Материал для подготовки к экзамену по электротехнике (1092854), страница 20
Текст из файла (страница 20)
С целью тепловых потерь в якоре и повышения экономичности двигателя обмотку якоря выполняют с очень малым сопротивлением, поэтому падение напряжения в обмотке якоря в номинальном режиме обычно невелико и составляет 5 - 10 % от напряжения питающей сети. При условии, что магнитный поток двигателя не зависит от нагрузки Ф = const, механическая характеристика двигателя n (М) также является линейной и имеет слабо падающий вид при возрастании тормозного момента нагрузки на валу двигателя. Уменьшение частоты вращения двигателя при увеличении нагрузки от холостого хода до номинальной невелико и составляет около Δ n = 5 - 10 % от частоты вращения идеального холостого хода nо, что объясняется малым падением напряжения в обмотке якоря двигателя.
Энергетическая (экономическая) характеристика
К энергетической характеристике двигателя постоянного тока относится зависимость КПД от коэффициента загрузки η (β ) или от механической мощности нагрузки на валу двигателя η (P2) .
На этой зависимости можно выделить три характерных участка:
1. Оптимальный режим работы ДПТ близкий к номинальному (коэффициент загрузки β = 0,7 - 1,0), в котором двигатель имеет высокий КПД порядка 0,8 - 0,9 и выше.
2. Режим сильной недогрузки β < 0,3 - 0,4 , в котором КПД значительно снижается по сравнению с номинальным режимом.
3. Режим перегрузки β > 1,0 , в котором КПД снижается незначительно по сравнению с номинальным режимом, но длительная работа с перегрузкой приводит к перегреву и резкому сокращению срока службы двигателя.
Пуск двигателей постоянного тока
В момент пуска двигателя постоянного тока, когда якорь неподвижен, а обмотка якоря включена в сеть, двигатель находится в самом тяжелом режиме и в его обмотках протекает большой пусковой ток во много раз превышающий номинальное значение.
Поскольку большой пусковой ток протекает по обмоткам электродвигателя кратковременно только в процессе пуска - всего несколько секунд, то он не вызывает сильного нагрева двигателя, если пуски двигателя не являются слишком частыми. Поэтому рекомендуется избегать частых пусков электрического двигателя, а сам процесс пуска и разгона двигателя до номинального режима не должен быть длительным.
Кроме того, при пуске электродвигателей большой мощности в питающей сети могут возникать недопустимые падения напряжения, что приводит к неустойчивой работе пусковой аппаратуры, подгоранию контактов и затруднению пуска самого двигателя, а также к нарушению работы уже включённых в сеть двигателей, осветительных устройств и другого электрооборудования.
В этих случаях возникает необходимость ограничивать пусковой ток электродвигателей при включении их в питающую сеть.
Прямой пуск
Прямой пуск ДПТ обычно используется для пуска двигателей малой мощности - обмотка якоря и обмотка возбуждения при выведенном регулировочном реостате RРР = 0 с помощью простейшей пусковой аппаратуры (контактора, пускателя, рубильника) включаются в питающую сеть на номинальное напряжение U = Uном .
Для повышения пусковых качеств двигателя и увеличения пускового момента МП = cM Ф IЯП пуск двигателя следует производить при максимальном магнитном потоке, для чего перед пуском необходимо полностью вывести регулировочный реостат в цепи возбуждения RРР = 0 .
Преимущества прямого способа пуска:
- способ очень прост, экономичен, не требует специальной аппаратуры.
Недостатки прямого способа пуска:
Большой пусковой ток - кратность пускового тока IЯ П / IЯ ном ≈ 10 - 20 , что вызывает:
- большие электрические и тепловые перегрузки питающей сети, пусковой аппаратуры и самого двигателя особенно при частых пусках;
- дестабилизацию напряжения питающей сети - в момент пуска напряжение кратковременно снижается, что нарушает работу включённых в сеть потребителей;
- резкое ухудшение коммутации, что вызывает сильное искрение и даже появление «кругового огня» на коллекторе (короткое замыкание), что в свою очередь вызывает быстрый износ и разрушение коллектора;
- появление большого пускового момента и сильных динамических (ударных) нагрузок на вал двигателя и передаточные устройства.
Кроме того, очень большой пусковой ток может вызвать перегорание плавких предохранителей и сбои при запуске двигателя.
Появление большого тока при прямом пуске объясняется тем, что рабочий ток якоря зависит только от величины противо-ЭДС
IЯ = (U - E)/ RЯ .
Величина противо-ЭДС, наводимой в обмотке якоря, в свою очередь зависит от частоты вращения якоря
E = сЕ ФВ n и в номинальном режиме составляет Е = (0,9 - 0,95)U.
Падение напряжения в обмотке якоря двигателя (U - E) = RЯ IЯ = Δ UЯ в номинальном режиме обычно невелико и составляет порядка 5 - 10 % от номинального напряжения сети.
При пуске двигателя в начальный момент якорь неподвижен n = 0 и наводимая в нём противо-ЭДС равна нулю
E = сЕ ФВ n = 0, поэтому при прямом пуске всё приложенное к якорю напряжение уравновешивается падением напряжения в обмотке якоря и пусковой ток достигает очень большой величины:
IЯП = (U - E)/ RЯ = (U - сЕ ФВ n)/ RЯ = U / RЯ = (20 – 10) IЯ ном.
Большая кратность пускового тока определяется отношением величины приложенного к якорю напряжения и падения напряжения в обмотке якоря в номинальном режиме:
IЯ П / IЯ ном = U / Δ UЯ ном = 20 - 10 .
Большой пусковой ток недопустим особенно при пуске двигателей средней и большой мощности, поэтому при пуске таких двигателей используют способы, которые ограничивают пусковой ток до кратности порядка 2 – 2,5 от номинального тока, что позволяет двигателю развивать достаточный пусковой момент и в значительной степени устраняет недостатки прямого пуска.
Снижение пускового тока и улучшение условий пуска двигателя может быть достигнуто следующими способами:
1. Изменением напряжения при независимом питании якоря двигателя от источника с регулируемым напряжением, например, тиристорного выпрямителя.
2. Изменением сопротивления цепи якоря с помощью пускового реостата, включённого последовательно с обмоткой якоря (реостатный способ пуска).
Пуск ДПТ при пониженном напряжении
Пуск при пониженном напряжении применяется для пуска двигателей средней и большой мощности с целью снижения пускового тока и устранения связанных с этим недостатков прямого пуска.
При этом способе обмотка возбуждения при выведенном регулировочном реостате RРР = 0 включена на номинальное напряжение, а на обмотку якоря в момент пуска подается от регулируемого источника питания пониженное по сравнению номинальным напряжение ΔU < Uном . В процессе разгона двигателя напряжение на якоре плавно повышают и после окончания пуска якорь двигателя подключается на номинальное напряжение питающей сети U = Uном и двигатель выходит на естественную рабочую характеристику.
Такой способ сложен и дорог, однако при этом снижается пусковой ток до допустимой величины
IЯ П / IЯ ном ≈ 2 – 2,5 , что позволяет двигателю развивать достаточный пусковой момент и в значительной степени устраняет недостатки прямого пуска.
Реостатный способ пуска дпт
В настоящее время наибольшее распространение получил реостатный способ пуска - обмотка возбуждения при выведенном регулировочном реостате RРР = 0 включена на номинальное напряжение, а для ограничения пускового тока в цепь якоря последовательно с обмоткой якоря двигателя включается специальный пусковой реостат RПР .
Сопротивление пускового реостата выбирают таким, чтобы пусковой ток не превышал допустимого значения
IЯП = (U - E)/ (RЯ + RПР) ≤ (2 – 2,5) IЯ ном .
В момент подачи напряжения на двигатель при замыкании пускателя QF обмотка возбуждения включается в сеть, а ручка пускового реостата находится в исходном положении «0», в котором цепь якоря разомкнута. Для запуска двигателя ручка пускового реостата переводится в положение «1» и двигатель запускается при полностью включённом реостате, что обеспечивает заданное снижение пускового тока якоря. В процессе разгона двигателя пусковой реостат ступенями выводится (положения 1 → 2 → 3) и после окончания пуска реостат полностью выведен (положение 3, RПР = 0), а двигатель выходит на естественную (безреостатную) рабочую характеристику.
Следует отметить, что реостат, включённый последовательно в цепь якоря и рассчитанный на длительную работу, может использоваться как в качестве пускового RПР, так и в качестве регулировочного R*.
Реверсирование двигателей постоянного тока
Изменение направления вращения якоря двигателя можно осуществить одним из двух способов:
1. Изменением полярности включения в сеть обмотки якоря;
2. Изменением полярности включения в сеть обмотки возбуждения.
При реверсировании двигателя под напряжением применяется только первый способ - обмотка возбуждения остаётся включённой в питающую сеть, а переключатель QF из положения 1-1 переводится в положение 2-2, в результате чего обмотка якоря отключается от сети и снова включается в сеть с изменённой полярностью.
Второй способ при реверсировании двигателя под напряжением не применяется, поскольку при отключении от сети обмотки возбуждения в ней наводится значительная ЭДС самоиндукции е = - d Ф /d t , опасная для целостности изоляции обмотки.
Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
Из уравнения электрического равновесия двигателя постоянного тока с регулировочным реостатом в цепи якоря
U = E + (R Я + R*) IЯ
и формул ЭДС Е = сЕ Ф n и вращающего момента М = cM Ф IЯ можно получить формулу частоты вращения ДПТ с параллельным возбуждением:
n = (U / сЕ Ф ) – (RЯ + R*) М / сЕ cM Ф 2 ,
- здесь U / сЕ Ф = nо - частота вращения идеального холостого хода при работе двигателя без потерь М = 0,
Ф - магнитный поток машины (без учёта реакции якоря Ф = ФВ).
Из полученной формулы следует, что частоту вращения ДПТ можно регулировать следующими способами:
1. Изменением магнитного потока возбуждения - полюсный способ.
2. Изменением подаваемого на якорь напряжения - якорный способ.
3. Изменением сопротивления реостата в цепи якоря - реостатный способ.
Полюсный способ
Полюсный способ регулирования частоты вращения двигателя осуществляется изменением магнитного потока возбуждения Ф = var с помощью изменения сопротивления регулировочного реостата в цепи возбуждения RРР = var .
В номинальном режиме регулировочный реостат с целью снижения тепловых потерь полностью выведен (положение 1, RРР = 0). При регулировании реостат RРР частично (положение 2) или полностью (положение 3) вводится и его сопротивление возрастает RРР á. В результате возрастает сопротивление цепи возбуждения (RРР á + RОВ), что вызывает снижение тока возбуждения IB â и уменьшение магнитного потока двигателя Ф â. Снижение магнитного потока приводит в свою очередь к увеличению частоты вращения идеального холостого хода nоá и рабочей частоты вращения якоря n á > n ном:
n = (U / сЕ Ф) – RЯ М / сЕ cM Ф 2 .
Преимущества:
1. Простота;
2. Плавность регулирования частоты вращения двигателя;
3. Способ экономичен вследствие малых тепловых потерь в реостате (RРР IВ2 );
4. Большой диапазон регулирования вверх от номинала D = n / n ном = 2 : 1 и даже 5 : 1 – для специальных конструкций двигателей.
Недостатки – способ не позволяет регулировать частоту вращения вниз от номинала.
ЯКОРНЫЙ СПОСОБ
Якорный способ регулирования частоты вращения двигателя осуществляется изменением напряжения, подаваемого на якорь U = var, при независимом питании обмотки возбуждения. Для питания обмотки якоря двигателя обычно используется тиристорный регулируемый источник напряжения, с помощью которого можно плавно понижать напряжение на якоре Uâ < U ном , что приводит в свою очередь к снижению частоты вращения идеального холостого хода nоâ и рабочей частоты вращения якоря n â < n ном:
n = (U / сЕ Ф) – RЯ М / сЕ cM Ф 2 .
Преимущества:
1. Плавность регулирования частоты вращения двигателя;
2. Высокая экономичность;
3. Большой диапазон регулирования вниз от номинала D = n / n ном = 1 : 10;
Недостатки – способ дорог.
NB. Якорный способ регулирования в сочетании с полюсным регулированием реостатом в цепи возбуждения позволяет в широком диапазоне плавно регулировать частоту вращения двигателя как вниз, так и вверх от номинала.
РЕОСТАТНЫЙ СПОСОБ
Реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя осуществляется изменением сопротивления регулировочного реостата в цепи якоря R* = var.
В номинальном режиме регулировочный реостат в цепи якоря с целью снижения тепловых потерь полностью выведен (положение 1, R* = 0). При регулировании реостат частично (положение 2) или полностью (положение 3) вводится и его сопротивление возрастает R* á. В результате увеличивается сопротивление цепи якоря (R* á + RЯ), что при сохранении частоты вращения идеального холостого хода nо= const приводит к снижению частоты вращения якоря n â < n ном :
n = (U / сЕ Ф ) – (RЯ + R*) М / сЕ cM Ф 2
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
