Uruchamianie, odwracanie i zatrzymywanie silników prądu stałego

Uruchomienie silnika prądu stałego poprzez podłączenie go bezpośrednio do napięcia sieciowego jest dopuszczalne tylko dla silników małej mocy. W takim przypadku prąd szczytowy na początku rozruchu może być rzędu 4 - 6 razy większy od wartości nominalnej. Bezpośredni rozruch silników prądu stałego o znacznej mocy jest całkowicie niedopuszczalny, ponieważ prąd rozruchowy będzie tutaj równy 15–50-krotności prądu znamionowego. Dlatego rozruch silników średniej i dużej mocy odbywa się za pomocą reostatu rozruchowego, który ogranicza prąd podczas rozruchu do wartości dopuszczalnych dla komutacji i wytrzymałości mechanicznej.

Reostaty biegowe wykonane z drutu o wysokiej rezystancji lub taśmy podzielonej na sekcje. Przewody są podłączone do miedzianych guzików lub płaskich styków w punktach przejścia z jednej sekcji do drugiej. Miedziana szczotka na obrotowym ramieniu reostatu porusza się wzdłuż styków. Reostaty mogą mieć inne konstrukcje.Prąd wzbudzenia na starcie silnika o wzbudzeniu równoległym jest ustawiony odpowiednio do normalnej pracy, obwód wzbudzenia jest podłączony bezpośrednio do napięcia sieciowego, dzięki czemu nie występuje spadek napięcia spowodowany spadkiem napięcia na oporniku (patrz rys. 1) ).

Potrzeba normalnego prądu wzbudzenia wynika z faktu, że podczas uruchamiania silnika należy wytworzyć możliwie największy dopuszczalny moment obrotowy Mem, który jest niezbędny do zapewnienia szybkiego przyspieszenia. Rozruch silnika prądu stałego odbywa się poprzez sukcesywne zmniejszanie rezystancji reostatu, zwykle poprzez przesuwanie dźwigni reostatu z jednego stałego styku reostatu do drugiego i wyłączanie sekcji; zmniejszenie rezystancji można również wykonać poprzez zwarcie sekcji ze stycznikami, które są uruchamiane zgodnie z zadanym programem.

Przy uruchamianiu ręcznym lub automatycznym prąd zmienia się od wartości maksymalnej równej 1,8 - 2,5 wartości nominalnej na początku pracy dla danej rezystancji opornika do wartości minimalnej równej 1,1 - 1,5 wartości nominalnej na końcu podczas pracy i przed przełączeniem do innej pozycji reostatu rozruchowego. Prąd twornika po uruchomieniu silnika z rezystancją reostatu rp wynosi

gdzie Uc jest napięciem linii.

Po włączeniu silnik zaczyna przyspieszać, aż pojawi się wsteczne emf E i zmniejszy się prąd twornika. Biorąc pod uwagę, że charakterystyki mechaniczne n = f1 (Mn) i n = f2 (II am) są praktycznie liniowe, to podczas przyspieszania nastąpi wzrost prędkości obrotowej zgodnie z prawem liniowym w zależności od prądu twornika (ryc. 1 ).

Ryż. 1. Schemat rozruchu silnika prądu stałego

Schemat startowy (rys.1) dla różnych rezystancji w tworniku jest segmentem liniowych właściwości mechanicznych. Gdy prąd twornika IХ spadnie do wartości Imin, sekcja reostatu z rezystancją r1 zostanie wyłączona, a prąd wzrośnie do wartości

gdzie E1 — SEM w punkcie A charakterystyki; r1 — rezystancja odłączonej sekcji.

Następnie silnik jest ponownie przyspieszany do punktu B i tak dalej, aż do osiągnięcia naturalnej charakterystyki, gdy silnik jest przełączany bezpośrednio na napięcie Uc. Reostaty rozruchowe są zaprojektowane do nagrzewania się przez 4-6 startów z rzędu, dlatego należy upewnić się, że pod koniec rozruchu reostat rozruchowy jest całkowicie usunięty.

Po zatrzymaniu silnik jest odłączany od źródła zasilania, a reostat rozruchowy włącza się całkowicie — silnik jest gotowy do następnego rozruchu.Aby wyeliminować możliwość wystąpienia dużych samoindukujących się pól elektromagnetycznych, gdy obwód wzbudzenia jest przerwany i gdy jest odłączony, obwód można zamknąć do oporu rozładowania.

W napędach o zmiennej prędkości silniki prądu stałego są uruchamiane poprzez stopniowe zwiększanie napięcia źródła zasilania, tak aby prąd rozruchowy utrzymywał się w wymaganych granicach lub pozostawał w przybliżeniu stały przez większość czasu rozruchu. To ostatnie można osiągnąć poprzez automatyczne sterowanie procesem zmiany napięcia źródła zasilania w układach sprzężenia zwrotnego.

Rozruch silników prądu stałego ze wzbudzeniem szeregowym produkowany jest również z wykorzystaniem rozruszników. Diagram rozruchowy przedstawia odcinki nieliniowej charakterystyki mechanicznej dla różnych rezystancji twornika.Rozruch przy stosunkowo małych mocach można wykonać ręcznie, a przy dużych mocach przez zwarcie sekcji reostatu rozruchowego ze stycznikami, które są wyzwalane podczas obsługi ręcznej lub automatycznej.

Cofanie — zmiana kierunku obrotów silnika — odbywa się poprzez zmianę kierunku momentu obrotowego. Aby to zrobić, konieczna jest zmiana kierunku strumienia magnetycznego silnika prądu stałego, to znaczy przełączenie pola lub uzwojenia twornika, podczas gdy prąd w przeciwnym kierunku będzie płynął w tworniku. Podczas przełączania zarówno obwodu wzbudzenia, jak i twornika, kierunek obrotów pozostanie taki sam.

Uzwojenie wzbudzenia silnika z polem równoległym ma znaczną rezerwę energii: stała czasowa uzwojenia wynosi sekundy dla silników dużej mocy. Stała czasowa uzwojenia twornika jest znacznie krótsza. Dlatego, aby skręcić tak szybko, jak to możliwe, kotwica jest przełączana. Tylko tam, gdzie nie jest wymagana prędkość, zmiana kierunku może być dokonana przez przełączenie obwodu wzbudzenia.

Odwracalne wzbudzenie silników można wykonać, przełączając uzwojenie wzbudzenia lub uzwojenie twornika, ponieważ rezerwy energii w uzwojeniach wzbudzenia i twornika są małe, a ich stałe czasowe są stosunkowo małe.

Podczas odwracania kierunku silnika o wzbudzeniu równoległym, zwora jest najpierw odłączana od zasilania, a silnik jest zatrzymywany mechanicznie lub przełączany w celu zatrzymania. Po zakończeniu zwłoki załączany jest zwora, jeżeli nie był załączony w czasie zwłoki i następuje rozruch w drugim kierunku obrotów.

Odwrócenie silnika o wzbudzeniu szeregowym odbywa się w tej samej kolejności: wyłączenie — zatrzymanie — przełączenie — uruchomienie w przeciwnym kierunku. W silnikach o mieszanym wzbudzeniu w odwrotnym kierunku, uzwojenie twornika lub uzwojenie szeregowe muszą być przełączane wraz z równoległym.

Hamowanie jest konieczne, aby skrócić czas wybiegu silników, który przy braku hamowania może być niedopuszczalnie długi, oraz aby unieruchomić siłowniki w określonej pozycji. Hamowanie mechaniczne Silniki prądu stałego są zwykle wytwarzane poprzez umieszczenie klocków hamulcowych na tarczy hamulcowej. Wadą hamulców mechanicznych jest to, że moment i czas hamowania zależą od czynników losowych: wnikania oleju lub wilgoci do tarczy hamulcowej i innych. Dlatego takie hamowanie stosuje się, gdy czas i droga hamowania nie są ograniczone.

W niektórych przypadkach po wstępnym hamowaniu elektrycznym przy niskiej prędkości możliwe jest precyzyjne zatrzymanie mechanizmu (np. podniesienie) w danej pozycji i ustalenie jego położenia w określonym miejscu. Taki przystanek stosuje się również w sytuacjach awaryjnych.

Hamowanie elektryczne zapewnia wystarczająco dokładne uzyskanie niezbędnego momentu hamowania, ale nie może zapewnić unieruchomienia mechanizmu w danym miejscu. Dlatego hamowanie elektryczne jest w razie potrzeby uzupełniane hamowaniem mechanicznym, które działa po zakończeniu hamowania elektrycznego.

Hamowanie elektryczne występuje, gdy prąd płynie zgodnie z polem elektromagnetycznym silnika. Zatrzymać się można na trzy sposoby.

Hamowanie silników prądu stałego z powrotem energii do sieci.W tym przypadku SEM E musi być większe niż napięcie źródła zasilania US, a prąd będzie płynął w kierunku SEM, będącego prądem modowym generatora. Zmagazynowana energia kinetyczna zostanie zamieniona na energię elektryczną i częściowo zwrócona do sieci. Schemat połączeń pokazano na ryc. 2, A.

Ryż. 2. Schematy hamowania elektrycznego silników prądu stałego: I — ze zwrotem energii do sieci; b — z opozycją; c — hamowanie dynamiczne

Zatrzymanie silnika prądu stałego można wykonać, gdy napięcie zasilania spadnie do wartości Uc <E, a także gdy obniży się obciążenie wciągnika iw innych przypadkach.

Hamowanie wsteczne odbywa się poprzez przełączenie obracającego się silnika w przeciwnym kierunku obrotów. W tym przypadku dodaje się SEM E i napięcie Uc w tworniku, a aby ograniczyć prąd I, należy uwzględnić rezystor o początkowej rezystancji

gdzie Imax jest najwyższym dopuszczalnym prądem.

Zatrzymanie wiąże się z dużymi stratami energii.

Hamowanie dynamiczne silników prądu stałego odbywa się, gdy rezystor rt jest podłączony do zacisków obracającego się silnika wzbudzonego (ryc. 2, c). Zgromadzona energia kinetyczna jest przekształcana w energię elektryczną i rozpraszana w tworniku w postaci ciepła. Jest to najczęstsza metoda zawieszenia.

Obwody do załączania silnika prądu stałego o wzbudzeniu równoległym (niezależnym): a — obwód przełączający silnik, b — obwód przełączający podczas hamowania dynamicznego, c — obwód przeciwstawny.