2. Электромеханические свойства электродвигателей

2.1.Пуск, регулирование частоты вращения, электрическое торможение и реверс электродвигателей постоянного тока

2.1.1. Способы пуска электродвигателей постоянного тока

Прямой пуск

Для пуска электродвигателей постоянного тока применяют три способа:

- прямой пуск;

- реостатный пуск;

- пуск при пониженном напряжении.

При прямом пуске двигатель включается непосредственно в сеть для

чего вручную или при помощи коммутационной аппаратуры замыкают контакты К1 и К2..

Рисунок 2.1. Прямой пуск двигателя: а – схема пуска

По Правилам Регистра, прямой пуск электродвигателей допускается при условии, что номинальная мощность двигателя не превышает 0,5 кВт, т.е. Р ≤ 0,5 кВт.

Такое ограничение мощности объясняется тем, что при прямом пуске пусковой ток якоря двигателя превышает номинальный в десятки раз.

Пусть электродвигатель имеет такие данные: напряжение U = 220 В, номинальная противоЭДС обмотки якоря Е = 210 В, сопротивление обмотки якоря двигателя R = 1 Ом.

Тогда номинальный ток якоря

I = = = 10 А.

При пуске скорость якоря ω = 0, поэтому противоЭДС обмотки якоря

Е = сωФ = с0Ф = 0

( с – конструктивный коэффициент, величина постоянная, ω – угловая скорость якоря, Ф – магнитный поток, созданный параллельной обмоткой возбуждения L ).

Тогда пусковой ток якоря

I = = = = 220 А.

Таким образом, пусковой ток якоря I = 220 А превышает номинальный I = 10 А в 22 раза, что недопустимо.

После пуска двигатель начнет разгоняться, в обмотке якоря появится и станет увеличиваться противоЭДС обмотки якоря ↑Е = с↑ωФ, а ток якоря – уменьшаться.

Причина больших пусковых токов – отсутствие противоЭДС обмотки якоря в момент пуска, когда якорь неподвижен. Такие токи вызывают ухуд-

шение коммутации вплоть до возникновения кругового огня на коллекторе, а также провалы напряжения сети, нарушающие нормальную работу остальных приемников электроэнергии

Допускаемые по условиям коммутации значения пусковых токов не должны превышать номинальный более чем в 2,5 раза, т.е. не должно нарушаться соотношение

I ≤ 2,5 I

Как следует из формулы пускового тока якоря

I = ,

Пусковые токи можно уменьшить двумя способами:

- увеличить знаменатель, т.е. увеличить при пуске сопротивления цепи обмотки якоря ( реостатный пуск );

- уменьшить числитель, т.е. уменьшить при пуске напряжение на обмотке якоря.

Схема реостатного пуска изображена на рис. 2.2.

Рисунок 2.2. Реостатный пуск двигателя: а – схема пуска

При пуске замыкаются контакты К1 и К2, контакт К3 разомкнут. Через контакты К1 и К2 на обмотку якоря «А» и параллельную обмотку возбуждения «L» подается питание сети, а через разомкнутый контакт КМ3 в цепь обмотки якоря вводится пусковой резистор R , поэтому полное сопротивление обмотки якоря увеличивается до значения ( R + R ).

Двигатель развивает пусковой ток

I = I = ≤ 2,5 I

Нельзя пусковой реостат в промежуточном положении, при котором

в цепи обмотки якоря останутся ступени пускового реостата, т.к. они сгорят.

Эти ступени рассчитаны лишь на кратковременное протекание через них пускового тока.

Пуск при пониженном напряжении на обмотке якоря двигателя

Этот способ пуска нельзя применить при питании электродвигателя от общей сети, т.к. понижение напряжения сети с целью пуска отдельного двигателя означает понижение напряжения на зажимах всех остальных находящихся в работе двигателей.Такое понижение приведет к нарушению нормальной работы этих двигателей.

Поэтому такой способ пуска применяют:

- на постоянном токе - в системах «генератор – двигатель» ( Г – Д ), в которых исполнительный двигатель получает питание от отдельного генератора, не связанного с общесудовой сетью.

Система Г-Д наряду с пуском обеспечивает возможность реверса и регулирование скороти и состоиткак минимум из трех электрических машин:

- исполнительного электродвигателя М2, приводящего в действие механизм;

- генератора G1, питающего исполнительный ЭД;

- приводного электродвигателя Ml, вращающего якоря генератора G1 и образующего с ним так называемый преобразователь.

Машины М2 и G1 - постоянного тока с независимым возбуждением.

М1 – приводной асинхронный ЭД. Для питания обмоток возбуждения L1G1 и LM2 в этом случае применяют четвертую машину – возбудитель G2. Это небольшой генератор постоянного тока с самовозбуждением. Он приводится во вращение тем же приводным электродвигателем М1 , что и генератор .

Рисунок 2.3. Схема системы генератор – двигатель

Система действует следующим образом.

Сначала пускают приводной ЭД М1, якорь которого затем вращается постоянно в одну сторону с неизменной скоростью. Потом при помощи регулировочного резистора ( реостата возбуждения ) RP3 возбуждают возбудитель G2, создающий неизменное напряжение.

От него получают питание независимые обмотки возбуждения исполнительного электродвигателя LM2 и генератора L1G1.

В цепь первой включен регулировочный резистор RP2, в цепь второй – регулировочный резистор RP1 и переключатель SA, изменяющий направление тока в обмотке L1G1.

Перед пуском резистор RP1 должен быть полностью введен в цепь, а резистор RP2 - выведен.

Для пуска М2 переключатель SA устанавливают в одно из рабочих положений и постепенно выводят резистор RP1, увеличивая этим ток возбуждения в обмотке L1G1. Последний возбуждается и подает плавно возрастающее напряжение на якорную обмотку М2. По цепи якорей G1 и М2 протекает ток.

Так как М2 возбужден, его якорь начинает вращаться, и по мере возрастания напряжения, подве­денного к его якорю, увеличи­вается угловая скорость. При полностью выведенном резисторе RP1 напряжение G1 и угловая скорость М2 номинальные.

Для реверса переключателем SA изменяют направление тока в обмотке возбуждения L1G1. Генератора изменяет полярность напряжения, ток якорной цепи изменяет направление, и исполнительный двигатель М2 реверсируется.

Регулирование скорости вниз от номинальной выполняют, вводя в цепь обмотки возбуждения L1G1 регулировочный резистор RP1. Ток возбуждения, магнитный поток и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого снижается напряжение, подведен­ное к обмотке якоря М2, и его угловая скорость уменьшается ( характеристики .

Регулирование скорости вверх от номи­нальной осуществляют, вводя в цепь обмотки возбуждения М2 регулировочный резистор RP2, что уменьшает ток и поток воз­буждения, при этом скорость ЭД увеличивается .

2.1.2. Способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока

Какие способы регулирования скорости можно определить из уравнения скоростной храктернистики

I = .

Подставляем вмести противо ЭДС его значение и определяем от чего зависит скорость вращения двигателя

Е = c_е nФ

Из уравнения естественной механической характеристики двигателя

n = .

следует, что скорость двигателей постоянного тока можно регулиро-

вать тремя способами:

1. изменением напряжения на обмотке якоря двигателя U.

2 изменением сопротивления цепи обмотки якоря R ;

3. изменением магнитного потока полюсов Ф.

Регулирование скорости изменением напряжения на обмотке якоря можно обеспечивать только в системах Г – Д.

Регулирование скорости изменением сопротивления цепи обмотки якоря называется реостатным, т.к. осуществляется путем введения регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя.

Рисунок 2.4. Схема включения двигателя

с параллельным возбуждением при реостатном регулировании

Пусть двигатель работает с номинальными скоростью ω и моментом М , равным статическому моменту механизма М ( М = М ).

Положительное качество данного способа регулирования - его простота, т.к. он осуществляется путем введения ( выведения ) ступеней регулировочного реостата в цепи обмотки якоря двигателя.

Однако у него есть и ряд недостатков:

1. малый диапазон регулирования при малых нагрузках;

2. уменьшение плавности регулирования с увеличением нагрузки;

3. невозможность стабильной работы на низких скоростях;

4. большой расход энергии в добавочных сопротивлениях.

Ввиду указанных недостатков этот способ регулирования можно применять лишь для кратковременной работы электропривода на пониженных скоростях при отсутствии высоких требований к точности регулирования.

Регулирование скорости ослаблением магнитного потока обычно осу­ществляют включением добавочных сопротивлений в цепь об­мотки возбуждения г .

Рисунок 2.5. Схема включения регулировочного сопротивления

Особенности регулирования:

• экономичность, т.к. расход электроэнергии в регулировочном резисторе г мал из-за небольшого значения тока возбуждения в цепи параллельной обмотки;

• возможность регулирования скорости только вверх от номинальной, что является недостатком способа;

• увеличение тока якоря во столько раз, во сколько раз ослаблен магнитный поток.

Последняя особенность не позволяет применять этот способ регулирования при работе электропривода с номинальным моментом, т.к. при ослаблении потока ток якоря превысит номинальный, что недопустимо.