2.9.4 Побудова механічної характеристики (розрахунок і вибір пускових опорів)

Електромеханічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження n = f (І). Природна електромеханічна характеристика будується по двом точках: ідеального холостого ходу І = 0, п = п₀; у руховому режимі І=І_ном, п=п_ном.

Через ці точки проводиться пряма характеристика.

Якщо проаналізувати рівняння електромеханічної характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження видно, що при пуску, коли ЕРС двигуна дорівнює нулю, виникає значний пусковий струм, який перевищує номінальний у 20 разів та вище, що може призвести до пошкодження ізоляції обмотки якоря та виходу двигуна з ладу.

Для обмеження пускового струму застосовуються пускові опори, які виводяться ступінчасто.

Графоаналітичний метод

Будується природна електромеханічна характеристика двигуна по двом точкам: 1) І = 0; п = п₀; 2) І = І_ном; п = п_ном.

Визначається максимальний струм двигуна І₁

І₁ = (2,0 … 2,5 І_ном). (2.164)

Визначається струм перемикання І₂

І₂ = (1,1 … 1,2 І_ном). (2.165)

Побудова пускової діаграми електромеханічних характеристик здійснюється в наступному порядку (рис. 2.10):

1) будується природна характеристика;

2) задаються струмами І₁ і І₂ (М₁ і М₂) у межах зазначених вище величин;

3) будується перша реостатна характеристика, яка проходить через точки 1 і п₀;

4) будуються реостатні характеристики наступних ступенів, для чого з точок 2, 4, 6 і т.д. проводяться горизонтальні лінії до перетинання з вертикаллю І₁ (М₁) у точках 3, 5, 7 і т.д. Через точки перетинання в точку п_0 проводяться реостатні характеристики.

Побудова вважається вдалою, якщо вихід на природну характеристику відбувається в точці 11 на лінії І₁ (М₁). У противному випадку змінюються величини I₁ і І₂.

Визначаються опори ступенів у відносних одиницях

, , , , , , (2.166)

де ag, af, ae, ad, ac, ab, ah – довжини відрізків, мм (рис. 2.10).

Визначається номінальний опір двигуна R_н, Ом

(2.167)

Визначаються опори ступенів R₁, … R₅, Ом

, , , , (2.168)

Визначаються опори секцій R_вш1, … R_вш5, Ом

R_вш1 = R₁ – R₂, R_вш2 = R₂ – R₃, R_вш3 = R₃ – R₄, R_вш4 = R₄ – R₅, R_вш5 = R₅ – R_дв. (2.169)

Рисунок 2.10 – Пускова діаграма електромеханічних характеристик двигуна постійного струму незалежного збудження

Механічні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором. При пуску асинхронних двигунів через великі ковзання ротора виникають великі пускові струми, які викликають значні динамічні зусилля й інтенсивний нагрів обмоток статора і ротора. Для обмеження пускових струмів, отримання необхідних моментів або забезпечення заданих умов прискорення електропривода в коло ротора асинхронного двигуна вводиться реостат, який при розгоні електропривода виводиться ступенями. Опори вводяться в кожну фазу ротора.

Уточнений графоаналітичний метод. Цей метод враховує кривизну механічних характеристик асинхронного двигуна.

Будується природна механічна характеристика трифазного асинхронного двигуна з фазним ротором.

Для цього визначається критичний момент М_кр, Н∙м

або М_кр = λ М_ном, (1.170)

де U_1ф – діюча величина фазної напруги, В;

– кутова швидкість ідеального холостого ходу, рад/с;

Х₁, R₁ – індуктивний і активний опори обмотки фази статора, Ом;

Х₂' – зведений до обмотки статора індуктивний опор фази ротора, Ом;

– перевантажувальна здатність двигуна, в.о.;

М_ном – номінальний момент двигуна, Н∙м, розраховується за формулою (2.112);

Визначається критичне ковзання s_кр, в.о.

або (1.171)

де – зведений до обмотки статора активний опор фази ротора, Ом;

s_ном – номінальне ковзання двигуна, в.о.

. (1.172)

Для побудови природної механічної характеристики застосовується формула Клосса

, (1.173)

де ;

s – ковзання двигуна, в.о.

Змінюючи ковзання s від 0,1 до 1 будується природна механічна характеристика двигуна.

Визначається максимальний момент двигуна М₁, Н∙м

М₁ = (2,0 … 2,1 М_ном). (1.174)

Визначається момент перемикання М₂, Н∙м

М₂ = (1,1 … 1,2 М_ном). (1.175)

Пускові механічні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором наведені на рисунку 2.11.

Рисунок 2.11 – Пускові характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором

Через точки перетинання вертикалей М₁ і М₂ з природною характеристикою (точки l і ) проводиться пряма до перетинання в точці K з горизонтальною прямою ah (при s = 0). Дотримуючись рівності найбільших М₁ і перемикальних М₂ моментів на всіх пускових ступенях, через точку K проводяться прямі ии', рр' і тт', що характеризують процес східчастого розгону електропривода. При вдалому виборі значень М₁ і М₂ вихід на природну характеристику повинен відбутися в точці l на вертикальній лінії иh найбільшого пускового моменту М₁. У результаті побудови відрізки и'р, р'т, т'l повинні бути рівні і паралельні один одному. Якщо зазначена умова не виконується, то варто змінити значення М₁ або М₂ і побудову повторити.

Для того щоб при нерухомому роторі (наприклад, при пуску двигуна) отримати в його фазах величини струмів, рівні І_2ном, кожна фаза роторного кола повинна мати опір R_2ном, Ом

, (2.176)

Активний опір обмотки фази ротора R_2вт, Ом.

R_2вт = R_2ном s_ном. (2.177)

Відповідно до пускової діаграми (рис. 2.11) знаходяться опори кожного ступеня

(2.178)

(2.179)

, (2.180)

де hu, hl, hp, hm – довжини відповідних відрізків, мм (рис. 2.11).

Опори секцій при увімкненні реостата за схемою одинарної зірки

(2.181)

(2.182)

(2.183)

Загальний опір пускового реостата R_п.р, Ом

R_п.р = R_вш1 + R_вш2 + R_вш3. (2.184)