Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Мягкий пуск стартерного электродвигателя постоянного тока

Мягкий пуск стартерного электродвигателя постоянного тока

При исследовании пусковых характеристик стартерных электродвигателей выявлено, что при подаче напряжения на электродвигателе возникает импульс обратного тока напряжением более 2000 вольт. Изоляция обмоток электродвигателей может не выдержать и получить межвитковый пробой. Искрение коллектора при больших пусковых токах ведёт к прогоранию пластин коллектора. Избежать пробоя и аварийной ситуации при пуске электродвигателя можно, используя метод разгона оборотов во времени.

Пусковой ток в данной схеме снижен до приемлемой величины с 220 ампер до 20. Условия мягкого пуска созданы двойным уровнем тока — первый создаётся регулировочной характеристикой полевого транзистора в течении времени 0-10 мс,второй — контактами пускового реле от 10 до 60 мс. Ток во время пускового режима растёт почти линейно, что не ведёт к разрушению электрической части электродвигателя.

Схема на рисунке представляет собой гибрид из мощного полевого транзистора и пускового реле.

Полевой транзистор после нажатия кнопки «Старт» открывается подачей напряжения с аккумулятора GB1 на затвор через резистор R1. Цепь, параллельная затвору транзистора и минусу аккумулятора защищает транзистор и несколько увеличивает время включения с 0,02 до 1 мс, зависящего от номиналов резисторов R1,R2 и конденсатора C1 — подаёт с ростом напряжения питание на пусковой электродвигатель М1. Электродвигатель разгонится до номинальных оборотов, в конце этого процесса замкнутся мощные контакты К1.1 реле К1, ток через полевой транзистор прекратится, а рабочий ток электродвигателя не создаст искрения контактов, так как режим разгона выполнен.

Размыкание цепи «Старт» приведёт к размыканию цепи К1.1 и обесточиванию электродвигателя, с понижением тока по экспоненте.

В цепь затвора полевого транзистора в схеме введен стабилитрон для защиты от превышения порогового напряжения, в цепи истока транзистора, параллельно пусковому электродвигателю подключена цепь для гашения импульсного напряжения обратной полярности –диод VD2 и конденсатор С2.

Обмотка реле К1 защищена от импульсов обратной полярности двухполярным светодиодом HL1 с разрядным резистором R4, резистор R3 ограничивает ток питания цепи обмотки, снижает ее нагрев при длительном включении. Диод VD3 устраняет проникновение импульсных помех в цепи питания.

В схеме нет дефицитных радиодеталей: полевые транзисторы установлены на суммарный рабочий ток в 212 ампер. Резисторы типа МЛТ-0,25, R3 на один ватт. Диоды VD2, VD3 импульсного типа. Реле автомобильное -типа MG16566DX на ток контактов 30 ампер и напряжение 12 вольт, напряжение включения такого реле 7 вольт, отпускания 3,5 вольта. Светодиод HL1 заменим на КИПД 45Б -2 или КИПД 23 А1-К, кнопка пуска типа КМ 1-1. В конструкции использовался стартерный электродвигатель итальянского производства, исследования проводились и на других типах электродвигателей мощностью от 10 до 300 ватт..

Конструкция собрана в корпусе размерами 110 * 35 *55 и закреплена рядом со стартером, кнопка пуска установлена в удобном для включения месте и соединена многожильным изолированным проводом сечением 0,5 мм. Полевые транзисторы закреплены общим болтом к радиатору.

Светодиод можно использовать как индикатор пуска или оставить на плате.

Силовые цепи питания электродвигателя необходимо выполнить многожильным проводом сечением не менее 10 мм и как можно короче по длине, для снижения потерь напряжения.

Схема проверена на стенде с указанным двигателем на 250 ватт, для надёжности установить два полевика в параллель, закрепив с двух сторон радиатора, пусковой ток тогда может достигать 220 ампер. Ток в 130 Ампер берёт от аккумулятора стартер а/м «Жигули» ВАЗ 2107.

Способы пуска электродвигателя постоянного тока

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.
Читать еще:  406 двигатель инжектор плавают обороты из за чего

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.

Схема включения и статические характеристики двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, работающих в электроприводах

Статические характеристики электроприводов зависят от технологического процесса, выполняемого производственным механизмом, а уже по статическим характеристикам выбирают тип электродвигателя, который необходим для выполнения технологических процессов данного производственного механизма .

Статические характеристики зависят от типа двигателя, а у двигателей постоянного тока – от способа возбуждения.

Схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Для того чтобы двигатель привести во вращение на обмотку возбуждения надо подать напряжение, по обмотке возбуждения потечет ток iδ и в машине создастся основной магнитный поток Фδ. Затем на обмотку якоря нужно подать напряжение, по обмотке якоря потечет ток Iа и в якоре возникнет ЭДС Eа. На валу двигателя возникнет момент M и вращаться он будет со скоростью ω. Собственное сопротивление двигателя rа состоит из сопротивления обмотки якоря rоя,сопротивления дополнительных полюсов rдп, сопротивления компенсационной обмотки для машин мощностью больше 7 кВт и сопротивления в щеточном аппарате.

Вообще и якорь и обмотка возбуждения обладают индуктивным сопротивлением, но оно настолько мало, что обычно не учитывается при расчетах.

Связь между скоростью вращения и током якоря выражается зависимостью (1) и называется уравнением электромеханической характеристики двигателя постоянного тока.

Зависимость (2) называется уравнением механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Как видно из уравнений (1) и (2) и электромеханическая и механическая характеристики представляют собой линейные зависимости между скоростью и током, скоростью и моментом.

Электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Электромеханическая и механическая характеристики имеют одинаковый вид в разном масштабе.

Уравнение механической характеристики:

Δω называется перепадом скорости относительно скорости идеального холостого хода под действием нагрузки.

Характеристики 1 и 2 отличаются только полярностью на якоре двигателя. Характеристика 3 может быть получена по следующией схеме:

Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением для получения характеристики динамического (реостатного) торможения.

3 – характеристика реостатного торможения.

Если напряжение равно нулю, то ω = -Δω.

ω = -[(M·Rа) / (CM·Фδ) 2 ] – уравнение 3-й характеристики.

Наладка электрических машин электроприводов — Пуск двигателя постоянного тока

Содержание материала

  • Наладка электрических машин электроприводов
  • Введение
  • Общие указания по наладке
  • Основные достоинства и недостатки систем управления электрических машин
  • Подбор технической документации, подготовка аппаратуры и рабочего места
  • Внешний осмотр, проверка механической части и сведения о монтаже
  • Измерение сопротивления и контроль изоляции обмоток
  • Проверка изоляции подшипников
  • Измерение сопротивлений обмоток при постоянном токе
  • Испытание электрической прочности изоляции обмоток повышенным напряжением
  • Пуск двигателя
  • Проверка механической части и правильности установки щеток машин постоянного тока
  • Измерение сопротивлений обмоток машин постоянного тока
  • Проверка схемы соединений обмоток машин постоянного тока
  • Подъем напряжения генератора постоянного тока
  • Пуск двигателя постоянного тока
  • Снятие характеристик при холостом ходе машин постоянного тока
  • Снятие характеристик хх и кз генератора
  • Испытание генераторов под нагрузкой и графическое построение характеристик
  • Испытание и снятие характеристик двигателей постоянного тока при различном виде нагрузок
  • Наладочные работы при неподвижном состоянии машины переменного тока
  • Пуск и снятие характеристик асинхронных двигателей
  • Снятие характеристик синхронных генераторов
  • Пуск и снятие характеристик синхронных двигателей
  • Область применения и перспективы развития управляющих и измеряющих машин
  • Электромашинные усилители
  • Тахогенераторы
  • Сельсины
  • Исполнительные микродвигатели
  • Осциллографирование токов и напряжений
  • Осциллографирование скорости и ускорений
Читать еще:  Что такое вкладыши в двигателе схема

Методика проведения пробных пусков двигателей, описанная в § 1-10, должна быть дополнена рядом замечаний по контролю качества изоляции, по проверке на отсутствие витковых замыканий якоря и оценке качества коммутации щеток.
Согласно справочникам и действующим инструкциям сопротивление изоляции машин постоянного тока должно проверяться при повышенных температурах и отвечать требованиям, представленным в табл. 1-5. В правилах технической эксплуатации имеется общее указание о том, что машины напряжением до 800 в должны иметь сопротивление изоляции не менее 1 МОм, а для возбудителей и ЭМУ допускается 0,5 МОм.
Новые машины, подлежащие пуску, как правило, имеют хорошую изоляцию, но в практике пуско-наладочных работ их не нагревают для проверки изоляции. Нередко вследствие влажности помещения машины имеют сопротивления изоляции ниже норм (см. § 1-10), но все же небольшие и средние машины включают на рабочее напряжение. Таким образом, в период пуска систематически нарушаются нормы. Ответственность берут на себя прорабы и мастера, полагаясь на свой опыт. В период испытаний на ходу машины подсыхают, и ко времени сдачи в эксплуатацию их изоляция уже соответствует нормам.
Таблица 2-3
Машины напряжением до 460 в

Учитывая обширный опыт пуско-наладочных работ, автор считает возможным вынести на обсуждение новые условия допустимого включения машины. Рекомендуемые показатели сведены в табл. 2-3—2-5, в которых приняты обозначения: Р — номинальная мощность при ПВ = 100%; х — минимальная температура обмоток и коллектора, при которой должна быть измерена изоляция; R — показания мегомметра; Ка — коэффициент абсорбции.
При пробном пуске коммутация проверяется путем наблюдения за коллекторами во время толчков пускового тока, а затем при работе без нагрузки при максимальных напряжении и скорости. Степень искрения сопоставляется с классификационной шкалой ГОСТ 183-66.
Наладка качественной коммутации щеток в ряде случаев требует проведения специальных сложных работ по регулировке элементов электрической машины и настройке переходных режимов системы управления. Этому вопросу посвящены многие книги [Л. 5, 6, 17, 24] и статьи в электротехнических журналах; в данной книге рассматриваются только основные положения, которые необходимо знать молодым инженерам, квалифицированным рабочим-эксплуатационникам и техникам-наладчикам.

Таблица 2-4
Машины напряжением 460—900 в при возможности плавного подъема напряжения на якоре (генераторы или двигатели в системах Г—Д)

Разгон и работа машины под нагрузкой должны проходить практически без искрения; однако достигнуть этого в ряде случаев удается не сразу. С небольшим искрением (по ГОСТ класс IV2), не вызывающим заметного повреждения коллектора и щеток, часто приходится мириться.

Таблица 2-5
Машины напряжением 460—900 в, питаемые от ионных или тиристорных выпрямителей

У машин, работающих в продолжительном режиме с редкими пусками и перегрузками, во время толчков тока допускается даже значительное искрение (по ГОСТ класс 2), при котором искры на большом количестве щеток имеют белое свечение и длину до 5—10 мм.

Оценить, насколько искрение является опасным и может ли быть продолжено испытание под током, можно только при наличии достаточного практического опыта, приобретаемого путем наблюдения за машинами в различных режимах работы. Во всех случаях, когда на отдельных щетках или на большей их части наблюдается появление искр длиной более 10—15 мм, следует немедленно приостановить испытание и косвенными методами выяснить причину плохой коммутации.

Рис. 2-10. Осциллограмма процессов пуска и реверса двигателя при контакторном управлении в функции времени.

Окончательная проверка коммутации производится при комплексном испытании машины под нагрузкой в различных режимах работы. Недопустимое искрение может быть связано не только с дефектами машины, но и со схемой управления. От схемы управления зависят быстрота изменения тока в цепи якоря и в цепи возбуждения, максимальные значения толчков тока, индуктивность контура главного тока, соотношение тока якоря и магнитного потока машины в разные моменты времени.

Читать еще:  Электрическая схема газ 2752 с двигателем 406

Наибольшая скорость изменения тока di/dt и наибольшие пики тока обычно имеют место при контакторном управлении (рис. 1-6,а), когда в цепи якоря по ступеням выводятся пусковые сопротивления.
Примерная осциллограмма разгона и реверса двигателя, управляемого по такой схеме, приведена на рис. 2-10. Толчки пускового тока нередко превышают номинальный ток в 2,5 раза; нарастание пускового тока длится всего сотые доли секунды, и изменение магнитного потока дополнительных полюсов происходит медленнее изменения тока якоря. Такое явление может привести к искрению на коллекторе. Еще более резко изменяется ток якоря при реверсе. В тех случаях, когда толчки тока вызывают недопустимое искрение, желательно увеличить число ступеней пуска и торможения или, если это слишком сложно, увеличить выдержку времени реле ускорения и снизить тем самым интенсивность переходных процессов.
Нередко опасное искрение возникает только при относительно высоких скоростях; тогда диаграмму пуска целесообразно перестроить, как показано на осциллограмме рис. 2-11.


Рис. 2-12. Осциллограмма процессов разгона и торможения двигателя, управляемого по системе Г—Д c контакторным управлением в цепи возбуждения.

Для управления электродвигателями средней и большой мощности часто применяется система генератор — двигатель (рис. 1-7), при которой изменение скорости вращения двигателя до основной производится путем регулирования тока возбуждения генератора Iв.г, а выше основной—уменьшением тока возбуждения двигателя.

Рис. 2-11. Осциллограмма пуска двигателя с уменьшением толчков тока при повышении скорости.

При ступенчатом выведении сопротивлений в контуре возбуждения генератора ток якорей машин Iя изменяется значительно плавнее (рис. 2-12), чем при контакторном управлении в главной цепи; однако и в данной схеме безыскровая коммутация щеток во многом определяется настройкой режимов управления.
Показательной является настройка коммутации двигателей некоторых главных приводов реверсивных прокатных станов. В ряде случаев путем подбора щеток, регулировки добавочных полюсов и других обычных методов не удавалось получить удовлетворительную коммутацию, хотя двигатели были использованы по мощности не полностью.

Безыскровая коммутация была достигнута только после тщательной кропотливой настройки режимов управления, при которой наряду с повышением производительности стана были сглажены неблагоприятные толчки главного тока.
Следует отметить, что пульсации якорного тока, происходящие с большой частотой, во многих случаях не вызывают искрения щеток и в целом безвредны для машины. Такой режим работы характерен для двигателей, питаемых от управляемых выпрямителей. Ток якоря двигателя в системах УВ—Д за тысячные доли секунды может измениться на величину (1-1,5)I, но магнитный поток дополнительных полюсов, а главное, реакция якоря изменяются только соответственно усредненному значению тока.

Рис. 2-13. Осциллограммы оптимального переходного процесса разгона реверсивного электропривода. Система Г—Д с ионным возбуждением.
В современных системах Г—Д ток возбуждения генераторов автоматически регулируется по заданному закону из условий так называемого оптимального режима управления электроприводом. Типичными примерами могут служить режимы работы главных приводов реверсивных прокатных станов (блюмингов, слябингов) и сходных по режиму реверсивных механизмов (нажимных устройств, манипуляторов, рабочих рольгангов и др.). По технологии производства указанные электроприводы действуют последовательно, и от их быстродействия зависит производительность крупнейших прокатных станов.
Допустимые параметры переходных процессов в практике проектирования и режимной наладки быстродействующих электроприводов определяют по ограничениям, накладываемым электрическими машинами и механизмами; применительно к ним находят оптимальные по быстродействию законы и структуры систем управления.

Кроме того, при повторно-кратковременных режимах интенсивность переходных процессов регулируется с учетом максимально допустимого нагрева машины.
Оптимальное изменение параметров двигателей может быть получено в системах Г—Д с помощью управляемых ртутных выпрямителей и тиристоров, а при малых машинах — путем использования магнитных усилителей, тиратронов и транзисторов.
На рис. 2-13 представлены примерные осциллограммы оптимальных переходных процессов разгона реверсивного двигателя блюминга при холостом ходе. Изменение скорости п происходит по линейному закону с постоянным ускорением dn/dt≈const; для этой цели поддерживается постоянная динамическая составляющая тока Iр, которая в данном случае вследствие отсутствия момента сопротивления равна полному току. Представленный переходный процесс осуществлен на ряде приводов прокатных станов. Он достигается путем безынерционного изменения напряжения Uв.г на обмотке возбуждения генератора. Время нарастания и спадания тока якоря iя (участки 1-3 и 4-6) зависит от уровня напряжения Uвг и лимитируется величиной di/dt, допустимой для испытуемых машин.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector