5.2. Пуск двигателей постоянного тока

Ток якоря двигателей постоянного тока определяется уравне­нием

где R_д — внутреннее сопротивление двигателя.

При пуске двигателя, когда он неподвижен, т. е. ω = 0, э.д. с. Е равна нулю.

Поэтому пусковой ток двигателя

Внутреннее сопротивление двигателей R_д очень мало, по­этому включение двигателя на полное напряжение сети вызы­вает большой бросок тока, превосходящий номинальный ток во много раз.

Для ограничения пускового тока необходимо последова­тельно с обмоткой якоря включить пусковой реостат или изме­нять подводимое к двигателю напряжение от нуля до номи­нального.

При реостатном пуске пусковой ток определяется согласно уравнению

Где R_п - сопротивление пускового реостата.

По мере увеличения скорости вращения якоря двигателя при пуске будет расти э. д. с. якоря. Ток в этом случае будет равен

С увеличением скорости вращения якоря, а следовательно с увеличением э. д. с, будет уменьшаться ток якоря и вращаю­щий момент. Для поддержания величины пускового тока и пус­кового момента в необходимых для пуска пределах нужно уменьшать величину сопротивления пускового реостата. Таким образом, по мере разгона двигателя сопротивление пускового реостата автоматически или вручную уменьшается.

Диаграммы пуска двигателей постоянного тока параллель­ного и последовательного возбуждения приведены на рис. 5.1.

Величину момента Mi, соответствующего полному сопротив­лению реостата при неподвижном двигателе, называют макси­мальным пусковым моментом. Величину момента М₂, при котором происходит переключение реостата, т. е. переход на сле­дующую механическую характеристику, называют переклю­чающим моментом.

Переключающий момент принимается больше момента стати­ческого сопротивления, т. е. М₂>М_С-

Кроме пусковых ступеней, реостат имеет предварительную ступень, на которой пусковой момент меньше момента статиче­ского сопротивления, т. е. М_пред<М_с. На этой ступени реостата якорь двигателя, повернувшись на некоторый угол, необходи­мый для кинематической подтяжки привода, остается непо­движным. При этом шестерни редуктора войдут в зацепление, натягивается канат и т. д. Благодаря наличию предваритель­ной ступени пуск привода происходит плавно, без рывков. Со­гласно пусковой диаграмме пуск двигателя проходит следую­щие этапы (см. рис. 5.1).

На участке характеристики 0—/ пусковой момент увеличи­вается от нуля до М_пред. В точке 1 двигатель еще неподвижен, но произошла кинематическая подтяжка всей системы при­вода.

На участке 1—2 пусковой момент увеличивается от М_преде до М₁ На участке 2—3 увеличивается угловая скорость до ωi и уменьшается пусковой момент от М₁ до М₂-

В точке 3 происходит выключение одной секции реостата. Сопротивление его уменьшается и разгон двигателя происходит по прямой 4—5 от скорости ω₁ до скорости ω₂ Момент снова уменьшается до М₂.

В точке 9 (см. рис. 5.1, а) и точке 7 (см. рис. 5.1, б) реостат полностью зашунтирован. Двигатель разгоняется на естествен­ной характеристике 10—11 (см. рис. 5.1, а) и 8—9 (см. рис. 5.1, б). В точках 11 и 9 наступает установившийся режим работы двигателя при М=М_С и скорости ω_с. На этом пуск дви­гателя заканчивается. Этот способ пуска отличается сравни­тельно большими потерями энергии в реостате.

Значительно экономичнее получается пуск двигателей при изменении напряжения от нуля до номинального. Но для этого необходимо применять специальные системы привода, напри­мер систему генератор — двигатель (Г—Д), тиристорный пре­образователь— двигатель (ТП—Д) и т. д. Эти системы при­вода будут подробнее рассмотрены ниже.

Для уменьшения потерь электроэнергии при пуске двига­телей последовательного возбуждения, установленных на элек­тровозах, применяют последовательно-параллельное соединение двигателей. При этом на зажимах двигателей напряжение из­меняется скачкообразно. Так, например, при двух двигателях напряжение может быть равно 0,5 U_H0M и U_H0M, при четырех двигателях — 0,25 U_ном, 0,5 U_H0M и U_H0M. Такое соединение дви­гателей дает возможность уменьшить потери энергии в реоста­тах при пуске.

5.3. Пуск двигателей переменного тока

Пуск асинхронных двигателей с фазным рото­ром при номинальном напряжении и номинальной частоте осу­ществляется при помощи пускового реостата, включенного в цепь ротора.

Диаграмма пуска (рис. 5.2) получается подобной диаграмме пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. По мере увеличения скорости вращения ротора сопротивление реостата уменьшается (автоматически или вручную). По пусковой диаграмме пуск двигателя проходит следующие этапы:

на участке 0—1 момент увеличивается от 0 до М_пред, происходит кинематическая подтяжка всей системы при­вода;

на участке 1—2 момент увеличивается от М_прел до М₁ (предварительная секция- r_пред зашунтирована);

на участке 2—3 увеличи­вается скорость вращения ро­тора от нуля до ω₁ и умень­шается момент от М₁ до М₂;

на участке 3—4 происхо­дит разгон двигателя на третьей характеристике от ω₁ до ω₂

Аналогично происходит пуск и на других ступенях реостата. От точки 8 до точки 9 происходит разгон двигателя на естественной характеристике.

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором осуществляется прямым включе­нием в сеть.

Пуск непосредственным включением в сеть на полное на­пряжение прост, обеспечивает полную величину пускового мо­мента, но связан со значительными пусковыми токами.

Пуск синхронных двигателей. В настоящее время синхронные двигатели изготовляют только с асинхронным пуском.

При асинхронном пуске синхронного двигателя принципи­альные схемы включения обмотки статора аналогичны схемам включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым рото­ром. При асинхронном пуске до подачи напряжения в обмотку возбуждения последняя должна быть замкнута на разрядное со­противление.

При пуске синхронного двигателя необходимо выполнить два условия:

а) пусковой (асинхронный) момент М_пуск должен быть больше момента статического сопротивления М_с;

б) входной (подсинхронный) момент вращения Л1_вх, т. е. момент при скольжении s = 0,05, должен быть больше статиче­ского момента сопротивления при том же скольжении. Данные о пусковом и входном моментах двигателя приводятся в завод­ских каталогах.