какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях постоянного тока

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Что такое пусковой ток и как его ограничить

Что такое пусковой ток

Пусковой ток – это максимальный ток, потребляемый электрической цепью во время ее включения. Значение пускового тока намного выше, чем установившийся ток цепи, и этот высокий ток может повредить устройство или привести в действие автоматический выключатель. Пусковой ток обычно появляется во всех устройствах, где присутствует магнитный сердечник, таких как трансформаторы, промышленные двигатели и т. д. Пусковой ток также известен как входной импульсный ток или импульсный ток включения.

Почему появляется пусковой ток

Есть причина появления пускового тока. Подобно некоторым устройствам или системам, которые имеют развязывающий конденсатор или сглаживающий конденсатор, при запуске потребляется большое количество тока для их зарядки. Ниже приведенная диаграмма даст вам представление о разнице между пусковым, пиковым и установившимся током цепи.

Пиковый ток: это максимальное значение тока, достигаемое сигналом в положительной или отрицательной области.

Ток установившегося состояния: он определяется как ток в каждом интервале времени, который остается постоянным в цепи. Ток установившегося состояния достигается, когда di/dt = 0, что означает, что ток остается неизменным во времени.

Особенности пускового тока: появляется мгновенно, когда устройство включается; появляется на короткий промежуток времени; выше номинального значения цепи или устройства.

Пусковой ток трансформатора

Пусковой ток трансформатора определяется как максимальный мгновенный ток, потребляемый трансформатором, когда вторичная сторона не нагружена или находится в состоянии разомкнутой цепи. Этот бросок тока вредит магнитным свойствам сердечника и вызывает нежелательное переключение автоматического выключателя трансформатора.

Величина пускового тока зависит от точки волны переменного тока, в которой запускается трансформатор. Если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока достигает своего пика, тогда пусковой ток не возникает при запуске, и если трансформатор (без нагрузки) включается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, то значение броска ток будет очень высоким, и он также будет превышать ток насыщения, как вы можете видеть на изображении выше.

Пусковой ток двигателя

Как и трансформатор, асинхронный двигатель не имеет непрерывного магнитного пути. Сопротивление асинхронного двигателя высокое из-за воздушного зазора между ротором и статором. Следовательно, из-за такого характера индуктивного устройства с высоким сопротивлением требуется большой ток намагничивания для создания вращающегося магнитного поля при запуске. График ниже показывает пусковые характеристики двигателя при полном напряжении.

Как вы можете видеть на графике, пусковой ток и пусковой момент очень высоки в начале. Этот высокий пусковой ток может повредить электрическую систему, а начальный высокий крутящий момент может повлиять на механическую систему двигателя. Если уменьшить начальное значение напряжения на 50%, это может привести к снижению крутящего момента двигателя на 75%. Таким образом, для преодоления этих проблем используются схемы питания с плавным пуском.

Как ограничить пусковой ток

Всегда следует помнить о пусковом токе в асинхронных двигателях, трансформаторах и в электронных цепях, которые состоят из катушек индуктивности, конденсаторов или сердечников. Как упоминалось ранее, пусковой ток – это максимальный пиковый ток, наблюдаемый в системе, и он может быть в два-десять раз больше нормального номинального тока. Этот нежелательный всплеск тока может повредить устройство, пусковой ток может вызвать срабатывание выключателя при каждом включении. Регулировка допуска выключателя может помочь нам, но компоненты должны выдерживать пиковое значение.

Находясь в электронной схеме, некоторые компоненты должны выдерживать высокие значения пускового тока в течение короткого промежутка времени. Но некоторые компоненты сильно нагреваются или повреждаются, если значение при быстром запуске очень велико. Поэтому лучше использовать схему защиты от пускового тока при проектировании электронной схемы или печатной платы.

Для защиты от пускового тока вы можете использовать активное или пассивное устройство. Выбор типа защиты зависит от частоты пускового тока, производительности, стоимости и надежности.

Вы можете использовать NTC-термистор (с отрицательным температурным коэффициентом), который является пассивным устройством, работает как электрический резистор, сопротивление которого очень высоко при низкотемпературном значении. Термистор NTC соединяется последовательно с входной линией питания. Обладает высокой устойчивостью при температуре окружающей среды. Поэтому, когда мы включаем устройство, высокое сопротивление ограничивает пусковой ток, который протекает в систему. По мере непрерывного протекания тока температура термистора повышается, что значительно снижает сопротивление. Следовательно, термистор стабилизирует пусковой ток и позволяет постоянному току течь в цепь. Термистор NTC широко используется для ограничения тока из-за его простой конструкции и низкой стоимости. У него также есть некоторые недостатки, например, нельзя полагаться на термистор в экстремальных погодных условиях.

Активные устройства ограничения пускового тока стоят дороже, а также увеличивают размер системы или схемы. Они состоят из чувствительных компонентов, которые переключают высокий входящий ток. Некоторые из активных устройств – устройства плавного пуска, регуляторы напряжения и преобразователи постоянного тока.

Эти средства защиты используются для защиты как электрической, так и механической системы путем ограничения мгновенного пускового тока. На приведенном ниже графике показано значение пускового тока со схемой защиты и без схемы защиты. Мы ясно видим, насколько эффективна защита от пускового тока.

Как измерить пусковой ток

Сегодня на рынке представлено большое количество клещей (мультиметров), которые обеспечивают измерение пускового тока. Также вы можете использовать токовые клещи Fluke 376 FC True-RMS для измерения пускового тока. Иногда пусковой ток показывает значение, которое выше номинального значения автоматического выключателя, но, тем не менее, автоматический выключатель не отключается. Причина этого заключается в том, что автоматический выключатель работает по кривой зависимости тока от времени, например, если бы вы использовали автоматический выключатель на 10 А, поэтому пусковой ток, превышающий 10 А, должен протекать через автоматический выключатель больше, чем номинальное время.

Выполните следующие шаги для измерения пускового тока:

Источник

7. Чем опасен большой пусковой ток для двигателя? Какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях по­стоянного тока?

Ток якоря двигателя определяется формулой Iа = U – Eа/∑r.

Если при­нять U и ∑г неизменными, то ток 1_а зависит от противо-ЭДС Е_а. Наибольшего значения ток 1_а достигает при пуске двигателя в ход. В начальный момент пуска якорь двигателя неподвижен (п=0) и в его обмотке не индуцируется ЭДС (Е_а=0). Поэтому при непо­средственном подключении двигателя к сети в обмотке его якоря возникает пусковой ток Iа = U/∑r

Обычно сопротивление ∑r невелико, поэтому значение пус­кового тока достигает недопустимо больших значений, в 10—20 раз превышающих номинальный ток двигателя.

Такой большой пусковой ток весьма опасен для двигателя. Во-первых, он может вызвать в машине круговой огонь, а во-вторых, при таком токе в двигателе развивается чрезмерно большой пус­ковой момент, который оказывает ударное действие на вращаю­щиеся части двигателя и может механически их разрушить. И на­конец, этот ток вызывает резкое падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей, вклю­ченных в эту сеть. Поэтому пуск двигателя непосредственным подключением в сеть (безреостатный пуск) обычно применяют для двигателей мощностью не более 0,7—1,0 кВт. В этих двигате­лях благодаря повышенному сопротивлению обмотки якоря и не­большим вращающимся массам значение пускового тока лишь в 3—5 раз превышает номинальный, что не представляет опасности для двигателя. Что же касается двигателей большей мощности, то при их пуске для ограничения пускового тока используют пуско­вые реостаты (ПР), включаемые последовательно в цепь якоря (реостатный пуск). Сопротивление пус­кового реостата выбирают обычно таким, чтобы наибольший пус­ковой ток превышал номинальный не более чем в 2—3 раза.

Для пуска двигателей большей мощности применять пусковые реостаты нецелесообразно, так как это вызвало бы значительные потери энергии. Кроме того, пусковые реостаты были бы громозд­кими. Поэтому в двигателях большой мощности применяют без­реостатный пуск двигателя путем понижения напряжения. Приме­рами этого являются пуск тяговых двигателей электровоза переключением их с последовательного соединения при пуске на параллельное при нормальной работе или пуск двига­теля в схеме «генератор—двигатель».

8. Что такое универсальный коллекторный двигатель (укд)? Каковы его конструктивные особенности? Укажите достоинства и недостатки укд.

Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично

Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации.

Универсальный коллекторный двигатель дороже двига­теля постоянного тока и имеет худшие рабочие характеристики.

Если сравнить его с асинхронным двигателем, он также выше его по стоимости и менее надежен. Но универсальный кол­лекторный двигатель имеет ряд преимуществ:

как и асинхронный, может работать в сети переменного тока. Это важно, потому что все коммунально-бытовые потреби­тели имеют только переменное напряжение;

механическая характеристика у него значительно лучше (жестче), чем у асинхронного двигателя;

возможности регулирования частоты вращения лучше, чем у асинхронного.

Таким образом, универсальный коллекторный двигатель имеет все преимущества двигателя постоянного тока, но может работать на переменном. Этим и обусловлена область применения универсальных коллекторных двигателей: их применяют для привода бытовых электроприборов, различного электроинстру­мента и т.д.

Источник

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам

10.01.2017

Пусковой ток в двигателе постоянного тока: устройства для ограничения

В статье приведены примеры устройств, которые помогают сделать запуск двигателя более плавным. Контроллеры и пр. устройства позволяют обеспечить нужный крутящий момент без высокого пускового тока.

Пусковой ток – это ток, который потребляется двигателем при его непосредственном запуске. Важной особенностью пускового тока является то, что он может в несколько раз превосходить номинальный ток. Слишком высокий пусковой ток негативно влияет на двигатель, в конечном итоге он может попросту сгореть.

Именно поэтому существуют специальные приспособления для ограничения пускового тока.

Ограничение высокого пускового тока достигается методом пускового сопротивления. В свою очередь, пусковое сопротивление может быть активным и реактивным (индуктивным). Такое сопротивление вводится в цепь ротора мотора непосредственно при его запуске, что и приводит к ограничению пускового тока. Как результат – создается требуемый пусковой момент.

Контроллер двигателя постоянного тока
Контроллером является электрический аппарат низкого напряжения, который предназначается, в основном, для запуска и регулировки скорости двигателей. Но его используют также для функции реверса и электрического торможения моторов. Контроллер позволяет изменить в цепи управления электрическое сопротивление.

Если говорить о конструкции контроллера, то это не что иное как многоступенчатые барабанные, плоские и кулачковые контактные переключатели. Каждый имеет свои особенности использования. Напр., кулачковые контроллеры применяются для управления мощных электродвигателей с высоким показателем числа включений (до 600 в час). В этом случае самыми надежными зарекомендовали себя именно кулачковые контроллеры с перекатывающимися контактами.
На заметку! Контроллеры с перекатывающимися контактами гораздо более износостойкие и долговечные, чем контроллеры со скользящими контактами.

Где применяется контактор? Его используют для управления тяговых двигателей электричек, троллейбусов и трамваев при применении до 600 А номинального тока и 650 В напряжения.

Коммутатор
Коммутатором является своего рода переключатель, иными словами – распределитель. Устройство предназначается, чтобы изменять соединения в цепи электрической.

Пусковое сопротивление может быть разным, но в любом случае оно обеспечивает плавный запуск двигателя, оберегая его от поломок и короткого замыкания. Чем меньше пусковой ток при запуске, тем лучше. При помощи переключателя можно получить нужный момент вращения без вреда для двигателя.

Итог
Оснащая свой двигатель постоянного тока специальными устройствами (коммутаторами, контакторами или контроллерами), вы обеспечиваете мотору плавный пуск без рывков и долгий срок службы без поломок.

Источник

Ограничение величины пускового тока (момента) двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Схема ограничения величины пускового тока двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

I_н — ток номинальный.
I_пер — ток переключения.
I_п — ток пусковой.

Задаемся величиной пускового тока: I_п=2·I_н. Соединяем точку 1 с точкой ω₀ прямой линией. Для того чтобы с помощью системы управления электроприводом выключать часть сопротивлений из цепи якоря, выберем параметр, по которому будет вестись контроль за пуском двигателя. Обычно это ток переключения:

По мере увеличения скорости вращения двигателя ток в цепи якоря уменьшается и когда достигнет значения тока переключения в точке 2 срабатывает схема и замыкает контакт КМ1.

Так как электропривод обладает определенным запасом электрической энергии, скорость вращения двигателя в точке переключения 2 мгновенно измениться не может, поэтому мгновенно меняется ток, из точки 2 он переходит в точку 3, бросок идет до I_п. Когда достигается точка 4, опять срабатывает схема управления и замыкается контакт КМ2, и далее по аналогии. В итоге достигаем точки а.

Статическая пусковая диаграмма двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при ограничении величины пускового тока.

Если из точки 6 не попадаем в точку a, нужно менять значения либо тока переключения, либо пускового тока.

Источник

7. Чем опасен большой пусковой ток для двигателя? Какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях по­стоянного тока?

Ток якоря двигателя определяется формулой Iа = U – Eа/∑r.

Если при­нять U и ∑г неизменными, то ток 1_а зависит от противо-ЭДС Е_а. Наибольшего значения ток 1_а достигает при пуске двигателя в ход. В начальный момент пуска якорь двигателя неподвижен (п=0) и в его обмотке не индуцируется ЭДС (Е_а=0). Поэтому при непо­средственном подключении двигателя к сети в обмотке его якоря возникает пусковой ток Iа = U/∑r

Обычно сопротивление ∑r невелико, поэтому значение пус­кового тока достигает недопустимо больших значений, в 10—20 раз превышающих номинальный ток двигателя.

Такой большой пусковой ток весьма опасен для двигателя. Во-первых, он может вызвать в машине круговой огонь, а во-вторых, при таком токе в двигателе развивается чрезмерно большой пус­ковой момент, который оказывает ударное действие на вращаю­щиеся части двигателя и может механически их разрушить. И на­конец, этот ток вызывает резкое падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей, вклю­ченных в эту сеть. Поэтому пуск двигателя непосредственным подключением в сеть (безреостатный пуск) обычно применяют для двигателей мощностью не более 0,7—1,0 кВт. В этих двигате­лях благодаря повышенному сопротивлению обмотки якоря и не­большим вращающимся массам значение пускового тока лишь в 3—5 раз превышает номинальный, что не представляет опасности для двигателя. Что же касается двигателей большей мощности, то при их пуске для ограничения пускового тока используют пуско­вые реостаты (ПР), включаемые последовательно в цепь якоря (реостатный пуск). Сопротивление пус­кового реостата выбирают обычно таким, чтобы наибольший пус­ковой ток превышал номинальный не более чем в 2—3 раза.

Для пуска двигателей большей мощности применять пусковые реостаты нецелесообразно, так как это вызвало бы значительные потери энергии. Кроме того, пусковые реостаты были бы громозд­кими. Поэтому в двигателях большой мощности применяют без­реостатный пуск двигателя путем понижения напряжения. Приме­рами этого являются пуск тяговых двигателей электровоза переключением их с последовательного соединения при пуске на параллельное при нормальной работе или пуск двига­теля в схеме «генератор—двигатель».

8. Что такое универсальный коллекторный двигатель (укд)? Каковы его конструктивные особенности? Укажите достоинства и недостатки укд.

Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично

Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации.

Универсальный коллекторный двигатель дороже двига­теля постоянного тока и имеет худшие рабочие характеристики.

Если сравнить его с асинхронным двигателем, он также выше его по стоимости и менее надежен. Но универсальный кол­лекторный двигатель имеет ряд преимуществ:

как и асинхронный, может работать в сети переменного тока. Это важно, потому что все коммунально-бытовые потреби­тели имеют только переменное напряжение;

механическая характеристика у него значительно лучше (жестче), чем у асинхронного двигателя;

возможности регулирования частоты вращения лучше, чем у асинхронного.

Таким образом, универсальный коллекторный двигатель имеет все преимущества двигателя постоянного тока, но может работать на переменном. Этим и обусловлена область применения универсальных коллекторных двигателей: их применяют для привода бытовых электроприборов, различного электроинстру­мента и т.д.

Источник