Реостатный 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 = Uном /ΣRа = (10 ÷ 20)Iном , что создает опасность поломки якоря 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.
Реостатный пуск получил наибольшее применение. В начальный момент пуска при n = 0 ток Iп = U/(ΣRа + rД). Максимальное сопротивление пускового реостата rД 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. а), соответствующей максимальному значению rД сопротивления 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 — Eа)/(ΣRa + rД). 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. 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.б). Количество ступеней пускового реостата зависит от требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности Мпmах - Мпmin ). Пусковые реостаты рассчитывают на кратковременную работу под током.
При выводе отдельных ступеней пускового реостата ток якоря Iа достигает некоторого максимального значения (рис. в), а затем уменьшается до минимального значения. В соответствии с изменением тока якоря изменяется и электромагнитный момент Мэм. Заштрихованная на рис. в область соответствует значениям динамического момента Мдин = Мэм - Мст, обеспечивающего разгон двигателя до установившейся частоты вращения.
Реостатный пуск тяговых двигателей электровоза.
В момент пуска якорь двигателя неподвижен и в обмотке его не индуцируется э. д. с, уравновешивающая подведенное напряжение. Поэтому в первое мгновение при неподвижном якоре пусковой ток зависит только от значения приложенного напряжения U и сопротивления rд обмоток двигателя. Это сопротивление невелико. Так, для тягового двигателя электровоза ВЛ10 оно при температуре 20° С составляет 0,025 + 0,0365 + + 0,0317= 0,0932 Ом (сумма сопротивлений обмоток главных полюсов, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и обмотки якоря). На электровозах постоянного тока всегда соединены последовательно как минимум два двигателя. При подключении к контактной сети через их обмотки пойдет ток
На такой двигатели и оборудование электровоза не рассчитаны. Быстродействующий выключатель на электровозе ВЛ10 отрегулирован на ток 3100 А, и поэтому в момент пуска он разорвет цепь тяговых двигателей. Чтобы ограничить пусковой ток, все двигатели электровоза перед пуском соединяют последовательно. При этом к двигателю приложено напряжение
Для ограничения тока в цепь дополнительно вводят пусковой реостат, сопротивление которого можно регулировать.
При пуске с заданным и неизменным пусковым током Iп напряжение Uд, подводимое к каждому из последовательно соединенных двигателей, уравновешивается э. д. с. и падением напряжения в реостате и обмотках тяговых двигателей:
Если скорость равна нулю, то э. д. с. также равна нулю, поскольку Е= с∙Ф∙v, и максимальное сопротивление пускового реостата R определяется заданным значением пускового тока:
С увеличением скорости движения в тяговых двигателях будет наводиться возрастающая э. д. с. При этом ток двигателей, сила тяги и, как следствие, ускорение начнут уменьшаться. Для обеспечения примерно постоянного ускорения нужно уменьшать сопротивление реостата так, чтобы ток двигателей и касательная сила тяги оставались постоянными. При больших мощностях тяговых двигателей и значительных токах трудно осуществить плавное реостатное регулирование. Поэтому применяют ступенчатое: выключают отдельные секции реостата с помощью аппаратов, называемых индивидуальными контакторами.
Если замкнуть контакты К1 контактора, то одна секция пускового реостата будет выведена из цепи тяговых двигателей и напряжение, подводимое к ним, повысится. При замыкании контактов К2 к тяговым двигателям подводится напряжение контактной сети.
Для обеспечения более или менее плавного пуска и тем самым уменьшения колебаний тока двигателя (силы тяги) следует сопротивление пускового реостата изменять небольшими ступенями. Однако при этом необходимо иметь большое число контакторов, что усложняет силовую цепь.
Ступени пускового реостата рассчитывают исходя из наибольшего допустимого тока тяговых двигателей. Ток, при котором выключается очередная секция пускового реостата, определяют исходя из так называемого коэффициента неравномерности пускового тока, который в свою очередь зависит от заданного ускорения. Таким образом, пусковой ток не постоянен, а колеблется в пределах от максимального Iп max до минимального Iп min значения. В расчетах применяют среднее арифметическое Iп этих значений.
К счастью, поезд не представляет собой жестко связанного целого: сцепные приборы перед троганием не натянуты до предела и всегда обладают некоторой упругостью. Сопротивление реостата R выбирают большим, чем рассчитанное по формуле, чтобы обеспечить в момент трогания небольшой ток, а следовательно, и малую силу тяги для плавного натяжения сцепных приборов. Затем сопротивление R постепенно уменьшают, при этом ток и сила тяги соответственно растут.
Большое число ступеней реостата при минимальном числе контакторов можно получить, используя различные комбинации соединений его секций. Для того чтобы знать, на какой позиции замкнуты или разомкнуты те или иные контакты контакторов, а следовательно, какие секции реостата включены и каким образом, составляют таблицу замыкания контакторов. Так, если замкнуть контактор К1, при разомкнутых остальных контакторах секции а, б и в будут включены последовательно. Замкнув контакты контактора К2, выключают секцию а; при замкнутых контактах контактора КЗ в силовую цепь введена только секция в.
Включив контактор К4 и предварительно выключив контакторы К1 и К2, что не связано с разрывом электрической цепи, присоединяют секции а и б параллельно секции в, т. е. получают четвертую ступень пуска. Замкнув контакты контакторов К2, КЗ, К4, соединяют параллельно секции а и в, образуя еще одну пусковую ступень, и, наконец, включив все контакторы, выводят пусковой реостат полностью. Таким образом, имея три секции и четыре индивидуальных контактора, получают шесть ступеней (позиций) пускового реостата.
Пусковые реостаты собирают из отдельных резисторов, объединяя их в ящики.
Элементы пусковых резисторов изготовляют из сплавов с большим электрическим сопротивлением.
Когда выведены все ступени реостата, на каждый из восьми последовательно соединенных тяговых двигателей приходится напряжение 3000:8= 375 В, а на шестиосных электровозах 3000:6 = 500 В. В этом случае электровоз работает на ходовой (безреостатной) характеристике.
Скорость возрастает по прямой, т. е. поезд движется с равномерным ускорением. Это означает, что машинист уменьшает сопротивление реостата, поддерживая одно и то же значение пускового тока. В процессе разгона поезда электровоз работает на реостатных характеристиках (позициях). Время движения с включенными ступенями реостата ограничено его нагревом. Кроме того, с увеличением этого времени возрастают и потери электрической энергии.
Включение, изменение сопротивления и выключение пускового реостата производят с помощью индивидуальных электропневматических контакторов.
Схема электропневматического контактора.