Способы ограничения пускового тока дпт

Пуск электродвигателя постоянного тока

Подписка на рассылку

При подаче напряжения на электродвигатель происходит скачок напряжения, который называется пусковым током. Пусковой ток часто выше номинального от 5 до 10 раз, но отличается своей кратковременностью.

Процессы, протекающие при пуске двигателя

Когда на обмотке статора увеличивается токовая нагрузка, одновременно с этим увеличивается крутящий момент двигателя, передающийся на вал ротора. Резкое увеличение крутящего момента может вызвать резкое повышение температуры обмотки статора и привести к неисправностям в изоляции, что может стать причиной вибраций, механических деформаций и выхода двигателя из строя.

Чтобы избежать поломки электродвигателя, сразу после начала его работы пусковой ток понижается до номинальных частот вращения. Для снижения пускового тока применяют несколько способов, которые также позволяют стабилизировать напряжение электропитания. Существует несколько способов запуска двигателей постоянного тока.

Прямой пуск электродвигателя постоянного тока

При прямом пуске подключение обмотки якоря происходит непосредственно к электрической сети. Это означает, что двигатель подключается к источнику электропитания при своем номинальном напряжении. Прямой пуск электродвигателя используется, когда есть стабильное питание двигателя, который жестко связан с приводом. Это один из самых простых методов пуска.

Преимуществом прямого пуска является то, что при таком запуске температура повышается не столь значительно, если сравнивать с другими методиками. Если отсутствуют специальные ограничения на поступающий от электросети ток, то такой способ считается наиболее предпочтительным. Те электродвигатели, что предназначаются для частых пусков и отключений, оборудуются специальной системой управления, с контактором и термореле, которые защищают прибор от поломки.

Если электродвигатели имеют малую мощность и работают без частых остановок и пусков, то для его включения требуется самое примитивное оборудование. Обычно им является вручную работающий расцепитель. При такой схеме непосредственно на сами клеммы двигателя и подается напряжение. Для электродвигателей небольших размеров пусковой момент составляет 150–300 % от номинального, а сам пусковой ток — 300–800%.

Прямой пуск имеет то ограничение, что пик нагрузки некоторых крупных двигателей может быть в 15, а иногда и в 50 раз больше номинального. Такие нагрузки совершенно недопустимы, поэтому такой способ пуска применяется лишь на двигателях малой мощности.

Реостатный пуск электродвигателя постоянного тока

Реостатный пуск, в отличие от прямого, не имеет ограничений на мощность двигателя, поэтому его часто применяют на приборах большой мощности. Реостат для пуска изготавливается из провода, который имеет высокое удельное сопротивление и разделен на секции. Ток возбуждения, который возникает при включении двигателя, устанавливается таким образом, чтобы соответствовать номинальным значениям. Это необходимо для того, чтобы при пуске развивался максимально большой допустимый момент, что необходимо для быстрого разгона двигателя.

Реостатный пуск осуществляется вместе с последовательным уменьшением сопротивления реостата, что позволяет не допускать скачков электрического тока и гарантирует безопасность при включении даже самых мощных электродвигателей.

Пуск электродвигателя путем изменения питающего напряжения

Пуск путем изменения питающего напряжения является еще одним способом начать работу электродвигателя. При использовании реостатного пуска могут возникнуть большие потери энергии непосредственно в самом пусковом реостате. Для того чтобы избежать этих потерь и повысить экономичность и энергоэффективность, двигатель запускается с помощью очень плавного постепенного повышения напряжения, которое подается на обмотку якоря. Для такого способа требуется отдельный источник постоянного тока, с помощью которого можно регулировать напряжение. Для этого используют генераторы и управляемые выпрямители. Пуск путем изменения питающего напряжения двигателя является обычной практикой на тепловозах.

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.

Активное пусковое сопротивление чаще всего бывает ступенчатого типа.

Основное преимущество ступенчатого пускового сопротивления => в процессе запуска мотора можно изменять силу пускового тока постепенно. Чтобы включить/выключить отдельные ступени, используются такие приспособления как:

• Контроллер;
• Контактор;
• Коммутатор.

Рассмотрим каждый по отдельности.

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.

Как управлять контроллером? Очень легко. Управление происходит ручным методом (вращение рукоятки), механическим (используется маховик), либо электронное — посредством внешних электрических сигналов и/или коммуникационных интерфейсов. Распространено также дистанционное управление двигателем (или мотор-редуктором ), такое управление подразумевает передачу данных контроллеру по радиоканалу.

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.

Контактор
Контактором является электрический аппарат электромагнитного характера, который используется для управления электрическими машинами (электродвигателями) дистанционно. Предназначается для частого включения/выключения (до 1500 в час).
Контакторы бывают:

• Однополюсные;
• Многополюсные.

Однополюсные состоят из двух контактов – подвижного и неподвижного. Одно- и двухполюсные контакторы подходят для постоянного электрического тока, то есть могут монтироваться в двигатель постоянного тока , а многополюсные подходят для переменного тока. 600 размыканий в час – нормальный показатель при правильной эксплуатации.

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.

Важно! Чтобы механизм прослужил как можно дольше, мотор-редуктор должен иметь качественную систему охлаждения.
Охлаждение редуктора может быть:

• Воздушное;
• Водяное;
• Масляное.

Способ охлаждения зависит от типа двигателя и его конструкционных особенностей.

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

Современные способы ограничения пусковых токов в источниках электропитания

В настоящее время импульсные источники питания (ИП) широко распространены во многих областях техники и повседневной жизни. Будучи импульсными устройствами, они генерируют значительный уровень помех как в сеть, так и в окружающее пространство. Обладая конечным и неравномерным импедансом в частотном диапазоне, сеть не способна эффективно обеспечить достаточный уровень быстропеременных токов, необходимый импульсному устройству. Для решения этой проблемы применяют емкостные накопители электрической энергии — конденсаторы с низким импедансом в широком диапазоне частот.

Для улучшения массогабаритных показателей ИП класса DC/DC разработчики увеличивают рабочую частоту преобразования, что позволяет обойтись небольшой суммарной емкостью на входе, и применяют, как правило, керамические или танталовые конденсаторы. Однако повышение их мощности влечет возрастание входных емкостных накопителей энергии.

Основное количество ИП класса AC/DC, присутствующих на рынке, рассчитано на сети 220, 380 В, 50 Гц, реже — на 115 В, 400 Гц. Наличие входного напряжения низкой частоты диктует применение уже более значительных емкостных накопителей на входе для фильтрации пульсаций тока и поддержания корректной работы устройства. Поэтому проблема ограничения пусковых токов характерна для обоих классов ИП.

На сеть 220 В, 50 Гц и гостовский диапазон входного напряжения обычно устанавливают 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности. Для указанной сети с расширенным диапазоном напряжения требуются уже значения 2 мкФ и более. В обоих случаях используют алюминиевые электролитические конденсаторы. Нетрудно подсчитать, сколь большой энергией должны обладать емкостные накопители. ИП с активным корректором коэффициента мощности на входе, а также на трехфазные сети 380 В, 50 Гц и 115 В, 400 Гц нужна несколько меньшая величина минимальной входной емкости. Но в любом случае суммарная энергоемкость становится значительной. В момент подачи входного напряжения возникают большие пусковые токи, нарушающие работу соседних устройств за счет сильных помех и провалов напряжения, и могут вывести из строя сам ИП. Наличие высокого напряжения и чрезвычайно низкого сопротивления входных цепей вызывает неограниченные токи, способные вывести из строя выпрямительный мост и значительно сократить ресурс входных конденсаторов из-за токовых перегрузок. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные способы решения этой проблемы.

Пожалуй, самый простой и распространенный способ ограничения пускового тока — применение низкоомного терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), включенного последовательно в цепь выпрямительного моста (рис. 1.).

Рис. 1. Ограничение пускового тока NTC-терморезистором

В нормальных климатических условиях (НКУ) и в зависимости от типа терморезистора R сопротивление может находиться в пределах 0,7–400 Ом. Начальное сопротивление в НКУ выбирают в зависимости от требований на максимальный пусковой ток. В момент включения сопротивление терморезистора большое и происходит эффективное токоограничение. Разогреваясь под действием тока заряда конденсатора С, а затем и нагрузки, терморезистор уменьшает свое сопротивление в 15–100 раз, что позволяет очень быстро зарядить емкость, запустить источник и в дальнейшем мало влияет на работу схемы.

Простота и дешевизна метода, однако, имеет ряд существенных недостатков. Наличие в схеме в рабочем состоянии элемента с температурой, превышающей +130 °С, предполагает соблюдение определенных требований по локализации точки нагрева на печатной плате для исключения влияния на чувствительные к теплу радиоэлементы. Типичная температура работы большинства пусковых терморезисторов находится в диапазоне +130…+160 °С. При увеличении мощности ИП потери на терморезисторе возрастают.

Наблюдается значительная тепловая инерция, которая преимущественно зависит от размера последнего. Если для дисковых терморезисторов диаметром 5 мм постоянная времени составляет около 20–25 с, то уже для диаметра 25 мм она достигает 2,5 мин. Если источник выключить и в течение 1–2 мин или менее включить повторно, зарядный ток будет не нормирован. Возможно повреждение выпрямительного моста и, как следствие, снижение надежности источника.

Если ИП предполагает работу в широком диапазоне температур, например –60…+85 °С, то возникает ряд проблем. Запуск при «глубоком» минусе может не состояться, или время окажется недопустимо большим. При высокой температуре во время включения возникают значительные перегрузки выпрямительного моста. Все это сужает диапазон применения метода.

Для примера рассмотрим терморезисторы SCK05101, SCK10123, SCK15125 фирмы Thinking Electronic Industrial. Изготовитель ограничил температурный диапазон нижней границей –40 °С, и в этой точке значения составляют приблизительно 120, 180 и 200 Ом соответственно. В установившемся режиме термо­резистор работает при температуре выше +130 °С и указанные сопротивления особой роли не играют, разве только в момент запуска источника питания. Если требуется более широкий диапазон рабочих температур, то знание начальных сопротивлений при крайних значениях становится актуальным.

Справочные и измеренные данные по термо­резисторам сведены в таблицу 1.

Источник

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:

• Тестируемое устройство должно быть отключено изначально.
• Поверните циферблат и установите переключатель на Hz-A.
• Поместите провод под напряжением в клещи или используйте датчик, соединенный с измерителем.
• Нажмите кнопку измерения пускового тока, как показано на рисунке выше.
• Включив испытуемое устройство, вы получите значение пускового тока на дисплее прибора.

Источник