§ 42. Пуск и реверсирование двигателей постоянного тока

Наиболее простым способом пуска электродвигателей посто­янного тока является прямой пуск, когда двигатель в момент пуска включается непосредственно на полное напряжение сети. Начальный пусковой ток I двигателя, когда угловая ско­рость и э. д. с. якоря равны нулю (ω = 0, Е=0), согласно зако­ну Ома определяется выражением I = U/r .

При вращении якоря в его обмотке наводится э. д. с. Е, на­правленная навстречу приложенному напряжению U. Значение этой э. д. с. прямо пропорциональна магнитному потоку Ф и угловой скорости ω, т. е. Е = кФω.

Поэтому по мере разгона двигателя ток I , протекающий по якорной цепи, будет уменьшаться:

I = (U - Е)/r = (U - кФω)/r

Так как сопротивление обмотки якоря r очень мало, то на­чальный пусковой ток мощных двигателей достигает больших значений I =10 - 50 I . Это вредно отражается на процессе коммутации, вызывает большой провал напряжения в питающей цепи, нарушает нормальный режим работы других потребителей. Поэтому прямой пуск применяют для электродвигателей посто­янного тока только небольшой мощности (не более 1,3 кВт), имеющих значительное сопротивление обмотки якоря.

Пуск более мощных электродвигателей обычно производят при включенном последовательно с якорем двигателя пусковом реостате.

При реостатном пуске добиваются ограничения броска пуско­вого тока до значения, допустимого по условиям коммутации. Обычно принимают

I = (1,8 ÷ 2,5) I .

В первоначальный момент пуска э. д. с. равна нулю. Задав­шись значением пускового тока,

I = (U - Е)/(r + r ),

из уравнения определяют сопротивление пускового реос­тата:

r = (U / I ) - r .

Сопротивление ступеней пускового реостата можно опреде­лить графическим способом - построением пусковой диаграммы. Рассмотрим построение пусковой диаграммы для электродвига­теля параллельного возбуждения

(рис. 2.88, а) и определение по ней сопротивлений ступеней пускового реостата. Прежде всего по двум точкам I = 0, ω = ω и I = I , ω = ω строится естественная электромеханическая характеристика двигателя ω = f(I).

Затем находят значения максимального I = (1,8÷2,5) I и минимального I = (1,1÷1,2) I пусковых токов и определя­ют общее сопротивление якорной цепи в первоначальный момент пуска: r =U/ I .

Дальнейшее построение пусковой диаграммы выполняется гра­фическим путем. Если при построении пусковой диаграммы не получится выход на естественную характеристику, то необходимо изменить значение минимального пускового тока (переключения) I или максимального пускового тока I и построить повторно пусковую диаграмму. Отрезок аВ в некотором масштабе представляет собой общее сопротивление якорной цепи r на первом этапе пуска. Поэтому масштаб сопротивлений m , Ом/мм, будет равен m = r/(aB).

Рис. 2.88. Пусковая диаграмма (а) и схема реостатного пуска (б) двигателя параллельного возбуждения.

Зная масштаб сопротивлений, определяют сопротивления сту­пеней (резисторов) пускового реостата и сопротивление обмотки якоря:

r = m ас; r = m се; r = m ек; r = m кВ

Сумма полученных сопротивлений должна равняться общему сопротивлению якорной цепи, т. е. r + r + r + r = r.

По мере разгона двигателя э. д. с. обмотки якоря увеличива­ется, а ток уменьшается. Уменьшение тока вызывает снижение вращающего момента. Для увеличения вращающего момента и уменьшения времени пуска первый резистор R1 (рис. 2.88, б) пускового реостата выключается из цепи якоря закорачиванием контактом К1 контактора ускорения при уменьшении тока до значения I . Затем по мере разгона электродвигателя поочередно контактами К2 и КЗ будут выключаться соответственно второй К2 и третий КЗ резисторы пускового реостата. К концу пуска реостат замыкающими контактами К1, К2 и КЗ полностью выводится из якорной цепи, а двигатель переходит на естествен­ную характеристику. Кроме реостатного пуска, для ограничения броска пускового тока применяют пуск двигателя при понижен­ном напряжении, который возможен лишь в системах генера­тор - двигатель (Г - Д) и в схемах тиристорного управления.

Реверсирование двигателей постоянного тока принципиально можно осуществить двумя способами: изменением направления тока в обмотке якоря или изменением направления тока в обмот­ке возбуждения. Одновременное изменение направления тока в обеих обмотках не приведет к реверсированию двигателя.