Пуск двигателей постоянного тока. Схема пуска двигателя постоянного тока.

Избежать неисправности можно путем снижения пускового тока до номинальной скорости сразу после запуска электродвигателя. Этого можно достичь несколькими способами. Оптимальный выбор зависит от технических характеристик двигателя и предполагаемого использования.

Содержание

билеты_ЭМ / 20.Способы пуска двигателя постоянного тока

Кратковременное повышение напряжения, возникающее при запуске двигателя, называется пусковым током. Его значение обычно в 5-10 раз превышает номинальный ток. Увеличение токовой нагрузки на статор происходит при одновременном увеличении крутящего момента двигателя, передаваемого на вал ротора. Это является следствием резкого увеличения крутящего момента:

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

Чтобы избежать этих проблем, пусковой ток должен быть снижен до номинальной скорости сразу после включения устройства. Двигатель постоянного тока можно запустить несколькими способами. Все они предназначены для снижения пускового тока и стабилизации напряжения питания. Ниже мы обсудим каждый из этих вариантов.

Прямой пуск

Для всех двигателей постоянного тока основным моментом при выборе способа запуска должна быть производительность устройства.

Как правило, различают три типа запуска:

малой мощности;
средней;
большой мощности.

Для прямого пуска подходят только маломощные электродвигатели, потребляющие до 1 кВт сетевого тока. При прямом пуске все напряжение сразу подается на рабочую обмотку. Это приводит к максимальному пусковому току из-за отсутствия физической компенсации за счет компенсации ЭМС.

Подписка на рассылку

При подаче напряжения на двигатель возникает скачок напряжения, который называется пусковым током. Пусковой ток часто в 5-10 раз превышает номинальный ток, но он очень кратковременный.

Процессы, происходящие во время фазы запуска двигателя

При увеличении токовой нагрузки на обмотку статора увеличивается крутящий момент двигателя, который одновременно передается на вал ротора. Резкое увеличение крутящего момента может привести к быстрому повышению температуры в обмотке статора и нарушению изоляции, что в свою очередь может вызвать вибрацию, механическую деформацию и выход двигателя из строя.

Во избежание повреждения двигателя пусковой ток должен быть снижен до номинальной скорости сразу после запуска двигателя. Для снижения пускового тока используются различные методы, которые также стабилизируют напряжение питания. Существуют различные способы запуска двигателей постоянного тока.

При прямом пуске обмотка якоря напрямую подключается к сети. Это означает, что двигатель подключен к сети с номинальным напряжением. Прямой пуск используется при наличии постоянного электропитания двигателя, который постоянно подключен к приводному устройству. Это один из самых простых методов запуска.

Преимущество прямого запуска заключается в том, что температура не поднимается так сильно, как при других методах. Если нет особых ограничений по питанию от сети, этот метод предпочтительнее. Электродвигатели, предназначенные для частого запуска и остановки, оснащены специальной системой управления с контактором и термостатом, которая защищает агрегат от повреждений.

При работе с маломощными двигателями, которые эксплуатируются без частых остановок и запусков, для запуска требуется только самое простое оборудование. Обычно это ручная разблокировка. При такой схеме напряжение подается непосредственно на клеммы двигателя. Для небольших двигателей пусковой момент составляет 150-300% от номинального тока, а пусковой ток — 300-800%.

Прямой пуск имеет то ограничение, что пиковая нагрузка некоторых крупных двигателей может в 15, а иногда и в 50 раз превышать номинальную нагрузку. Такие нагрузки совершенно неприемлемы, поэтому этот метод запуска используется только для небольших двигателей.

Реостат стартера двигателя постоянного тока

В отличие от прямого запуска, при реостатном запуске мощность двигателя не ограничена, поэтому он часто используется для больших двигателей. Реостат состоит из проволоки, обладающей высоким удельным сопротивлением и разделенной на секции. Ток возбуждения, возникающий при запуске двигателя, устанавливается в соответствии с номинальными значениями. Это необходимо для того, чтобы при запуске развивался максимально допустимый крутящий момент, обеспечивающий быстрый запуск двигателя.

Пуск двигателей постоянного тока

При запуске двигателя необходимо: 1) обеспечить правильный пусковой момент и условия для достижения требуемой скорости; 2) избегать чрезмерного пускового тока, который опасен для двигателя. Существует три способа запуска двигателя: 1) прямой запуск, когда цепь ротора непосредственно подключена к сети при полном напряжении; 2) запуск с помощью пускового реостата или пусковых резисторов, соединенных последовательно в цепи ротора; 3) запуск в низковольтной цепи ротора.

Для обычных двигателей R_а= 0,02 — 0,1 и, таким образом, для прямой, начинающейся с U_нток якоря недопустимо высок:

Поэтому прямой запуск подходит только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, где R_аотносительно велика и поэтому в начале I_а≤ (4 — 6) I_ни процесс запуска занимает не более 1-2 секунд.

Пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений

Рисунок 1: Схема запуска двигателя с параллельным возбуждением с пусковым трансформатором тока (a) и пусковыми резисторами (b).

Для двигателей с параллельным возбуждением наиболее распространенным методом является запуск с помощью реостата или пусковых резисторов (рис. 1). В этом случае вместо выражения (5) в статье «Общая информация о двигателях постоянного тока

и в начальной точке, при n = 0,

где R_п— сопротивление реостата включения или сопротивление включения. Значение R_пдолжен быть выбран таким образом, чтобы при начальном пусковом моменте I_а= (1,4 — 1,7) I_нв небольших двигателях до (2,0 — 2,5) I_н.

Рассмотрим подробнее запуск двигателя с параллельным возбуждением с реостатом (рис. 1, а).

Перед началом ( t<0) подвижный контакт П пускового реостата стоит на холостом контакте 0 и цепь двигателя разомкнута. В начальный момент пуска ( t = 0) подвижный контакт П с помощью рукоятки переводится на контакт 1, и через якорь пойдет ток I_аопределяется уравнением (3). Цепь возбудителя OH соединена с неподвижным контактом e, при этом контакт P является скользящим, так что при включении цепь возбудителя всегда находится под полным напряжением. Это делается для того, чтобы гарантировать, что i_ви F_δмаксимальны и постоянны при запуске, так как согласно выражению (8) в статье «Общие сведения о двигателях постоянного тока», для заданных значений I_аПо этой же причине цепь управления полем должна быть установлена на R_п.в= 0.

В положении P пускового контакта реостата на контакте 1 (t = 0) токи I_аи я_ви крутящий момент M, и если M больше M_стдвигатель начинает вращаться, и скорость n увеличивается от n = 0 (рис. 2). В то же время, сила двигателя E_а∼ n и в соответствии с выражениями (2) и (8) в главе «Общие сведения о двигателях постоянного тока», I_аи M, а также скорость n будут уменьшаться. Изменение этих величин в зависимости от M_ст= const следует экспоненциальному закону.

Рисунок 2. Зависимость I_а, M и n от времени при пуске двигателя

Когда_адостигает значения I_{а мин}= (1,1 — 1,3) I_нконтакт P реостата переключается на контакт 2. Уменьшая R_пток I_аувеличивается почти мгновенно из-за малой индуктивности цепи якоря, M также увеличивается, n увеличивается быстрее, а так как E_азначения I_аи M снова уменьшится (рис. 2). Процесс запуска происходит аналогичным образом при последовательном включении реостата в положениях 3, 4 и 5._аи n определяется условием M = M_стСм. уравнения (8) и (9) в главе «Общая информация о двигателях постоянного тока».

Пуск при пониженном напряжении цепи якоря

Ограничение пускового тока также может быть достигнуто, если цепь якоря при запуске питается от отдельного источника питания с регулируемым напряжением (отдельный генератор постоянного тока, управляемый выпрямитель). В этом случае обмотка возбуждения должна питаться от другого источника полного напряжения для достижения полного пускового тока i_в. Этот метод запуска чаще всего используется для мощных двигателей в сочетании с регулированием скорости.

Двигатели с последовательным возбуждением и двигатели со смешанным возбуждением запускаются одинаково. Схема запуска двигателя смешанного возбуждения такая же, как и у двигателя параллельного возбуждения (рис. 1), но схема запуска двигателя последовательного возбуждения упрощается за счет исключения цепи параллельного возбуждения.

Чтобы изменить направление вращения (реверс) двигателя, необходимо изменить направление тока в якоре (с добавленными полюсами и компенсационной обмоткой) или в обмотке (обмотках) возбуждения.

Источник. А. А. Вольдеморт, «Электродвигатели, электрические машины» — 3-е переработанное издание — Ленинград: Энергия, 1978 — 832 стр.

Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока. Общие сведения и устройство прибора

Системы управления электродвигателями такого типа часто работают с постоянным напряжением, отсюда и их название. В англоязычной литературе вентильный двигатель PMSM или BLDC называют BLDC.

Бескоммутационный двигатель был разработан в первую очередь для оптимизации любого двигателя постоянного тока в целом. Требования к приводу такого устройства (особенно для высокоскоростного микродвижения с точным позиционированием) были очень высокими.

Это могло привести к использованию специальных устройств постоянного тока, таких как трехфазные бескоммутационные двигатели, также известные как ЛДПТ. Их конструкция практически идентична конструкции современных двигателей переменного тока, в которых магнитный ротор вращается в обычном, предварительно сформированном статоре с трехфазными обмотками, а скорость вращения зависит от напряжения и нагрузки на статоре. В зависимости от координат ротора меняются различные обмотки статора.

Обмотки статора действуют как стопорный элемент

Если одна из обмоток отключена, подаваемый сигнал измеряется и оценивается, но это невозможно без инженера по обработке сигналов. Для реверсирования или торможения такого двигателя не требуется мостовая схема — достаточно подавать управляющие импульсы на обмотки статора в обратном порядке.

В вентильном двигателе катушка находится в роторе, а обмотка якоря — в статоре. Начиная с положения ротора, формируется напряжение питания для всех обмоток двигателя. Когда коллектор используется в этих структурах, он действует подобно полупроводниковому переключателю в вентильном двигателе.

Основное отличие синхронного двигателя от двигателя с постоянными магнитами заключается в самосинхронизации последнего от источника постоянного тока, что приводит к пропорциональной скорости вращения ротора и поля.

Наиболее распространенные области применения двигателя постоянного тока без коммутатора следующие:

морозильное или холодильное оборудование (компрессоры);
электропривод;
системы нагрева воздуха, его кондиционирования или вентиляции.

Статор

Это устройство имеет классический дизайн и напоминает асинхронную машину. Он состоит из сердечника с медными обмотками (расположенными в окружных пазах), который определяет количество фаз, и корпуса. Обычно для вращения и самозапуска достаточно одной синусоидальной и одной косинусоидальной фазы, но вентильный двигатель часто строится как трех- или даже четырехфазный.

Двигатели с обратной обмоткой делятся на два типа в зависимости от способа намотки обмоток статора:

синусоидальной формы;
трапецеидальной формы.

Для каждого типа двигателя фазный ток также изменяется синусоидально или трапецеидально в зависимости от типа источника питания.

Читайте также: Перевод единиц емкости, электрическая емкость, маркировка конденсаторов — таблица.

Ротор

Самыми распространенными и дешевыми для изготовления ротора считаются ферритовые магниты, но их недостатком является низкий уровень магнитной индукции, поэтому на смену этому материалу сейчас пришли устройства из сплавов различных редкоземельных элементов, так как они обладают высоким уровнем магнитной индукции, что в свою очередь позволяет уменьшить размеры ротора.

Прямой пуск

При этом методе обмотка ротора подключается непосредственно к сети при номинальном напряжении двигателя. Прямой пуск можно использовать только в том случае, если двигатель питается от источника постоянного тока, который постоянно подключен к двигателю.

Этот метод является одним из самых простых. Повышение температуры при прямом запуске низкое по сравнению с другими методами.

Версия с прямым запуском

Прямой запуск предпочтителен, если нет особых ограничений на электропитание.

Если двигатель часто запускается и останавливается, он должен быть снабжен простым устройством. Можно использовать ручную разблокировку. Затем напряжение подается на клеммы двигателя.

Прямой пуск следует использовать только с небольшими двигателями, так как пиковая нагрузка на больших двигателях может в 50 раз превышать номинальную нагрузку.

Реостатный пуск

Метод подходит для запуска агрегатов большой мощности. Процедура выполняется следующим образом:

Из провода, разделенного на секции и имеющего высокое удельное сопротивление, изготавливается реостат.
Устанавливается ток возбуждения на уровне номинального значения.
Во время запуска последовательно уменьшается сопротивление реостата, исключая таким образом скачки электрического тока.

Интеграция реостата в схему обеспечивает безопасный запуск двигателей с самой высокой мощностью.

Читайте также: Исследовательская работа Электромагнитное поле бытовых приборов и как от него защититься.

При запуске с помощью реостата двигатель разгоняется постепенно с постоянным ускорением. Количество ступеней реостата зависит от требований к плавному пуску двигателя и от разницы в количестве ступеней

Значения их сопротивления определяются расчетным путем. В среднем пусковые реостаты имеют 2-7 ступеней.

Основная задача проектировщика — обеспечить одинаковые максимальные и минимальные токи для всех ступеней при их включении через определенные промежутки времени.

Процесс переключения входного реостата практически невозможно автоматизировать. При необходимости (например, в автоматизированных системах) пусковые резисторы переключаются автоматически и поочередно замыкаются контактами контактора.

Как только двигатель запустится, реостатный резистор должен быть полностью отключен, так как он предназначен только для кратковременной работы. Если ток проходит через реостат в течение длительного времени, он просто выходит из строя.

Сопротивление также постепенно уменьшается.

Прямой пуск

Версия с прямым запуском

Прямой запуск предпочтителен, если нет особых ограничений на электропитание.

Динамическое торможение.

Такое торможение необходимо, если якорь продолжает вращаться после отключения двигателя от сети за счет кинетической энергии движущихся приводных масс. Когда обмотка якоря отключена от сети и подключена к резистору gt, двигатель переходит в режим генератора (обмотка возбуждения должна оставаться подключенной к сети). Вырабатываемая энергия не возвращается в сеть, как в случае с рекуперативным торможением, а преобразуется в тепло, которое отдается резистору.

Во время динамического торможения ЭЭД якоря не меняет своего направления, но когда якорь отключается от сети (U = 0), ток якоря меняет свое направление, так как изменяется ЭЭД Ea

т.е. становится отрицательным. Результирующий электромагнитный момент также меняет направление и происходит торможение (Рисунок 13.15, b). Процесс торможения продолжается до тех пор, пока якорь не остановится (n = 0).

Реостатный пуск

Метод подходит для запуска агрегатов большой мощности. Процедура выполняется следующим образом:

Из провода, разделенного на секции и имеющего высокое удельное сопротивление, изготавливается реостат.
Устанавливается ток возбуждения на уровне номинального значения.
Во время запуска последовательно уменьшается сопротивление реостата, исключая таким образом скачки электрического тока.

Интеграция реостата в схему обеспечивает безопасный запуск двигателей с самой высокой мощностью.

Классификация схем пуска двигателя постоянного тока с пусковым резистором

В зависимости от того, как определяется моментирующий момент реостата, низковольтные схемы управления можно разделить:

Диаграмма пуска НС в зависимости от HED (скорости) — обходной момент реостата определяется изменением HED в цепи ротора, значение которого увеличивается с ростом скорости двигателя. При достижении частоты n1 и n2 реостат шунтируется.

Пусковое поведение низковольтного двигателя постоянного тока в зависимости от тока — реостат Обходной момент определяется изменением тока в цепи якоря, значение которого уменьшается по мере увеличения скорости двигателя. При достижении частоты n1 или n2 пусковой ток снижается до I1 или I2, включается реостат байпаса.

Схема запуска NV DPT как функция времени — В этой схеме время обхода реостата определяется временной задержкой, в течение которой двигатель достигает скорости, достаточной для безопасного переключения.

Способы пуска двигателей постоянного тока.

2015-09-06 6727 Энергетическая диаграмма генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Генераторы переменного тока с независимым возбуждением делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением, в которых обмотка возбуждения питается постоянным током от внешнего источника (аккумулятор, вспомогательный или постоянный генератор, выпрямитель переменного тока), и магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. Генераторы последнего типа производятся только для небольших мощностей.

Методы запуска двигателей постоянного тока.

Существует три типа пускателей постоянного тока: прямой пуск, реостатный пуск и пуск с контролем напряжения.

Прямой запуск от электросети

иногда используется для двигателей мощностью до 1 кВт с максимальным пусковым током. При прямом пуске при и, пусковой ток определяется напряжением сети и внутренним сопротивлением якоря. Для двигателей средней и большой мощности сопротивление мало, поэтому пусковой ток имеет значение. Такие токи недопустимы в условиях коммутации и могут вызвать «циклический обжиг» в коллекторе. Для снижения пускового тока двигатели средней и большой мощности подключаются к сети через реостат (рис. 6.39). В первый момент запуска подвижный контакт реостата подключается к клемме 1 и полное сопротивление реостата включается в цепь якоря, а обмотка возбуждения подключается к сети, минуя пусковой реостат. Резистор выбирается таким образом, чтобы пусковой ток составлял

не превышен. Когда двигатель разгоняется, реостат стартера отводится. В конце запуска подвижный контакт подключается к клемме 4, а якорь подключается непосредственно к сети. Реостат постепенно регулируется таким образом, чтобы при запуске ток якоря был импульсным (рис. 6.40), в соответствии со следующим уравнением.

Наиболее благоприятные пусковые характеристики достигаются, когда двигатель запускается с помощью управляемого источника напряжения.

Читайте также: Нейтральный — это. Определение, конструкция и назначение

. В качестве источника управляемого напряжения используется либо генератор постоянного тока (рис. 6.41, а), либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 6.41, б). Такие схемы также используются для регулирования скорости двигателя, поскольку только в этом случае высокая стоимость источника питания амортизируется за счет эффекта регулирования скорости.

Пусковой ток двигателя постоянного тока

Если двигатель постоянного тока подключен непосредственно к сети, пусковой ток может достигать опасных значений, которые могут повредить сам двигатель.

Пусковой ток определяется по формуле:

Поскольку при запуске якорь двигателя неподвижен, n = 0 об/мин, обратная ЭДС равна нулю Ea = 0.

Таким образом, выражение (1) для начального пускового момента двигателя имеет следующий вид:

Из приведенного выше выражения следует, что для неподвижного якоря пусковой ток ограничивается только электрическим сопротивлением цепи якоря. Для обычных двигателей это Ra = 0,02 — 0,1 Ом. Поэтому, чтобы ограничить пусковой ток и избежать повреждения двигателя, сильноточные CVT могут запускаться только с пусковым сопротивлением в цепи якоря. Это устраняется при постепенном запуске двигателя. В конце процесса запуска резистор полностью шунтируется, и двигатель работает со своей естественной механической характеристикой (Рисунок 1).

При запуске двигатель разгоняется по искусственной характеристике 1 до скорости n1, затем по 2 до n2, а после полного шунтирования резистора работает по естественной характеристике 3.

Подробный расчет начальных сопротивлений можно найти в этом материале.