1.4.4. Пуск и регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока

Пуск двигателя постоянного тока осуществляется следующими основными способами:

1). Прямой пуск, – при котором обмотка якоря включается непосредственно в сеть питания. Т. к. при прямом пуске ток якоря в 10-20 раз больше номинального тока двигателя, прямой пуск применяют только для двигателей малой мощности и редко для двигателей мощностью в несколько киловатт.

2). Реостатный пуск, – при котором обмотка якоря включается в сеть питания через пусковой реостат, имеющий несколько ступеней (секций), которые в процессе пуска замыкаются специальными выключателями (контакторами). Реостатный пуск применяют на электровозах и электропоездах постоянного тока. Электропоезда имеют приблизительно постоянную массу, поэтому в них выключение ступеней пускового реостата производится автоматически специальным реле ускорения (реле минимального тока). Электропоезда чаще всего имеют разную массу, поэтому выключение ступеней пускового реостата в них производится самим машинистом вручную контролером машиниста по мере увеличения скорости движения.

3). Пуск двигателей постоянного тока путём понижения питающего напряжения применяют для двигателей большой мощности, т. к. применение для них пусковых реостатов нецелесообразно из за значительных потерь мощности. Для этого необходимо иметь источник постоянного тока с плавно регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Такой пуск называют безреостатным и применяют его на электроподвижном составе переменного тока и тепловозах.

Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока оценивается плавностью регулирования, диапазоном регулирования (определяется отношением наибольшей частоты вращения к наименьшей) и экономичностью регулирования (определяется стоимостью регулирующей аппаратуры и потерями электроэнергии в ней).

Частота вращения двигателя постоянного тока n определяется по формуле:

n = [U-I× Cе×Ф],

где U – напряжение питающей сети, ток якоря, – сопротивление цепи якоря, Се – постоянная для данной машины (определяется её конструктивными особенностями), Ф – основной магнитный поток двигателя.

Из этой формулы следует, что регулировать скорость вращения двигателя можно следующими способами:

1). Изменением питающего напряжения U – при этом двигатель подключают к источнику регулируемого постоянного напряжения (генератор с независимым возбуждением или регулируемый выпрямитель). Этот способ применяют на тепловозах (от генератора), а также на электровозах и электропоездах (от выпрямителя). Несмотря на то, что он требует довольно сложного оборудования, его широко применяют на современных тепловозах и электропоездах, т. к. он обеспечивает плавное и экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах.

2). Изменением сопротивления в цепи якоря , т. е. включением реостата в цепь обмотки якоря. Этот способ позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне, причём, чем больше сопротивление реостата, тем меньше частота вращения. Т. к. при этом способе регулирования частоты вращения возникают большие потери, его применяют только при кратковременных режимах работы, например при пуске.

3). Изменением основного магнитного потока Ф – при этом в цепь возбуждения включают регулировочный реостат, который регулирует ток возбуждения и, следовательно, основной магнитный поток . В двигателях с независимым и параллельным возбуждением регулировочный реостат включают последовательно с ОВ. В двигателях с последовательным возбуждением регулировочный реостат включают параллельно ОВ, вследствие чего через ОВ будет протекать только часть тока якоря (другая часть будет ответвляться в регулировочный реостат). Этот способ прост и экономичен и его широко применяют на локомотивах и тепловозах, но в этом случае регулирование частоты вращения можно осуществлять только в сравнительно небольшом диапазоне.