замыкание накоротко через R ₁ и R ₂ , для отключения от цепи якоря при разгоне двигателя. Управление всей схемой осуществляется с помощью кнопок S ₁ и S ₂ соответственно. Катушка O ₂ управляет контактором A ₁ , а катушка O ₃ управляет контактором A ₂ .

При нажатии нормально разомкнутого контакта S ₁ на контактор O ₁ подается питание, и он приводит в действие контактор C ₁ . Таким образом, ток I _a начинает протекать через R ₁ и R ₂ , так как A ₁ и A ₂ открыты и меньше за счет R ₁ и R ₂ . M ₁ — это вспомогательный контактор, который работает вместе с C ₁ . Таким образом, хотя S ₁ становится разомкнутым, O ₁ продолжает получать питание через M ₁ , поскольку S ₂ обычно выключен.

[4]. Электронный метод запуска:

Тиристор представляет собой электронное устройство, которое может работать как переключатель. Он действует как замкнутый переключатель, когда он проводит, и становится разомкнутым, когда он не проводит. Таким образом, контакторы в автоматическом пускателе можно заменить тиристорами, благодаря чему он называется электронным пускателем.

При нажатии S ₁ на сетевой тиристор T _L подается положительное напряжение, и он начинает проводить, благодаря чему якорь двигателя подключается к питающей линии через T _L и пусковые сопротивления R ₁ и R ₂ . В это же время начинает заряжаться конденсатор С. Для отключения R ₁ и R ₂ используется тахогенератор для измерения противо-ЭДС, которая создает напряжение, пропорциональное скорости двигателя. Остановка двигателя может быть достигнута нажатием S 9Переключатель 0004 2 При нажатии на S ₂ он подает положительное напряжение на вывод затвора третьего тиристора T ₃ , благодаря чему он проводит ток и начинает течь ток через R ₁ и конденсатор С начинает разряжаться.