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他励直流电动机串电阻起动
1 增加电枢电阻起动
在实际中,如果能够做到适当选用各级起动电阻,那么串电阻起动由于其起动设备简单、经济和可靠,同时可以做到平滑快速起动,因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机,对起动电阻的级数要求也不尽相同。
下面仅以直流他励电动机电枢回路串电阻起动为例说明起动过程。
(1) 启动过程分析
如图4(a)所示,当电动机已有磁场时,给电枢电路加电源电压U。触点KM1、KM2均断开,电枢串入了全部附加电阻RK1+RK2 ,电枢回路总电阻为Ral=ra+RK1 +RK2。这是启动电流为
==
与起动电流所对应的起动转矩为T1。对应于由电阻所确定的人为机械特性如图4(b)中的曲线1所示。
(a) 电路图 (b) 特性图
图4 直流他励电动机分二级起动的电路和特性
根据电力拖动系统的基本运动方程式
T-TL=J
式中 T——电动机的电磁转矩;
TL——由负载作用所产生的阻转矩;
J——电动机的转动惯量;
由于起动转矩T1大于负载转矩TL,电动机受到加速转矩的作用,转速由零逐渐上升,电动机开始起动。在图4(b)上,由a点沿曲线1上升,反电动势亦随之上升,电枢电流下降,电动机的转矩亦随之下降,加速转矩减小。上升到b点时,为保证一定的加速转矩,控制触点KM1闭合,切除一段起动电阻RK1。b点所对应的电枢电流I2称为切换电流,其对应的电动机的转矩T2称为切换转矩。切除后,电枢回路总电阻为Ra2=ra+。这时电动机对应于由电阻Ra2所确定的人为机械特性,见图4(b)中曲线2。在切除起动电阻RK1的瞬间,由于惯性电动机的转速不变,仍为nb,其反电动势亦不变。因此,电枢电流突增,其相应的电动机转矩也突增。适当地选择所切除的电阻值,使切除后的电枢电流刚好等于,所对应的转矩为T2,即在曲线2上的c点。又有T1T2,电动机在加速转矩作用下,由c点沿曲线2上升到d点。控制点KM2闭合,又切除一切起动电阻。同理,由d点过度到e点,而且e点正好在固有机械特性上。电枢电流又由I2突增到,相应的电动机转矩由T2突增到T1。T1 TL,沿固有特性加速到g点T=TL,n=ng电动机稳定运行,起动过程结束。
在分级起动过程中,各级的最大电流I1(或相应的最大转矩T2)及切换电流 (或与之相应的切换转矩T2)都是不变的,这样,使得起动过程有较均匀的加速。
要满足以上电枢回路串接电阻分级起动的要求,前提是选择合适的各级起动电阻。下面讨论应该如何计算起动电阻。
(2) 起动电阻的计算
在图4(b)中,对a点,有=
即 Ra1=
当从曲线1(对应于电枢电路总电阻 Ra1=ra++)转换得到曲线2(对应于总电阻Ra2=ra+)时,亦即从点转换到点时,由于切除电阻RK1进行很快,如忽略电感的影响,可假定nb=nc,即电动势Eb=Ec,这样在点有=
在c点 =
两式相除,考虑到Eb=Ec,得
同样,当从d点转换到e点时,得 =
这样,如图4所示的二级起动时,得 =
推广到m级起动的一般情况,得===…==
式中为最大起动电流与切换电流之比,称为起动电流比(或起动转矩比),它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。
由此可以推出 =
式中m为起动级数。由上式得
=
如给定 ,求m,可将式=取对数得
m=
由式===…==可得每级电枢回路总电阻进而求出各级启动电阻为:
=Ra1-Ra2
=Ra2-Ra3
=Ra3-Ra4
R(m-1)=R a(m-1)-Ram
Rm=Ram-ra
起动最大电流及切换电流I2按生产机械的工艺要求确定,一般
=(1.5~2.0)
=(1.1~1.2)
以及电动机相应的转矩
T1=(1.5~2.0)
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