他励直流电动机的起动

时间:2015-09-20 17:15 来源:自动控制网

　　电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。电动机在起动瞬间（n=0）的电磁转矩称为起动转矩T_st，起动瞬间的电枢电流称为起动电流I_st。起动转矩为
　　T_st=C_TΦI_st如果他励直流电动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬间n=0， Ea=0，故起动电流为
　　

　　因为电枢电阻R_a很小，所以，直接起动电流将达到很大的数值，通常可达到（10~20）I_N。过大的起动电流会引起电网电压下降，影响电网上其他用户；使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除了个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不允许直接起动的。
　　对直流电动机的起动，一般有如下要求：
　　（1）要有足够大的起动转矩。
　　（2）起动电流要限制在一定的范围内。
　　（3）起动设备要简单、可靠。
　　为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻起动或降低电枢电压起动。无论采用哪种起动方法，起动时都应保证电动机的磁通达到最大值。这是因为在同样的电流下，Φ大则T_st大；而在同样的转矩下，Φ大则I_st可以小一些。
　　1．电枢回路串电阻起动
　　电动机起动前，应使励磁回路调节电阻R_st=0，这样励磁电流I_f最大，使磁通Φ最大。电枢回路串接起动电阻R_st，在额定电压下的起动电流为
　　　　

　　式中，R_st值应使I_st不大于允许值。对于普通直流电动机，一般要求I_st≦（1.5~2）I_N。
　　在起动电流产生的起动转矩作用下，电动机开始转动并逐渐加速，随着转速的升高，电枢电动势（反电动势）E_a逐渐增大，使电枢电流逐渐减小，这样转速的上升就逐渐缓慢下来。为了缩短起动时间，保持电动机在起动过程中的加速不变，就要求在起动过程中电枢电流维持不变，因此随着电动机转速的升高,应将起动电阻平滑地切除，最后使电动机转速达到运行值。
　　实际上，平滑地切除电阻是不可能的，一般是在电阻回路中串入多级(通常是2~5级)电阻，在起动过程中逐级加以切除。起动电阻的级数越多，起动过程就越快且越平稳，但所需要的控制设备就越多，投资也越大。
　　　　　　　　　　　　

　　他励直流电动机三级电阻起动
　　起动开始时，接触器的触点S闭合，而S1、S2、S3断开，额定电压加在电枢回路总电阻R₃（R₃=R_a+R_st1+R_st2+R_st3）上，起动电流为

，此时起动电流I1和起动转矩T1均达到最大值（通常取额定值的二倍左右）。接入全部起动电阻时的人为特性如图1—37（b）中的曲线1所示。起动瞬间对应的a点，因为起动转矩T₁大于负载转矩T_L，所以电动机开始加速，电动势E_a逐渐增大，电枢电流和电磁转矩逐渐减小，工作点沿曲线1箭头方向移动。当转速升高到n₁、电流降至I₂、转矩减至T₂（图中b点）时，触点S3闭合，切除电阻R_st3。I₂称为切换电流，一般取I₂=（1.1~1.2）I_N，T₂=（1.1~1.2）T_N。切除R_st3后，电枢回路电阻减小为R₂=R_a+R_st1+R_st2，与之对应的人为特性如图中的曲线2。在切除电阻瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，所以电动机的工作点由b点沿水平方向跃变到曲线2上的c点。选择适当的各级起动电阻，可使c点的电流仍为I₁，这样电动机又处在最大转矩T₁下进行加速，工作点沿曲线2箭头方向移动。当到达d点时，转速升至n₂，电流又降至I₂，转矩也降至T₂，此时触电S₂闭合，将R_st2切除，电枢回路电阻变为R₁=R_a+R_st1，工作点由d点平移到人为特性曲线3上的e点。e点的电流和转矩仍为最大值，电动机又处在最大转矩T₁下加速，工作点在曲线3上移动。当转速升至n₃时，即在f点切除最后一级电阻R_st1后，电动机将过渡到固有特性上，并加速到h点处于稳定运行，起动过程结束。
　　 2．降压起动
　　当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流便随电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，从而保证电动机按需要的加速度升速。降压起动虽然需要专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程中能量损耗小，因而得到了广泛的应用。