Включение в сеть любого электропривода в отличие от других потребителей электроэнергии (нагревательных устройств, осветителей) практически всегда связано со значительным броском тока, который по мере разгона электропривода снижается до рабочего значения.
Пуск двигателей постоянного тока.
В первый момент (неподвижный якорь) э.д.с. Е=0 [см. формулу (69)] и ток зависит только от напряжения и сопротивления цепи якоря:
(88)
Включение двигателя в сеть без ограничения пускового тока называется прямым пуском. Для двигателей постоянного тока
мощностью 0,5 кВт и выше прямой пуск недопустим, так как он вызовет аварию электропривода. Дело в том, что сопротивление обмотки якоря у двигателей средней и большой мощности составляет десятые, сотые и даже тысячные доли ома (уменьшается по мере увеличения мощности) и ничем не ограниченный пусковой ток в 10—20 раз превысит номинальное значение. Двигатели постоянного тока большинства типов допускают увеличение тока якоря не более чем в 1,8—2,5 раза по сравнению с номинальным.
Из формулы (88) видно, что ограничить пусковой ток можно двумя способами: увеличением сопротивления цепи якоря путем включения дополнительного (пускового) резистора или уменьшением напряжения, подводимого к якорной цепи двигателя.
В тех случаях, когда электродвигатель получает питание непосредственно от сети постоянного тока, первый способ ограничения пускового тока является единственно возможным. При автоматизированном пуске ступени пускового резистора должны автоматически по мере разгона двигателя выводиться (шунтироваться). На практике применяют три принципа автоматизированного пуска: в функции э.д.с., в функции тока, в функции времени. Здесь эти принципы не рассматриваются, поскольку электроприводы, в которых двигатель постоянного тока получает питание непосредственно от сети постоянного тока, утратили практическое значение.
В электроприводе системы Г—Д пусковой ток определяется соотношением
где Ег — э. д. с. генератора; Rя.г, Rя.д — сопротивления обмоток якорей генератора и двигателя.
Здесь проблемы ограничения пускового тока вообще нет, поскольку обмотка возбуждения генератора обладает значительной индуктивностью и ток возбуждения, а следовательно, и э. д. с. Ег нарастают постепенно, так что двигатель за это время успевает разогнаться. Наоборот, для ускорения разгона двигателя иногда применяют специальную форсировку (ускорение) возбуждения генератора.
В электроприводе с широтно-импульсным регулированием напряжения пусковой ток определяется по формуле
где Rl — сопротивление индуктивности (см. рис. 12.4).
Понятно, что для ограничения пускового тока необходимо уменьшить tи.
В электроприводе системы УВ—Д пусковой ток можно найти по формуле
(91)
[См. пояснения к формулам (85) — (87)].
При пуске двигателя угол α должен постепенно уменьшаться от 90° до рабочего значения.
Анализируя различные способы пуска, следует помнить о том, что уравнения (88) — (91) определяют пусковой ток в первый момент пуска, когда якорь еще неподвижен. В дальнейшем ток якоря зависит и от его э.д.с. [см. формулу (68)].
Пуск асинхронных двигателей.
По двум причинам такой пуск более благоприятен. Во-первых, из-за относительно большого индуктивного сопротивления обмоток двигателя обычно пусковой ток при прямом пуске не превышает семикратного значения. Во- вторых, сам асинхронный двигатель, у которого отсутствует не только коллектор, но и другие скользящие контакты, допускает значительные кратковременные броски тока. Однако если мощность пускаемого двигателя относительно большая, то его пусковой ток может вызвать у генераторов электростанции кратковременный провал напряжения более 15% Uн.
Современные системы автоматического регулирования напряжения позволяют осуществлять прямой пуск асинхронных двигателей мощностью, несколько большей 25% мощности работающего генератора СЭС. Поэтому в подавляющем большинстве случаев на судах применяют прямой пуск двигателей, осуществляемый при помощи магнитных пускателей.
В комплект магнитного пускателя (рис. 134, а) входят линейный контактор Л, кнопки «Пуск» и «Стоп» Кп, Кc плавкие предохранители и тепловые реле для защиты электродвигателя. Схема очень проста и в пояснениях не нуждается.
Рис. 134. Схемы прямого пуска асинхронного двигателя и пуска переключением обмоток со звезды на треугольник
Если при пуске мощных короткозамкнутых асинхронных двигателей окажется, что провал напряжения на шинах электростанции превышает значение, допустимое Правилами Регистра СССР, то необходимо принимать меры, ограничивающие пусковой ток. На судах, особенно построенных в ГДР, распространен пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей переключением со звезды на треугольник. Такой способ применим в том случае, если нормально двигатель работает при соединении его обмотки в треугольник и только на время пуска обмотка соединяется в звезду. В этом случае пусковой ток двигателя уменьшается в 3 раза по сравнению с током прямого пуска. Вот как это можно доказать.
Известно, что мощность двигателя не зависит от способа соединения его обмотки. При соединении в звезду напряжение сети должно быть в √3 раз больше, чем при соединении в треугольник. Следовательно, линейный ток двигателя при соединении в треугольник в √3 раз больше, чем ток двигателя Ιγ при соединении в звезду. Таким образом, когда обмотки двигателя, нормально соединенные в треугольник, пересоединяем в звезду, но подключаем к напряжению сети, соответствующему соединению в треугольник, то мы тем самым двигатель фактически включаем на напряжение, уменьшенное в
раз по сравнению с требуемым. Тогда
· К сожалению, в этом случае и пусковой момент двигателя уменьшается в 3 раза. Это недостаток такого способа пуска, ограничивающий его применение.
Пуск
рекомендуется применять для электроприводов, включаемых в работу на холостом ходу или с вентиляторным моментом сопротивления (см. рис. 108). Другой недостаток заключается в том, что промышленность выпускает главным образом асинхронные двигатели напряжением 380/220 В, а на судах силовые сети имеют напряжение, как правило, 380 В. Это значит, что двигатели работают при соединении обмоток в звезду, и тогда данный способ пуска неприменим. Нужны двигатели напряжением 657/380 В.
На рис. 134, б приведена схема пуска двигателя АД указанным способом.
При подаче питания на схему сразу срабатывает электромагнитное реле времени РВ, включенное через полупроводниковый выпрямитель ПВ. Его контакты замыкают цепь катушки контактора 3 и размыкают цепь катушки контактора Т. Контактор 3 срабатывает и своими главными контактами соединяет обмотку двигателя в звезду.
Нажатие Кп вызывает срабатывание линейного контактора Л, который главными контактами подключает двигатель к сети, а блок-контактами шунтирует кнопку Кп вместе с блок-контактом 3 и размыкает цепь катушки РВ. Двигатель разгоняется при соединении его обмотки в звезду. Реле РВ с выдержкой времени
отпускает якорь, размыкает цепь катушки контактора З и замыкает катушку контактора Т. Контактор 3 отключается, но включается контактор Т, который своими контактами переключает обмотку двигателя в треугольник.
Для ограничения пускового тока короткозамкнутых асинхронных двигателей иногда на время пуска в цепь статора включают резисторы или индуктивные сопротивления или понижают напряжение при помощи автотрансформатора. Во всех случаях резко уменьшается пусковой момент двигателя.
Для ограничения пускового тока асинхронных двигателей с фазным ротором на время пуска включаются резисторы в цепь ротора, которые шунтируются по мере разгона двигателя в функции времени. Схема работает аналогично схеме пуска двигателя постоянного тока в функции времени. Достоинство такого пуска состоит в том, что при введении резисторов в обмотку ротора пусковой момент двигателя увеличивается, и путем подбора пусковых резисторов можно добиться того, что пусковой момент будет равен максимальному моменту двигателя.
