2.1.5 Процес пуску та пускова діаграма.

Рис.2.3

Пуск двигуна виконується за схемою на рис.2.3. Замикають контактор К і у коло якоря буде увімкнено резистор, опір якого Rр = Rp1 + Rp2 +Rp3 .

Коли двигун починає обертатися, поступово замикають контактори К1, відключаючи частину резистора з опором Rp1, потім К2 із резистором Rp2, К3 із Rp3 . Коли усі контактори замкнені, двигун виходить на природну характеристику , яку можливо побудувати, прийнявши і при М*=1. Координати двох крапок будують: ( ; М*=0) та ( ; М* = 1). Слід також відзначити, що опір резистора Rр приймають таким, щоб початковий пусковий момент М*1=2.2...2.5, а момент переключення, коли замикаються контактори К1 - К2 - К3, М*2=1.1 ... 1.15.

Побудова пускової діаграми та усіх характеристик наведено на рис.2.4 .

Рис 2.4

Згідно виразу (2.15), якщо М* = 1, то відрізок af дорівнює R*нтм=1, а інший – відповідно – відносним опорам ступенів якірного кола, причому ab = R*я, de = R*p1, cd = R*p2, bc = R*p3.

Якщо треба одержати омічне значення резистора, то будь-яке і-те значення: .

2.1.5 Кількість ступенів пускового резистора.

Пусковий резистор має кількість ступенів m причому повний опір :

(2.16)

де , а .

У процесі пуску поступово виконують перемикання при струмі І2. Коли вимикають Rp1, у резисторі залишається опір .

Таким чином, буде: , …. .

Згідно виразам (2.2) і (2.15), прирівняємо перепади швидкостей

при першому перемиканні (крапка 2) на сусідніх характеристиках у крапках 2 і 3 відповідно: , .

Отже, повний опір кола на другій ступені , а опір першої ступені пускового резистора : .

Для другого перемикання (крапка 4 на рис. 2.4 ), поки вимикають Rp2 , буде : і .

А для будь якого і-того перемикання .

Резистор на і-тій ступені має опір .

Для останнього перемикання , тобто

. (2.17)

Якщо перетворити (2.17), то можливо отримати наступний вираз :

Таким чином, можливо визначити кількість ступенів пускового резистора : (2.18)

Вираз (2.18) можливо використовувати, якщо задати значення М1 та М2 .

Одержане значення m за (2.18) слід округлити до найближчого цілого числа.

Інколи замість моментів бувають задані значення струмів І1 і І2, тоді з урахуванням (2.16) виразу (2.18) надається вигляд :

(2.19)

Вираз (2.19) спільно з рис.2.4 дозволяють визначити значення опору резистора Rp графоаналітичним способом, який є зрозумілим , якщо на рис 2.4 використати метод пропорційних відрізків .

2.1.7 Механічна характеристика у гальмових режимах .

Електричне гальмування припускає перехід двигуна у генераторний режим, поки момент М та швидкість ω мають різні напрями, ЕРС Е та струм І, як це визначено вище, однакові .

Граничним режимом між режимом двигуна та генератора є режим холостого ходу та короткого замикання, у яких одна із двох змінних дорівнює нулю. Так у режимі холостого ходу І = 0, М = 0, а у режимі короткого замикання Е = 0, ω = 0 .

Як відомо гальмових режимів три:

• рекуперативне гальмування,

• динамічне (резисторне) гальмування,

• гальмування противоувімкненням.

При переході у будь-який гальмівний режим змінюється або напрям струму якоря, або магнітного потоку . Як правило, змінюють напрям струму якоря, а магнітний потік, щоб не перемагнічувати машину, залишають одного напрямку. При цьому виникає гальмовий момент Мг протилежний обертаючому моменту М, тобто Мг = - М.

Розглянемо роботу електромеханічного перетворювача за допомогою механічних характеристик на рис. 2.5, з використанням рівняння (2.2).

Рис. 2.5

Три характеристики на рис.2.5 відповідають напрузі на двигуні (+U), напрузі (-U), яка є дзеркальним відображенням першої, і характеристики, коли U=0 - вона проходить через початок координат. Усі три характеристики побудовані згідно рівняння (2.2) .

Режим холостого ходу визначається першою А, коли М = 0, а ω = ω0 .

Режим короткого замикання, крапка В, коли (Е = 0 ), ω = 0, а струм

і момент .

Між режимами А і В 0 < ω < ω0, , а .

Як відомо, все це відповідає режиму двигуна, тобто 1 квадрант на рис. 2.5 – це режим двигуна. Очевидно, що 3 квадрант є також режим двигуна, у якому напруга змінена на протилежну і, як наслідок цього швидкість та момент мають також протилежні знаки.

Рекуперативне гальмування, як відомо із курсу “Електричні машини” існує, коли ω >ω0 і . Тоді струм Ія змінює свій знак і разом із ним – момент .

Отже рівняння (2.2) одержує вид:

. (2.20)

Жорсткість характеристики, як і раніше, визначається величиною , тобто, якщо вона залишиться тою самою, то характеристика рекуперативного гальмування (генераторний режим паралельно з мережею), є продовження у 2-й квадрант характеристики двигуна. Якщо опір R зростає (жорсткість спадає), рекуперація буде супроводжуватись більшою швидкістю ω. Таким чином, квадрант 2 на рис. 2.5 є режим генератора . Слід додати , що все сказане за рекуперативне гальмування і характеристики у квадранті 2, також справедливо і для квадранту 4, якщо двигун перед цим знаходився у квадранті 3.

Динамічне гальмування – при цьому якір двигуна вимикають з мережі, тобто U = 0, і замикають на струмообмежувальний резистор . За допомогою цього регулювального резистора можливо змінити опір якірного кола .

У режимі динамічного гальмування характеристика проходить через початок координат, струм - , швидкість за (2.2) , а гальмівний момент .

Оскільки жорсткість , то вона зменшується із зростанням опору Rрег. Енергія у двигун поступає зі сторони валу.

Гальмування противовмиканням – це режим генератора послідовно з мережею . Він може бути здійснений двома способами. Слід нагадати, що існують два види моментів опору: реактивний момент, що змінює свій знак разом зі зміною знаку швидкості і активний момент, що не змінює свій знак зі зміною знаку швидкості. Приклад останнього – це момент статичного опору, котрий створюється гравітаційними силами, коли крановий двигун піднімає або опускає вантаж.

1-й спосіб. Хай крановий двигун піднімає вантаж, а у той же час на гак додають вантаж. Швидкість двигуна буде зменшуватись і зменшуватись, потім двигун зупиниться, тобто ω=0, а потім ротор двигуна почне розкручуватись у протилежну сторону, тобто стане ω<0.

У цьому разі ЕРС , а струм , тобто для його обмеження слід використовувати струмообмежувальний додатковий резистор.

У такому режимі двигун увімкнутий на піднімання вантажу, але вантаж створив такий великий активний момент опору, що ротор двигуна обертається у протилежну сторону. Тепер М > Мкз на рис.2.5 і двигун перейшов у 4-тий квадрант (у режим генератора). Енергія у двигун подається з двох сторін: як у генератора, механічна, зі сторони валу і як у двигуна, електрична, зі сторони мережі.

Це є перший спосіб гальмування противовмиканням, хоча ніяких перемикань оператор у схемі не робив, але ротор двигуна обертається у протилежну сторону по відношенню до його вмикання у електромережу. Так інколи спускають вантаж .

2-й спосіб – це зміна полярності живлення якоря, коли він обертається, тобто поки ω>0. Але замість напруги U якір двигуна подано (-U), тоді струм , тобто потрібен додатковий резистор для обмеження кидка струму.

Якщо двигун працював у точці С на рис. 2.5, то після таких дій він переходить у точку D характеристики, що відповідає напрузі (-U), у другому квадранті. Швидкість почне знижуватись і якщо у точці Е, коли Е=0, ω=0, машину не відключити від мережі, вона знову перейде у режим двигуна у 3-ому квадранті до рівноваги моментів у точці F. Тут знову можливо зробити перемикання напруги, з 3-го квадранту перейти у 4-тий на крапку G і знову через точку В опинитись у 1-ому квадранті на крапці С .

При таких перемиканнях на ділянках характеристик DE 2-му і GВ у 4-му квадрантах енергія двигуну подається, як зі сторони валу, так і зі сторони мережі.

Слід відмітити, що при кожному перемиканні використовують струмом обмежуючий резистор, через це жорсткість характеристик зменшується. Цього не показано на рис. 2.5.