МЕСТО ДЛЯ РЕКЛАМЫ I
Все справочники Предисловие
Глава 5
Асинхронные микромашины автоматических устройств
  1. Устройство и основные конструктивные типы асинхронных исполнительных двигателей
  2. Исполнительный двигатель с амплитудным управлением
  3. Исполнительный двигатель с фазовым управлением
  4. Исполнительный двигатель с амплитудно-фазовым управлением (конденсаторная схема)
  5. Быстродействие исполнительных двигателей и их сравнение при различных способах управления
  6. Асинхронный тахогенератор
  7. Устройство и принцип действия вращающихся трансформаторов
  8. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор
  9. Линейный вращающийся трансформатор
  10. Вращающийся трансформатор-построитель
  11. Принцип действия системы синхронной связи и устройство сельсинов
  12. Трансформаторный режим работы однофазных сельсинов
  13. Индикаторный режим работы однофазных сельсинов
  14. Дифференциальные сельсины
  15. Магнесины
  16. Трехфазные сельсины
  17. Использование вращающихся трансформаторов в системе дистанционной передачи угла
Глава 6
Синхронные машины
  1. Назначение и принцип действия синхронной машины
  2. Устройство синхронной машины
  3. Особенности конструкции синхронных машин большой мощности
  4. Работа генератора при холостом ходе
  5. Работа генератора под нагрузкой
  6. Векторные диаграммы генератора
  7. Внешние и регулировочные характеристики генератора
  8. Определение индуктивных сопротивлений синхронной машины
  9. Параллельная работа синхронного генератора с сетью
  10. Режимы работы синхронного генератора при параллельной работе с сетью
  11. Мощность и электромагнитный момент синхронной машины
  12. Статическая устойчивость
  13. Синхронный двигатель
  14. Пуск синхронного двигателя
  15. Регулирование частоты вращения синхронных двигателей. Вентильный двигатель
  16. Синхронный компенсатор
  17. Понятие о переходных процессах в синхронных машинах
  18. Несимметричные режимы работы синхронных генераторов
  19. Особенности работы синхронного генератора на выпрямительную нагрузку
  20. Сверхпроводниковые синхронные генераторы
  21. Однофазная синхронная машина
Глава 9
Глава 10
Нагревание и режимы работы электрических машин
  1. Нагревание электрических машин
  2. Режимы нагрузки электрических машин
Заключение Список литературы

§ 8.11. ПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ

Способы пуска. Для двигателей постоянного тока могут быть применены три способа пуска:

1) прямой, при котором обмотка якоря подключается непо­средственно к сети;

2) реостатный, при котором в цепь якоря включается пуско­вой реостат для ограничения тока;

3)    путем плавного повышения питающего напряжения, которое подается на обмотку якоря.

Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения Iном ΣRа во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5 — 10% от Uном , поэтому при прямом пуске ток якоря Iп = UномRа = (10 ÷ 20)Iном , что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. Поэтому прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ΣRа относительно велико, и лишь в отдельных случаях для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей Iп = (4 ÷ 6)Iном .

Переходный процесс изменения частоты вращения n и тока якоря ia в процессе пуска определяется нагрузкой двигателя и его электромеханической постоянной времени Тм . Для установления характера изменения п и ia при пуске двигателей с параллельным возбуждением исходим из таких уравнений:

(8.94)

U = се Фn + ia ΣRа + La dia /dt;

(8.95)

М = см Фia = Jdω/dt + Mн = J(2π/60) dn/dt + Mн ,

где J — момент инерции вращающихся масс электродвигателя и сочлененного с ним производственного механизма; Mн — тормозной момент, создаваемый нагрузкой.

Из (8.95) определяем ток якоря

(8.96)

ia = [2πJ/(60смФ)] dn/dt + Мн /(смФ).

Подставляя его значение в (8.94), получаем

(8.97)

U = сеФn + [2πJΣRа/(60смФ)] dn/dt + Мн ΣRа /(смФ) + [LaJ/(60смФ)] d2n/dt2

или
(8,98)

TaTм d2n/dt2+ Tм dn/dt + n = п0 - Δпн = пн ,

где n0 = U/сеФ — частота вращения при идеальном холостом ходе;
Δnн = МнΣRа/(смсеФ2) = IнΣRа /(сеФ) - уменьшение частоты вращения при переходе от холостого хода к нагрузке; nн = n0 - Δnн — установившаяся частота вращения; Tм = 2πJΣRа /(60 см сеФ2) — электромеханическая постоянная времени; Та = LaRа — электромагнитная постоянная времени; значения Tм и Та определяют скорость протекания переходного процесса. Аналогичное уравнение можно получить для изменения тока якоря ia . Для этого достаточно проинтегрировать уравнение (8.96), подставить найденное значение и в (8.97), а затем для исключения интеграла
idt продифференцировать полученное выражение. В результате будем иметь
(8.99)

TaTм d2ia /dt2 + Tм d2ia /dt + ia = Iн ,

где Iн = МнмФ — установившийся ток якоря после окончания переходного процесса.

Решая дифференциальные уравнения (8.98) и (8.99) при начальных условиях — при
t
= 0 n(0) = 0 и ia (0) = Iн, получаем

(8.100)
n = nн[1 + Ta (p2ep1 t - p1ep2 t ]
1-4Ta /Tм
(8.101)

ia = Iн + [(Iнач - Iн )/√1 - 4Ta /Tм ] (еp1 t - еp2 t),

где Iнач = U/ΣRа — начальный пусковой ток; p1 и р2 — корни характеристического уравнения
(8.102)

р2 + р/Ta + 1/(Тм Та ) = 0;

(8.103)

p1,2 = [-1/(2Та )] (1 + √1 - 4Ta /Tм ).

Из (8.102) и (8.103) следует, что характер переходного процесса зависит от вида корней p1 и р2 характеристического уравнения. При действительных корнях (Tм > 4Ta) происходит апериодический процесс изменения ia и n. Сначала ток ia возрастает (рис. 8.64, а) согласно уравнению

(8.104)

ia = Iнач (1- е-t/Ta).

Затем по истечении времени tз якорь двигателя начинает вращаться, частота вращения n возрастает и возникающая в обмотке якоря ЭДС стремится уменьшить ток ia. Время запаздывания tз можно определить путем подстановки в (8.104) значения тока ia = Iн , соответствующего данному моменту нагрузки Mн :

(8.105)

tз = Та ln[Iнач /(Iнач - Iн )].

В действительности время tз несколько больше значения, полученного по формуле (8.105) из-за тормозящего действия вихревых токов, возникающих в массивных частях магнитопровода машины.

Максимальное значение тока якоря можно определить, продифференцировав выражение (8.101) и приравняв полученное выражение нулю.

При этом

(8.106)

Imax = [- U/(p2La )](p2 /p1 )p1/(p1 - p2).

Рис. 8.64. Графики изменения частоты вращения и тока якоря при прямом пуске двигателя с параллельным возбуждением

Пунктиром на рис. 8.64, а показано, как возрастает ток ia, если якорь не сможет прийти во вращение. В большинстве случаев время протекания электромагнитных переходных процессов гораздо меньше чем механических; в этом случае можно принять Та = 0. При этом получим следующие уравнения, характеризующие изменение n и ia при пуске двигателя:

(8.100a)

n = nн(1 - е-t/Tм);

(8.101a)

ia = (Iнач- Iн-t/Tм + Iн.

На рис. 8.64,б приведены построенные по этим уравнениям зависимости n и ia. Время переходного процесса при пуске принимается равным (3 ÷ 4) Tм. За это время частота вращения n достигает (0,95 —0,98) от установившегося значения пн, а ток якоря Iа также приближается к установившемуся значению.

Реостатный пуск. Этот способ получил наибольшее применение. В начальный момент пуска при n = 0 ток Iп = U/(ΣRа + Rп ). Максимальное сопротивление пускового реостата Rп под-бирается так, чтобы для машин большой и средней мощности ток якоря при пуске
Iп = (1,4 ÷ 1,8) Iном , а для машин малой мощности Iп = (2 ÷ 2,5) Iном .

Рассмотрим процесс реостатного пуска на примере двигателя с параллельным возбуждением. В начальный период пуск осуществляется по реостатной характеристике б (рис. 8.65,а), соответствующей максимальному значению сопротивления Rп пускового реостата; при этом двигатель развивает максимальный пусковой момент Мпmах . Регулировочный реостат Rр.в в этом случае выводится так, чтобы ток возбуждения Iв и поток Ф были максимальными. По мере разгона момент двигателя уменьшается, так как с увеличением частоты вращения возрастает ЭДС Е и уменьшается ток якоря Iа = (U — E)/(ΣRa + Rп ). При достижении некоторого значения Мпmin часть сопротивления пускового реостата выводится, вследствие чего момент снова возрастает до Мпmах . При этом двигатель переходит на работу по реостатной характеристике 5 и разгоняется до значения Мпmin .

Таким образом, уменьшая постепенно сопротивление пускового реостата, осуществляют разгон двигателя по отдельным отрезкам реостатных характеристик 6, 5, 4, 3 и 2 (см. жирные линии на рис. 8.65,а) до выхода на естественную характеристику 1. Средний вращающий момент при пуске Мп.ср = 0,5 (Мпmах + Мпmin ) = const, вследствие чего двигатель разгоняется с некоторым постоянным ускорением. Таким же способом пускается в ход двигатель с последовательным возбуждением (рис. 8.65,б). Количество ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной характеристики и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности Мпmах - Мпmin ). Пусковые реостаты рассчитывают на кратковременную работу под током.

Рис. 8.65. Графики изменения частоты вращения, момента и тока якоря при реостатном пуске двигателя с параллельным и последовательным возбуждением

При выводе отдельных ступеней пускового реостата ток якоря Iа достигает некоторого максимального значения (рис. 8.65,в), а затем уменьшается до минимального значения. В соответствии с изменением тока якоря изменяется и электромагнитный момент М. Заштрихованная на рис. 8.65,в область соответствует значениям динамического момента Мдин = М - Мн, обеспечивающего разгон двигателя до установившейся частоты вращения.

Пуск путем плавного повышения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают довольно значительные погери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пуск двигателя осуществить путем плавного повышения напряжения, подаваемого на его обмотку. Однако для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Такой источник используют также для регулирования частоты вращения двигателя (см. § 8.12).

МЕСТО ДЛЯ РЕКЛАМЫ II