Методы запуска электродвигателя постоянного тока

Запуск электродвигателя постоянного тока отчасти отличается от запуска других видов электродвигателей. Разница заключается в том, что, в отличие от других типов двигателей, электродвигатель постоянного тока имеет очень большое значение пускового тока, которое, если его заранее не ограничить, потенциально может привести к повреждению внутренней цепи обмотки якоря электродвигателя.

Ограничение пускового тока можно осуществить с помощью стартера. Таким образом, отличительной чертой методов запуска электродвигателя постоянного тока является тот факт, что стартер может поспособствовать ограничению его пускового тока. Это соединённый последовательно к обмотке якоря прибор с переменным сопротивлением, который, учитывая аспект обеспечения безопасности электродвигателя постоянного тока, может быть использован целью ограничения его пускового тока до желаемого оптимального уровня.

Теперь вопрос звучит непосредственно: почему у электродвигателя постоянного тока такое большое значение пускового тока?

Чтобы ответить на данный вопрос нужно принять во внимание исходное рабочее напряжения для электродвигателя постоянного тока, которое задано следующим уравнением:

E = E_b + I_a R_a,

где Е – напряжение питания, I_a – ток в обмотке якоря электродвигателя, а R_a – сопротивление якорной обмотки. E_b — противоэдс.

Теперь значение противоэлектродвижущей силы электродвигателя постоянного тока очень похоже на значение электродвижной силы генератора постоянного тока, сгенерированной вращательным движением токонесущего якорного проводника при наличии тока возбуждения.

Противоэлектродвижущая сила электродвигателя постоянного тока задается следующим уравнением:

E_b = (P*∅*Z*N)/60A

и она играет основную роль при запуске электродвигателя постоянного тока.

Из данного уравнения мы видим, что E_b прямопропорциональный скорости электродвигателя N. Так как исходное значение N = 0, значение E_b также равно НУЛЮ, и при данном обстоятельстве уравнение напряжения преобразуется следующим образом:

E = 0 + I_a*R_a

Следовательно, I_a = Е/R_a

При всех практических попыток достижения оптимального режима работы двигателя, показатель сопротивления якорной обмотки сохраняется очень маленьким, порядка 0.5 Ω, а абсолютный минимум напряжения питания составляет 200 вольт. Даже при таких условиях пусковой ток (I_a) может достичь вплоть до 220/0.5 А = 440 А.

Такой большой показатель пускового тока электродвигателя постоянного тока создает две основные проблемы:

1. ток в порядке 440 ампер потенциально может привести к повреждению внутренней цепи обмотки якоря электродвигателя при самом начале его запуска;
2. согласно уравнению для вращающегося момента электродвигателя постоянного тока, где

Следовательно, I_a = Е/R_a ,

очень большое значение электромагнитного пускового тока электродвигателя создается посредством большого пускового тока, который потенциально может выработать большую центробежную силу, из-за которой роторная обмотка двигателя может легко слететь из пазов.

Методы запуска электродвигателя постоянного тока

Прямым следствием двух вышеупомянутых фактов (большой пусковой ток и большой пусковой вращающий момент электродвигателя пускового тока) может быть то, что, вся двигательная система подвергнется тотальной неупорядоченности, что в свою очередь приведёт к инженерному разгрому и нефункциональности. Чтобы не допустить такой инцидент, было придумано несколько методов запуска электродвигателя постоянного тока. Главным принципом здесь является добавление к якорной обмотки двигателя сопротивления по внешней цепи (R_ext), с целью увеличения сопротивления по переменному току (R_a + R_ext), чтобы ограничить ток в обмотке якоря к предельно допустимому значению. Новое значение пускового тока в обмотке якоря стало желательно низким, выходя из следующего уравнения:

Следовательно, I_a = Е/(R_a+R_ext) ,

Теперь, когда двигатель продолжает работать и увеличивать скорость, то противоэлектродвижущая сила тоже последовательно развивается и увеличивается, оказывая противодействие напряжению питания, в итоге снижая рабочее напряжение в сети. Таким образом, получается следующее уравнение:

Следовательно, I_a = (Е — E_b)/(R_a+R_ext) ,

Теперь, чтобы удержать предельно допустимое значение тока обмотки якоря, нужно постепенно уменьшать показатель Rext , пока он не дойдет до нуля, и все это при максимальной противоэлектродвижущей силе. При запуске электродвигателя постоянного тока, стартер способствует регулированию сопротивления по внешней цепи.

Стартеры бывают разных видов и принцип их работы очень сложен, и нуждается в объяснении. Вкратце, основные виды стартеров, используемые в промышленности, можно изобразить следующим образом:

1. стартер с 3 зажимами;
2. стартер с 4 зажимами (используется для запуска электродвигателя шунтового возбуждения и двигателя постоянного тока смешанного возбуждения);
3. стартер двигателя постоянного тока серийного возбуждения без катушки сброса нагрузки.

Все они играют очень важную роль при ограничении пускового тока электродвигателя, чтобы обеспечить надежный запуск и эксплуатацию самого двигателя.