К пуску двигателя предъявляются два основных требования:
обеспечить необходимый вращающий момент для трогания с места и разгона якоря и не допустить при запуске,протекания через якорь большого тока, опасного для двигателя. Практически вероятны три способа пуска: прямой пуск, пуск при включении реостата в цепь якоря и пуск при пониженном напряжении в цепи якоря.
При прямом пуске цепь якоря включается сразу на полное напряжение. Так как в первый момент пуска якорь неподвижен (n = 0), то противо ЭДС отсутствует (Епр.=Се*n*Ф) и пусковой ток якоря можно определить из выражения Iяп = Uя/Rя.
Потому как для двигателей большой мощности Rя = 0,02...1,1, Ом, то Iяп= (50...100)Iн, что недопустимо. Поэтому прямой пуск возможен только для двигателей малой мощности, у которых Iяп£ (4...6)Iн и разгон двигателя длится менее 1с. Пуск при включении пускового реостата Rп последовательно с якорем обеспечивает пусковой ток.
Сопротивление Rп = U/Iяп‑ Rя выбирают таким, чтобы в начальный момент пуска, когда Епр = 0, Iяп = (1,4... 2,5)Iн. По мере разгона якоря возрастает Епр ‑ сопротивление реостата выводится.
|
|
Пуск с ограниченным пусковым током возможен при питании якоря двигателя от отдельного источника,который регулируется напряжением. Ограничение пускового тока и плавный разгон двигателя обеспечиваются постепенным повышением напряжения на якоре от нуля до нужного значения. Этот метод применяется в системах управления и регулирования мощных двигателей постоянного тока.
Автоматизация пускового процесса ощутимо облегчает управление электродвигателями, устраняет возможные ошибки при пуске и ведет к повышению производительности механизмов, особенно при повторно-кратковременном режиме работы.
На рис. 5.1 изображена пусковая диаграмма двигателя с тремя ступенями пускового реостата,которая построена из условий изменения тока в определенных заданных пределах от I1 до I2. Пуск двигателя, согласно этой диаграмме, может быть произведен от руки или автоматически. Если пуск производится с помощью ручного реостата, то переключение сопротивлений производится с ориентировкой на показания амперметра и вольтметра в цепи якоря.
Рис. 5.1
Автоматическое управление позволяет более точно выдержать заданные условия пуска и освобождает человека от выполнения утомительных операций.
Из рассмотрения диаграмм на рис. 5.1 следует, что выключение ступеней сопротивления должно происходить при определенной угловой скорости двигателя (wI= p*n/30), определенной величине тока I2 и через определенные промежутки времени (t1, t2, t3). Очевидно, что управление пуском может быть осуществлено:
|
|
а) в функции тока;
б) в функции скорости;
в) в функции времени.
Диаграммы, приведенные на рис. 5.1 иллюстрируют процесс пуска при ступенчатом управлении, осуществляемом при помощи релейно-контакторных аппаратов в схемах так называемого разомкнутого цикла управления.
Сопротивления ступеней пускового реостата рассчитываются в следующем порядке:
По паспортным данным ДПТ строится зависимость
Се*Ф можно определить из приведенного выражения в номинальном режиме и Rя = Uя/Iяп.
Задаются пределы изменения тока якоря при пуске: I1 =1,4 ‑ 2,5* Iян, 1,1* Iян<I2 <I1. Следует учитывать, что при уменьшении разницы I1 и I2 число ступеней реостата возрастает и при неизменном I1 увеличивается темп разгона двигателя. При увеличении разницы I1 и I2 и неизменном I1 число ступеней и темп разгона уменьшаются.
Графическим способом определяют необходимое число ступеней пускового реостата рис. (5.2). Выполняя эту процедуру, не стоит добавлять лишнюю ступень реостата, если при переходе на естественную характеристику с последней ступени ток якоря ДПТ незначительно превышает I1.
Определяют суммарное сопротивление пускового реостата
Определяют частоту вращения ДПТ при токе I2 и полностью введенном сопротивлении пускового реостата.
Рис. 5.2
Определяют сопротивление первой ступени пускового реостата. Для этого вычисляют сопротивление пускового реостата при
выведенной первой ступени из условия n = n2, Iя = I1:
,
.
Тогда сопротивление первой ступени реостата будет равно
Аналогично определяют сопротивления следующих ступеней.
При управлении ступенями реостата в функции времени требуется определить необходимые выдержки времени реле. Определим их из уравнений электромеханического равновесия системы, считая что процессы в цепи якоря происходят за пренебрежимо малое время по сравнению с механическими:
, (5.1) . (5.2) |
Здесь C=30*Се*Ф/π ‑ конструктивная постоянная; J ‑ момент инерции системы; Мс ‑ статический момент; R ‑ полное сопротивление якорной цепи.
Выразив i из второго уравнения и заменив
,
получим
.
Решение этого уравнения, учитывая что для t=w0=wнач, имеет вид
. (5.3) |
Зависимость тока в цепи якоря от времени можно определить из условия механического равновесия:
Ic ‑ ток якоря при Мс.
Подставив в последнее уравнение выражение (5.3) для начальных условий t=0, I=Iнач, получим:
, (5.4) |
В процессе многоступенчатого пуска ток якоря двигателя колеблется в пределах от I1 до I2. Поэтому
где ‑ время, в течение которого ток двигателя изменяется от I1 до I2, ‑ электромеханическая постоянная времени для той же ступени (выражение (10)).
Решая последнее уравнение относительно времени разгона, находим:
. (5.5) |
Для автоматизации пуска ДПТ в функции времени могут быть применены электромагнитное реле времени либо электронные реле времени.
Узел схемы управления пуском ДПТ в функции времени представлен на рис. 5.3. При нажатии кнопки SB1 контактор КМ1 своим контактом КМ1.1 подключает якорь двигателя к сети, а контактом КМ1.3 отключает питание от катушки реле КТ1. Падение напряжения от пускового тока на сопротивлении R1 вызывает срабатывание реле КТ2, которое размыкает свой контакт. С определенной выдержкой времени замыкается контакт КТ1.1 реле КТ1, и контактор КМ2 контактом КМ2.1 шунтирует ступень R1 вместе с реле КТ2. Последнее опять с выдержкой времени замыкает свой контакт КТ2.1, что приводит к шунтированию ступени R2.
Рис. 5.3
Управление в функции времени получило широкое применение в современных электроприводах постоянного и переменного тока благодаря своим достоинствам: простоте схемы, надежности и независимости ее работы от колебаний нагрузки или напряжения.
|
|
После отключения ДПТ от источника электропитания якорь двигателя некоторое время продолжает вращаться по инерции, за счет запасенной кинетической энергии. Часто требуется быстро и точно остановить вращаемый двигателем механизм или изменить направление его вращения. Торможение электродвигателей может быть произведено как с помощью механических тормозов, так и электрически, что предпочтительнее. Для быстрого торможения двигателя его переводят в режим, когда электромагнитный момент становится тормозящим для якоря, т.е. когда момент и скорость направлены встречно. При этом механическая энергия вращения преобразуется в электрическую, рассеиваемую в виде теплоты в резисторах цепи якоря, или передается в сеть.
Различают три вида торможения ДПТ:
а) динамическое;
б) рекуперативное;
в) противовключение.
Для динамического торможения вращающийся якорь двигателя отключают от сети и замыкают на реостат Rт. Цепь возбуждения остается включенной в сеть. Получается генератор независимого возбуждения (рис. 5.4). Под воздействием ЭДС ток якоря изменяет направление, и генераторный электромагнитный момент тормозит вращение якоря до остановки. Вместе со снижением скорости уменьшаются ЭДС, ток и момент.
Выражение тормозящего момента получим, подставив в уравнение
М = См*Ф*Iя значение тока: I = Е/(Rя + Rт) и ЭДС: Ея = Се*Ф*n.
Таким образом, М = К*n, где К = Сe*Cм*Ф2/(Rя + Rт).
Рис. 5.4
Процесс перехода ДПТ с естественной характеристики на характеристику динамического торможения показан на (рис. 5.5). Наклон характеристики динамического торможения (линия ОД) определяется суммарным сопротивлением цепи якоря Rя + Rт.
Рис. 5.5
Динамическое торможение отличается простотой, плавностью и
надежностью. Внешнее сопротивление динамического торможения можно рассчитать по формуле
ЕRт = Rя.I.
Здесь при расчетах вместо Е нужно подставить максимально возможную величину Емакс, получаемую в начальный момент торможения, вместо I ‑ допустимый в начале торможения ток Iдоп.
|
|
Время торможения может быть определено из решения уравнений описывающих процесс динамического торможения:
Решение этого уравнения, учитывая что в начальный момент времени wнач = wс, имеет вид
Из последнего выражения при торможении до полной остановки получим: