§35. Пуск в ход электродвигателей постоянного тока

Для пуска двигателя могут быть применены три способа: прямой пуск; реостатный пуск; пуск путем изменения питающего напряжения.

Прямой пуск. При прямом пуске обмотка якоря подключается непосредственно к сети. Обычно в электродвигателях постоянного тока падение напряжения I_я?R_я во внутреннем сопротивлении цепи обмотки якоря при номинальном токе составляет 5—10% от U_ном, поэтому при прямом пуске ток I_я = U_ном / ?R_я = (10-20)I_ном, что недопустимо для машины. По этой причине прямой пуск применяют только для двигателей очень малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ?R_я относительно велико, и лишь в отдельных случаях — для двигателей мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей пусковой ток I_п= (4-6)I_ном.

Реостатный пуск. Наибольшее применение получил реостатный пуск, при котором для ограничения тока в цепь якоря включают пусковой реостат R_п (рис. 130, а); он обычно имеет несколько ступеней (секций) R₁, R₂, R₃, которые в процессе пуска замыкают накоротко специальными выключателями (контакторами) 1, 2 и 3. При этом сопротивление реостата постепенно уменьшается, что обеспечивает высокое значение пускового момента в течение всего времени разгона двигателя.

Рассмотрим процесс реостатного пуска на примере электродвигателя с последовательным возбуждением. В начальный момент пуска при п = 0 в цепь обмотки якоря вводится максимальное сопротивление R_п = R₁ + R₂ + R₃, вследствие чего пусковой ток согласно закону Ома

I_п = U / (?R_я+R_п)

Сопротивление R_п подбирают так, чтобы для машин большой и средней мощности I_п= (1,5-1,8)I_ном, а для машин малой мощности I_п= (2-2,5) Iном При включении в цепь обмотки якоря сопротивления R_п двигатель разгоняется по реостатной характеристике 1 (рис. 130, б), при этом в начальный момент пуска двигатель развивает максимальный пусковой момент М_{п mах}. Регулировочный реостат R_рв в этом случае выводят так, чтобы ток возбуждения I_в и поток Ф были максимальными. После того как якорь двигателя придет во вращение, в обмотке якоря индуцируется э. д. с. Е и ток

I_я = (U-E) / (?R_я+R_п)

По мере разгона двигателя и увеличения частоты вращения n растет э. д. с. Е, вследствие чего уменьшается ток в обмотке I_я и электромагнитный момент М. При достижении некоторого значения M_{п min} ступень R₁ сопротивления пускового реостата выключают, замыкая контактор 1, вследствие чего увеличивается ток I_я. Электромагнитный момент при этом возрастает до М_{п max}, а затем с увеличением частоты вращения п постепенно уменьшается по реостатной характеристике 2, соответствующей сопротивлению реостата R’_п = R₂ + R₃. При уменьшении момента до M_{п min} выключают контактором 2 часть R₂ сопротивления пускового реостата, и двигатель переходит на работу по характеристике 3, соответствующей сопротивлению R_п” = R₃. Таким способом, уменьшая постепенно сопротивление пускового реостата, осуществляют разгон двигателя по отдельным отрезкам реостатных характеристик 1, 2 и 3 (см. жирные линии на рис. 130,б) до выхода на естественную характеристику 4, соответствующую сопротивлению R_п = 0. Пусковой момент двигателя при этом изменяется от М_{п max} до M_{п min}.

Следовательно, путем включения пускового реостата в цепь якоря можно осуществить пуск двигателя при некотором среднем пусковом моменте М_{п ср} = (М_{п max}+M_{п min})/2 и резко уменьшить пусковой ток. Число ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной механической характеристики 4

Рис. 130. Принципиальная схема реостатного пуска электродвигателя (о) и кривые изменения пускового момента (б)

Рис. 131. Кривые изменения тока и частоты вращения при пуске электродвигателя

Рис. 132. Кривые изменения момента при реостатном пуске электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением

и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности М_{n max} – M_{n min}). Пусковые реостаты рассчитывают на кратковременную работу под током. При пуске двигателя указанным способом частота вращения его якоря возрастает по ломаной кривой 1 (рис. 131), а ток обмотки якоря изменяется по ломаной кривой 2 между двумя крайними значениями пускового тока I_{n max} и In min.

В процессе реостатного пуска происходят некоторые колебания тока и пускового момента (силы тяги) (см. рис. 130,б). Однако при достаточно большом числе ступеней пускового реостата эти колебания не оказывают вредного влияния на работу подвижного состава.

Реостатный пуск электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением осуществляется так же, как и в двигателях с последовательным возбуждением, путем постепенного выключения отдельных ступеней пускового реостата. При этом электродвигатель разгоняется по отдельным отрезкам реостатных характеристик 1—5 (см. жирные линии на рис. 132) до выхода на естественную характеристику 6.

При работе электродвигателя по естественной характеристике развиваемый им электромагнитный момент М и частота вращения п изменяются автоматически в соответствии с изменением нагрузочного момента на валу М_вн. В процессе же пуска при работе на реостатных характеристиках электромагнитный момент двигателя можно регулировать независимо от значения М_вн. Момент М должен быть больше М_вн, чтобы обеспечить разгон двигателя и подвижного состава с заданным ускорением. Развиваемый двигателем при пуске электромагнитный момент зависит от сопротивления пускового реостата и от скорости его изменения, т. е. скорости выключения отдельных его ступеней.

Реостатный пуск применяют на электровозах и электропоездах постоянного тока.

При приблизительно постоянной массе поезда, характерной для электропоездов, выключение ступеней пускового реостата производят автоматически. Для этой цели на электропоездах предусмотрено специальное реле ускорения (реле минимального тока), срабатывающее, когда пусковой ток уменьшается до установленного значения, и тем самым обеспечивающее замыкание соответствующих контакторов. На электровозах ступени пускового реостата выключаются по мере увеличения скорости движения поезда непосредственно самим машинистом при помощи ручного аппарата, называемого контроллером машиниста. Однако на некоторых электровозах применяют автоматическое выключение ступеней пусковых реостатов с той или иной скоростью.

Пуск путем изменения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают довольно большие потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пускать двигатель путем плавного повышения напряжения, подаваемого на обмотку якоря. Такой пуск называют безреостатным. Для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Безреостатный пуск применяют на э. п. с. переменного тока и тепловозах.