Принципы управления пуско-тормозными режимами контакторных схем управления.

В электроприводах с электродвигателями средней и большой мощности при пуске и торможении требуется ограничить пусковой ток, исходя из перегрузочной способности двигателя. Для этой цели в якорную цепь двигателя (или роторную асинхронного двигателя) включаются пусковые резисторы.

Рассмотрим алгоритм работы системы управления при пуске в две ступени двигателя постоянного тока независимого возбуждения по схеме, изображенной на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема силовой цепи пуска двигателя в две ступени

При пуске стремятся получить правильную пусковую диаграмму, когда все броски тока I1 равны между собой и все токи переключения I2 одинаковы (рис.1.3).

Перед началом пуска обмотка возбуждения двигателя должна быть подключена к источнику питания для создания магнитного потока двигателя.

Рис. 1.3. Электромеханические характеристики и переходные процессы при пуске двигателя в две ступени

Для ограничения пускового тока допустимой величиной включены два пусковых резистора R1 и R2. Поэтому, при подключении якоря двигателя к напряжению питающей сети, по якорной цепи станет протекать пусковой ток I1, определяемый следующей зависимостью:

где - перегрузочная способность двигателя (2 … 2,5);

Iн – номинальный ток двигателя;

R1 и R2 – сопротивление пусковых резисторов;

Ra =β(rяо+ rдп + rко)– сопротивление якоря двигателя, включающее в себя сопротивление обмоток якоря rяо, добавочных полюсов rдп и компенсационной rко, приведенное к рабочей температуре двигателя;

β= 1,24…1,32 – коэффициент приведения к рабочей температуре 80⁰С.

При линейных электромеханических (механических) характеристиках двигателя переходные процессы (изменение параметров во времени) будут экспоненциальными, и соответствовать уравнениям [9,14]:

где - начальное значение скорости двигателя, с которой начинается расчет переходного процесса для i-той характеристики, 1/с;

- установившееся значение скорости, соответствующее нагрузке двигателя (Iс), до которой разогнался бы двигатель на i-той характеристике, 1/с;

- электромеханическая постоянная времени электропривода для i-той характеристики, с;

- суммарный приведенный момент инерции электропривода, кгм²;

- суммарное сопротивление якорной цепи на i-той характеристике;

- постоянная двигателя, Вс,

- конструктивный коэффициент двигателя, зависящий от числа пар главных полюсов pп, числа активных сторон якорной обмотки N и числа пар параллельных ветвей якорной обмотки a.

Например, для первого этапа пуска по реостатной характеристике 1:

, , , ,

Под действием пускового тока (момента) двигатель начнет разгоняться по реостатной характеристике 1 (рис.1.3) с динамическим током (моментом), равным разности между действительным током двигателя и током статическим (Ia – Ic).

При увеличении противоЭДС двигателя ток якорной цепи уменьшается (следовательно, уменьшается динамический ток, соответственно, уменьшается и ускорение) и в момент времени t1 двигатель разгонится до скорости ω1, а ток уменьшится до величины I2 (рис. 1.3.), определяемой соотношением:

В этот момент необходимо выключить пусковой резистор R1, для чего нужно замкнуть контакт КМ1. Поскольку скорость двигателя не может измениться мгновенно, то двигатель с величиной скорости ω1 переходит на реостатную характеристику 2, при этом ток скачком возрастает до величины I1, в соответствии с выражением:

.

Для этапа разгона по второй реостатной характеристике справедливы соотношения:

,

, ,

, .

Двигатель продолжает разгон по второй реостатной характеристике и в момент времени t2 достигает скорости ω2, а ток уменьшается до величины I2, равной:

.

В этот момент необходимо выключить пусковой резистор R2, для чего нужно замкнуть контакт КМ2. Поскольку скорость двигателя не может измениться мгновенно, то двигатель с величиной скорости ω2 переходит на естественную характеристику (е), при этом ток скачком возрастает до величины I1, в соответствии с выражением

.

Двигатель продолжает разгон по естественной характеристике до скорости ωс, соответствующей статическому току IС, при этом установившееся значение якорного тока будет определяться соотношением:

Таким образом, на основании анализа переходных процессов пуска двигателя (рис. 1.3), можно сделать вывод о том, что выключение пусковых резисторов должно происходить в определенные моменты времени (t1, t2), при определенной величине скорости вращения (ω1, ω2) и при определенной величине якорного тока (I2).

Поэтому управление пуско – тормозными режимами двигателей в РКСУ осуществляется:

ð в функции времени;

ð в функции скорости (ЭДС);

ð в функции тока (момента).

Данные способы управления пуско – тормозными режимами электродвигателей реализованы во всех схемах РКСУ как на постоянном, так и на переменном токе.