Запуск двигателя постоянного тока кратко

Обновлено: 04.07.2024

Методы пуска двигателей постоянного тока, снижающие нагрузку на детали мотора в связи с завышенными значениями пускового тока. Особенности реализации прямого пуска, его достоинства и недостатки. Как осуществляется пуск трехфазных электромоторов методом плавного увеличения питающего напряжения.

Характерной особенностью электродвигателей постоянного тока (ЭПТ) является необходимость использования пусковых токов увеличенного номинала по сравнению с более распространёнными асинхронными электродвигателями, функционирующими на переменном токе. Это заставляет производителей тщательнее выбирать способ пуска двигателя постоянного тока, от которого будет зависеть функциональность электромотора, его надежность и долговечность.

На практике применяют несколько методов пуска, каждый из которых способен временно ограничить значение пускового тока, чтобы цепь обмотки якоря преждевременно не вышла из строя.

Рассмотрим перечисленные способы детальнее.

Прямой пуск

При запуске ЭПТ токовая нагрузка растет вместе с увеличением значения крутящего момента, передаваемого на ротор. Этот момент характеризуется значительным ростом температуры обмотки статора, что может стать причиной повреждения изоляции и короткого замыкания. Резкое возрастание нагрузки чревато сильными вибрациями и приводит к механическому повреждению деталей мотора.

При прямом пуске проблема решается подключением обмотки якоря непосредственно к электроцепи, но при условии стабильности показателей электрического тока.

Прямой пуск электродвигателя ПТ используется для маломощных электродвигателей (с номиналом, не превышающим 1 кВт), и он самый простой в реализации. Рабочие температуры при этом растут не настолько сильно, как при использовании других способов пуска.

В случае интенсивной эксплуатации электродвигателя с частым включением/выключением его оснащают расцепителем, управляемым вручную. Его задача – подавать напряжение в момент пуска непосредственно на клеммы двигателя.

Реостатный пуск

Этот способ, в отличие от предыдущего, используется для обеспечения пуска электромоторов повышенной мощности.

Для этого в его электрическую схему включают реостат, представляющий собой секционный провод с высоким показателем удельного сопротивления. При реостатном способе пуска ЭПТ сопротивление реостата быстро уменьшается, что позволяет исключить большие перепады по току.

Такой прием позволяет осуществлять разгон вала электромотора с постоянным ускорением, что положительно сказывается на долговечности двигателя. Число секций реостата может варьироваться в широких пределах, обычно это 2-7 сегментов. Их количество зависит от разности максимального и минимального значений пускового тока, а также от требований к плавности пуска.

Задача обеспечения выравнивания значений пускового тока на всех стадиях процесса в рамках заданного временного промежутка решаема, но в целом автоматизации не поддается. Если без этого нельзя, то есть ЭПТ является частью автоматизированного комплекса, используется приём с автоматическими контакторами, которые срабатывают поочередно и шунтируют пусковые сопротивления.

При выходе двигателя на рабочие обороты реостат подлежит отключению от цепи, поскольку его характеристики позволяют работать непродолжительное время, иначе он просто выйдет из строя. Снижение сопротивления, как и его рост в начале, происходит дискретно.

Плавный пуск

Метод плавного пуска электрического двигателя постоянного тока номиналом 12В применяется как альтернатива реостатному. Он используется в ситуациях, когда задача контроля скорости вращения не стоит. В качестве примера можно назвать аварийные турбинные насосы.

Принцип функционирования следующий: после запуска электродвигателя постоянного тока срабатывает устройство, удерживающее ток на якоре в рамках определенного значения, которое выше тока на валу мотора, и этот регулятор напряжения работает до тех пор, пока обороты двигателя не достигнут номинальных величин.

После этого ЭПТ начинает работать в обычном режиме, соответствующем величине напряжения источника питания, который не обязательно должен быть маломощной сетью постоянного тока – допускается использование аккумуляторов. Его подключение к двигателю осуществляется посредством специальных контакторов.

Отметим, что при методе плавного пуска мотора постоянного тока используются разные схемы пуска – от однофазных до трехфазных. Последняя сложнее в реализации, но считается самой надежной и универсальной.

Независимо от вида пуска (прямого, плавного, реостатного) двигателя постоянного тока, используются несколько типов возбуждения:

последовательное;
параллельное;
независимое.

Рассмотрим особенности пуска электродвигателя перечисленных типов возбуждения.

Запуск ЭПТ с параллельным возбуждением

При использовании такой схемы обмотка якоря и обмотка возбуждения подключены параллельно, что обеспечивает одинаковую разность потенциалов. При этом на вход вспомогательной обмотки при пуске подается несколько меньший ток, нежели на обмотки статора/ротора.

Чтобы снизить влияние пусковых характеристик на оборудование, непосредственно при старте срабатывает реостат, уменьшая нагрузки на мотор, после чего отключается. Если пуск в силу разных причин может оказаться затяжным, используется схема, состоящая из нескольких пусковых резисторов/реостатов:

В этом случае последовательность сопротивлений Rпуск1-Rпуск3 позволяет снизить ток, идущий через обмотки, до минимальных значений. Как только ток достигнет порогового значения, сработают реле К1-К3, что приведёт к замыканию контакта К1.1. В результате первый резистор будет зашунтирован, ток скачкообразно повысится, но за счёт оставшихся резисторов снова снизится, и в момент минимума замкнется следующий контакт, а затем по такой же схеме – последний. К этому моменту скорость вращения вала достигнет номинала.

При торможении эта же схема сработает в обратную сторону.

Запуск ЭПТ с последовательным возбуждением

Особенностью применения для пуска двигателей постоянного тока такой схемы является последовательное подключение к мотору переменного сопротивления и катушки возбуждения.

В этом случае, как и в предыдущем, по цепи обеих катушек будет протекать ток одинакового номинала. Подобный метод характеризуется неплохими пусковыми характеристиками, но при условии, что вал электродвигателя в этот момент будет находиться подл нагрузкой. И ещё одна особенность ЭПТ с последовательным возбуждением: частота вращения вала в ходе пуска будет регулироваться в зависимости от нагрузки. Подобная схема идеально подходит для электротранспорта – трамваев, троллейбусов, с некоторыми модификациями – на поездах с электротягой.

Принципиальная схема пуска ЭПТ с последовательным возбуждением:

Пуск ЭПТ с независимым возбуждением

Еще один способ пуска двигателей постоянного заключается в подключении ЭПТ в цепь посредством запитывания последней от независимого источника питания.

В приведенной в качества примера схеме катушка и сопротивление возбуждения запитываются отдельно от обмоток мотора. В цепи обмотки двигателя присутствует регулировочный реостат.

Такая реализация также требует наличия нагрузки на валу в момент пуска, в противном случае произойдет неконтролируемое повышение оборотов, чреватое поломкой мотора.

Пуск путем изменения питающего напряжения

Одной из самых сложных считается схема снижения пусковой нагрузки с применением управляемого выпрямителя или, как вариант, генератора постоянного напряжения, на плечи которого и ложится задача снижения питающего номинала по току.

В принципе с этой задачей справляется и реостат, но для электродвигателей повышенной мощности КПД реостата резко снижается. Использование отдельной микросхемы для изменения питающего напряжения позволяет снизить потери.

Вариант с генератором или выпрямителем используется на эл. моторах повышенной мощности. У него имеется еще один плюс: возможность реверсирования, которое реализуется изменением направления протекания тока в якоре.

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 04 марта 2013 .
Категория: Статьи.

При пуске двигателя в ход необходимо: 1) обеспечить надлежащий пусковой момент и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.
Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря подключается непосредственно к сети на ее полное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

Прямой пуск

В нормальных машинах R_а = 0,02 – 0,1, и поэтому при прямом пуске с U = U_н ток якоря недопустимо велик:

Вследствие этого прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых R_а относительно велико и поэтому при пуске I_а ≤ (4 – 6) I_н, а процесс пуска длится не более 1 – 2 с.

Пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений

Рисунок 1. Схема пуска двигателя параллельного возбуждения с помощью пускового реостата (а) и пусковых сопротивлений (б)

Для двигателей с параллельным возбуждением самым распространенным является пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений (рисунок 1).
При этом вместо выражения (5), в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока" имеем

а в начальный момент пуска, при n = 0,

где R_п – сопротивление пускового реостата, или пусковое сопротивление. Значение R_п подбирается так, чтобы в начальный момент пуска было I_а = (1,4 – 1,7) I_н [в малых машинах до (2,0 – 2,5) I_н].

Рассмотрим подробнее пуск двигателя параллельного возбуждения с помощью реостата (рисунок 1, а).

Кратковременный скачок напряжения, возникающий при запуске двигателя, называется пусковым током. Его значение обычно в 5-10 раз больше номинального тока. Увеличение токовой нагрузки в статоре происходит с одновременным увеличением крутящего момента механизма, который передается на вал ротора. Следствием резкого увеличения крутящего момента являются:

повышение температуры обмотки статора;
разрушение изоляции;
вибрации;
механические деформации;
поломка двигателя.

Во избежание этих проблем пусковой ток необходимо понизить до номинальных частот вращения немедленно после начала работы агрегата. Пуск электродвигателя постоянного тока может осуществляться несколькими способами. Все они призваны снижать пусковой ток и стабилизировать напряжение питания. Ниже мы рассмотрим каждый из них.

Прямой пуск

В этом случае обмотка якоря подключается непосредственно к электросети при номинальном напряжении двигателя. Данный метод можно применять, если выполняются следующие условия:

наличие стабильного питания механизма;
жесткая связь с приводом.

Основное преимущество прямого пуска – незначительное повышение температуры, чего не наблюдается при использовании других методов. К нему предпочтительнее прибегать при отсутствии специальных ограничений на ток, поступающий из сети. На движки, предназначенные для частых пусков и отключений, устанавливается специальная система управления с термореле и контактом для защиты агрегата от поломки.

Маломощные двигатели, работающие в режиме, не предусматривающем частые запуски и остановки, не требуют оснащения сложным оборудованием. Обычно они запускаются при помощи расцепителя, управляемого вручную, и напряжение подается непосредственно на клеммы движка.

Прямой пуск не подходит для приборов большой мощности, так как пик их нагрузки может превышать номинальное значение в 50 раз.

Реостатный пуск

Этот метод не имеет ограничений по мощности движка и применяется на крупногабаритных агрегатах. Пусковой реостат представляет собой провод с высоким удельным сопротивлением, разделенный на секции. Возникающий при включении движка ток возбуждения должен быть установлен в соответствии с номинальными значениями. Во избежание скачков тока и для обеспечения безопасности при пуске необходимо последовательное уменьшение сопротивления реостата.

Недостатком этого метода является возможность большой потери энергии в самом реостате.

Изменение питающего напряжения

Этот способ требует наличия отдельного источника постоянного тока, с помощью которого также регулируется напряжение. Таким источником чаще всего служит генератор и управляемый выпрямитель. Напряжение, подающееся на обмотку якоря, повышается очень плавно и постепенно, что позволяет избежать потери энергии и повысить энергоэффективность и экономичность электродвигателя. Пуск электродвигателя постоянного тока с помощью изменения питающего напряжения часто применяется на тепловозах.

Из всех электродвигателей постоянного тока основная градация при выборе способа их запуска должна учитывать мощность устройства.

В целом выделяют три вида пуска:

малой мощности;
средней;
большой мощности.

Для прямого запуска подойдут только маломощные электродвигатели, которые потребляют до 1кВт электроэнергии в сети. При прямых запусках электродвигателя все напряжение сразу подается на рабочую обмотку. Это обуславливает возникновение максимального пускового тока из-за отсутствия естественной компенсации за счет ЭДС противодействия.

С физической точки зрения ситуация в обмотках ротора будет выглядеть следующим образом: в момент подачи напряжения сила тока в обмотках равна нулю, поэтому его значение будет определяться по формуле:

U – приложенная к выводам номинальное напряжение, Rобм – сопротивление катушки.

В этот момент величина токовой нагрузки электродвигателя постоянного тока является максимальной, он может отличаться от номинального значения в 1,5 – 2,5 раза. После этого протекание тока обуславливает генерацию ЭДС противодействия, которая компенсирует пусковую нагрузку до установки номинальной мощности, тогда ток станет:

В мощных устройствах сопротивление обмоток якоря может равняться 1 или 0,5 Ом, из-за чего ток при запуске электродвигателя может достигнуть 200 – 500 А, что в 10 – 50 раз будет превышать допустимые величины. Это, в свою очередь, может привести к термическому отпуску металла, деформации проводников, разрушению колец или щеток скользящего контакта. Поэтому двигатели постоянного тока средней и большой мощности должны вводиться в работу реостатным запуском или путем подачи заведомо пониженного напряжения, прямой пуск для них крайне опасен.

Пуск при пониженном напряжении цепи якоря

Ограничить пусковой ток можно, задействовав управляемый выпрямитель или отдельный генератор постоянного тока.
Обмотка возбуждения питается от другого источника с полным напряжением, обеспечивающим полный пусковой ток.

Такой способ используется для запуска мощных двигателей с регулируемой скоростью вращения.

Реверсирование (изменение направления вращения) выполняется путем изменения направления тока в обмотке возбуждения или якоре.

Пуск с помощью пускового реостата

В этом случае в цепь вводится переменное сопротивление, которое на начальном этапе обеспечивает снижение токовой нагрузки, пока вращение ротора не достигнет установленных оборотов. По мере стабилизации ампеража до стандартной величины в реостате уменьшается сопротивление от максимального значения до минимального.

Расчет электрической величины в этом случае будет производиться по формуле:

В лабораторных условиях уменьшение нагрузки может производиться вручную – посредством перемещения ползунка реостата. Однако в промышленности такой метод не получил широкого распространения, так как процесс не согласовывается с токовыми величинами. Поэтому применяется регулировка по току, по ЭДС или по времени, в первом случае задействуется измерение величины в обмотках возбуждения, во втором, на каждую ступень применяется выдержка времени.

Оба метода используются для запуска электродвигателей:

с последовательным;
с параллельным возбуждением;
с независимым возбуждением.

Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

Такой запуск электродвигателя осуществляется посредством включения и обмотки возбуждения, и якорной к напряжению питания электросети, друг относительно друга они располагаются параллельно. То есть каждая из обмоток электродвигателя постоянного тока находятся под одинаковой разностью потенциалов. Этот метод запуска обеспечивает жесткий режим работы, используемый в станочном оборудовании. Токовая нагрузка во вспомогательной обмотке при запуске имеет сравнительно меньший ток, чем обмотки статора или ротора.

Для контроля пусковых характеристик сопротивления вводятся в обе цепи:

Рис 1. Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

На начальном этапе вращения вала позиции реостата обеспечивают снижение нагрузки на электродвигатель, а затем их обратно выводят в положение нулевого сопротивления. При затяжных запусках выполняется автоматизация и комбинация нескольких ступеней пусковых реостатов или отдельных резисторов, пример такой схемы включения приведен на рисунке ниже:

Пуск путем изменения питающего напряжения

Одним из вариантов снижения токовой нагрузки при запуске электродвигателя является уменьшение питающего номинала посредством генератора постоянного напряжения или управляемого выпрямителя.

С физической точки зрения установка реостата обеспечивает тот же эффект, но с увеличением мощности электродвигателя возрастает и постоянная токовая нагрузка, существенно повышаются потери на реостатах. Поэтому снижение постоянного напряжения выполняет отдельное устройство на базе микросхемы, пример которого приведен на рисунке ниже:

Рис. 5. Схема пуска с изменением питающего напряжения

Пуск двигателей постоянного тока

Дата публикации: 04 марта 2013 . Категория: Статьи.

При пуске двигателя в ход необходимо: 1) обеспечить надлежащий пусковой момент и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя. Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря подключается непосредственно к сети на ее полное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

Реостатный пуск

Недостатком этого метода является возможность большой потери энергии в самом реостате.

Способы пуска двигателей постоянного тока.

2015-09-06 6727
Энергетическая диаграмма генератора постоянного тока независимого возбуждения.

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением, в которых обмотка возбуждения питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. Генераторы последнего типа изготавливаются только на малые мощности.

Способы пуска двигателей постоянного тока.

Существует три способа пуска двигателей постоянного тока: прямой пуск, пуск с помощью пускового реостата и пуск от источника регулируемого напряжения.

Прямой пуск от сети

применяется иногда для двигателей мощностью до 1
кВт
, пусковой ток которых не превышает . В начальный момент прямого пуска при и пусковой ток определяется напряжением сети и внутренним сопротивлением якоря . В машинах средней и большой мощности, сопротивление небольшое, поэтому ток при пуске может достигать . Такие токи недопустимы по условиям коммутации и могут вызвать “круговой огонь” на коллекторе. Для снижения пусковых токов подключение двигателей средней и большой мощности к сети осуществляется через
пусковой реостат
(рис. 6.39). В первый момент пуска подвижный контакт реостата устанавливается на клемму 1, и в цепь якоря вводится полное сопротивление реостата , а обмотка возбуждения включается в сеть, минуя пусковой реостат. Сопротивление подбирается так, чтобы пусковой ток

не превышал . По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится. В конце пуска подвижный контакт соединяется с клеммой 4 и якорь подключается к сети напрямую. Сопротивление пускового реостата изменяется ступенями, поэтому ток якоря при пуске пульсирует (рис. 6.40) согласно выражению

Наиболее благоприятные пусковые характеристики могут быть получены при пуске двигателя от источника регулируемого напряжения

. В качестве источника регулируемого напряжения используются либо генератор постоянного тока (рис. 6.41,
а
), либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 6.41,
б
). Такие схемы применяются одновременно и для регулирования частоты вращения двигателя, так как только в этом случае высокая стоимость источника питания окупается за счет эффекта от регулирования частоты вращения.

§ 114. Пуск двигателя постоянного тока

В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен и противо-э. д. с. равна нулю (Е

= 0). Таким образом, при непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря протекает чрезмерно большой ток, равный

Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателей очень малой мощности, у которых падение напряжения в якоре представляет относительно большую величину и броски тока не столь велики. В машинах постоянного тока большой мощности падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько процентов от номинального напряжения, т. е.

я
r
я = (0,02 ÷ 0,1)
U
c. (148)

Следовательно, пусковой ток в случае включения двигателя в сеть с номинальным напряжением во много раз превышает номинальный I

пуск >>
I
н). Большой пусковой ток является опасным как для машины, так и для приемника механической энергии, находящегося на валу двигателя. При большом токе происходит нагрев обмотки якоря машины и образуется интенсивное искрение под щетками, вследствие которого коллектор может выйти из строя. На валу двигателя создаются механические удары, так как при большом токе вращающий момент будет также большим. Для ограничения пускового тока используются пусковые реостаты, включаемые последовательно с якорем двигателя при пуске в ход. Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы; они выполняются ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход. Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым реостатом показана на рис. 163. Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначаемые буквами
Л, Я, Ш
. Зажим
Л
соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника (к линии). Зажим
Я
соединяется с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря
Я
. Зажим
Ш
соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по этой шине так, что между ними имеется непрерывный контакт. К зажиму
Ш
через регулировочное сопротивление
r
р присоединяется обмотка возбуждения
Ш
1. Зажим якоря
Я
2 и обмотки возбуждения
Ш
2 соединены между собой перемычкой и подключены ко второму полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть.

При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1

, так что последовательно с якорем соединено полное сопротивление пускового реостата
ПР
, которое выбирается таким, чтобы наибольший ток при пуске в ход
I
п.макс не превышал номинальный ток более чем в 1,7 — 2,5 раза, т. е.

При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также протекает ток, создающий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов возникает пусковой момент, под действием которого якорь двигателя придет во вращение. При увеличении скорости вращения якоря возрастает противо-э. д. с. и ток в якоре начинает уменьшаться, что вызовет уменьшение вращающего момента двигателя. В рабочем режиме сопротивление пускового реостата должно быть полностью выведено, так как оно рассчитано на кратковременный режим работы и при длительном прохождении тока окажется выведенным из строя. Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения I

п.мин, — движок пускового реостата переводится на контакт
2
. При этом сопротивление пускового реостата уменьшится на одну ступень, что вызовет увеличение пускового тока. Увеличение тока в якоре вызывает увеличение вращающего момента, вследствие чего скорость вращения вновь повышается. С увеличением скорости возрастает противо-э. д. с., что вызывает уменьшение тока в якоре. Когда ток в якоре достигает вновь небольшого значения, движок реостата переводится на контакт
3
. Таким образом, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается (контакт
4
), пока оно полностью не будет выведено (движок реостата на контакте
5
), и в рабочем режиме ток и скорость якоря принимают установившиеся значения, соответствующие тормозному моменту на валу двигателя. Наименьший ток при пуске в ход зависит от режима работы двигателя. Если двигатель пускается при полной нагрузке, то
I
п.мин ≈ 1,1
I
н. При пуске двигателя без нагрузки или при малых нагрузках этот ток может быть меньше номинального тока двигателя. Число ступеней пускового реостата зависит от разности
I
п.макс —
I
п.мин, причем чем меньше разность этих токов, тем больше число ступеней. Обычно пусковые реостаты имеют от двух до семи ступеней. При пуске двигателя в ход регулировочное сопротивление
r
р в цепи возбуждения должно быть полностью выведено, т. е. ток возбуждения должен быть наибольшим, что дает возможность уменьшить пусковой ток. Для пуска двигателя необходимо создать пусковой момент, больший тормозного момента на валу (
M
пуск >
М
т). Так как
М
пуск =
k
Φ
I
п, то для уменьшения пускового тока надо увеличить магнитный поток, т. е. увеличить ток в обмотке возбуждения. Металлическая шина пускового реостата соединена с зажимом
1
. Это необходимо для того, чтобы при отключении двигателя от сети не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющей значительную индуктивность. При отключении двигателя движок пускового реостата переводится на холостой контакт
0
и рубильник отключается; обмотка возбуждения будет замкнута на сопротивление пускового реостата и якоря, что дает возможность избежать перенапряжений и дугообразования.
предыдущая страница

Читайте также: