Avviamento, inversione e arresto di motori a corrente continua

L'avviamento di un motore in corrente continua, collegandolo direttamente alla tensione di rete, è consentito solo per motori di bassa potenza. In questo caso la corrente di picco all'inizio dell'avviamento può essere dell'ordine di 4 - 6 volte quella nominale. L'avviamento diretto di motori CC con potenza significativa è del tutto inaccettabile, poiché la corrente di avviamento qui sarà pari a 15-50 volte la corrente nominale. Pertanto, l'avviamento di motori di media e grande potenza viene effettuato utilizzando un reostato di avviamento, che limita la corrente durante l'avviamento ai valori consentiti per commutazione e resistenza meccanica.

Eseguire reostati realizzati con filo o nastro ad alta resistenza divisi in sezioni. I fili sono collegati a bottoni di rame o contatti piatti nei punti di transizione da una sezione all'altra. La spazzola di rame sul braccio rotante del reostato si muove lungo i contatti. I reostati possono avere altri design.La corrente di eccitazione all'avvio del motore ad eccitazione parallela è impostata in modo corrispondente al funzionamento normale, il circuito di eccitazione è collegato direttamente alla tensione di rete, in modo che non vi sia alcuna caduta di tensione dovuta alla caduta di tensione nel reostato (vedere Fig. 1 ).

La necessità di una normale corrente di eccitazione è dovuta al fatto che all'avvio del motore deve essere sviluppata la massima coppia consentita Mem possibile, necessaria per garantire una rapida accelerazione. L'avviamento di un motore CC viene effettuato riducendo successivamente la resistenza del reostato, solitamente spostando la leva del reostato da un contatto fisso del reostato a un altro e spegnendo le sezioni; la riduzione della resistenza può essere effettuata anche cortocircuitando le sezioni con contattori che vengono attivati ​​secondo un dato programma.

All'avviamento manuale o automatico la corrente passa da un valore massimo pari a 1,8 - 2,5 volte il valore nominale all'inizio del funzionamento per una data resistenza del reostato ad un valore minimo pari a 1,1 - 1,5 volte il valore nominale alla fine in funzione e prima di passare ad un'altra posizione del reostato di avviamento. La corrente di armatura dopo l'avvio del motore con la resistenza del reostato rp è

dove Uc è la tensione di linea.

Dopo l'accensione, il motore inizia ad accelerare finché non si verifica la forza controelettromotrice E e la corrente di armatura diminuisce. Dato che le caratteristiche meccaniche n = f1 (Mн) e n = f2 (II am) sono praticamente lineari, allora durante l'accelerazione si avrà un aumento della velocità di rotazione secondo una legge lineare dipendente dalla corrente di armatura (Fig. 1 ).

Riso. 1. Schema di avviamento del motore CC

Il diagramma di partenza (Fig.1) per diverse resistenze nell'armatura è un segmento di caratteristiche meccaniche lineari. Quando la corrente di armatura IХ diminuisce al valore Imin, la sezione del reostato con resistenza r1 viene spenta e la corrente aumenta al valore

dove E1 — EMF nel punto A della caratteristica; r1 — resistenza della sezione disconnessa.

Il motore viene quindi nuovamente accelerato fino al punto B e così via fino a raggiungere la caratteristica naturale quando il motore viene commutato direttamente alla tensione Uc. I reostati di partenza sono progettati per riscaldarsi per 4-6 avviamenti consecutivi, quindi è necessario assicurarsi che alla fine dell'avvio il reostato di partenza sia completamente rimosso.

Quando viene arrestato, il motore viene scollegato dalla fonte di alimentazione e il reostato di avviamento si accende completamente: il motore è pronto per il prossimo avvio.Per eliminare la possibilità di grandi campi elettromagnetici di autoinduzione quando il circuito di eccitazione è interrotto e quando è disconnesso, il circuito può essere chiuso alla resistenza di scarica.

Negli azionamenti a velocità variabile, i motori CC vengono avviati aumentando gradualmente la tensione della sorgente di alimentazione in modo che la corrente di avviamento sia mantenuta entro i limiti richiesti o rimanga approssimativamente costante per la maggior parte del tempo di avviamento. Quest'ultimo può essere eseguito controllando automaticamente il processo di modifica della tensione della fonte di alimentazione nei sistemi di retroazione.

Avviamento di motori a corrente continua con eccitazione in serie realizzati anche con avviatori. Il diagramma di avviamento rappresenta i segmenti della caratteristica meccanica non lineare per diverse resistenze di armatura.L'avviamento a potenze relativamente basse può essere effettuato manualmente ea potenze elevate cortocircuitando le sezioni del reostato di avviamento con contattori che si attivano quando azionati manualmente o automaticamente.

L'inversione - modifica del senso di rotazione del motore - avviene modificando la direzione della coppia. Per fare ciò, è necessario cambiare la direzione del flusso magnetico del motore DC, cioè cambiare il campo o l'avvolgimento dell'indotto, mentre la corrente nell'altra direzione scorrerà nell'indotto. Quando si commuta sia il circuito di eccitazione che l'armatura, la direzione di rotazione rimarrà la stessa.

L'avvolgimento di campo di un motore a campo parallelo ha una notevole riserva di energia: la costante di tempo dell'avvolgimento è di secondi per i motori ad alta potenza. La costante di tempo dell'avvolgimento dell'indotto è molto più breve. Pertanto, per effettuare la virata il più rapidamente possibile, l'ancora viene cambiata. Solo dove non è richiesta alcuna velocità, l'inversione può essere effettuata commutando il circuito di eccitazione.

L'eccitazione reversibile dei motori può essere eseguita commutando l'avvolgimento di campo o l'avvolgimento dell'indotto, poiché le riserve di energia negli avvolgimenti di campo e dell'indotto sono piccole e le loro costanti di tempo sono relativamente piccole.

Quando si inverte un motore ad eccitazione parallela, l'indotto viene prima diseccitato e il motore viene arrestato meccanicamente o commutato su arresto. Dopo la fine del ritardo, l'indotto viene commutato, se non era impegnato durante il ritardo, e viene effettuato un avvio nell'altro senso di rotazione.

L'inversione di un motore ad eccitazione in serie viene eseguita nella stessa sequenza: spegnimento - arresto - commutazione - avvio nell'altra direzione. Nei motori ad eccitazione mista in senso inverso, l'indotto o l'avvolgimento in serie devono essere commutati insieme al parallelo.

La frenatura è necessaria per ridurre il tempo di arresto dei motori, che in assenza di frenatura può essere inaccettabilmente lungo, e per fissare gli attuatori in una certa posizione. I motori a corrente continua con frenatura meccanica vengono generalmente realizzati posizionando le pastiglie dei freni sul disco del freno. Lo svantaggio dei freni meccanici è che il momento frenante e il tempo di frenata dipendono da fattori casuali: la penetrazione di olio o umidità nel disco del freno e altri. Pertanto, tale frenata viene utilizzata quando il tempo e la distanza di arresto non sono limitati.

In alcuni casi, dopo una frenata elettrica preliminare a bassa velocità, è possibile arrestare con precisione il meccanismo (ad esempio il sollevamento) in una determinata posizione e fissarne la posizione in un determinato punto. Tale arresto viene utilizzato anche in situazioni di emergenza.

La frenatura elettrica fornisce l'ottenimento sufficientemente accurato del momento frenante necessario, ma non può garantire il fissaggio del meccanismo in un determinato punto. Pertanto, la frenatura elettrica, se necessario, è integrata da una frenatura meccanica, che ha effetto dopo la fine dell'elettrica.

La frenatura elettrica si verifica quando la corrente scorre in base all'EMF del motore. Ci sono tre modi per fermarsi.

Motori DC frenanti con ritorno di energia alla rete.In questo caso, l'EMF E deve essere maggiore della tensione della fonte di alimentazione US e la corrente fluirà nella direzione dell'EMF, essendo la corrente di modo del generatore. L'energia cinetica immagazzinata sarà convertita in energia elettrica e parzialmente restituita alla rete. Lo schema di collegamento è mostrato in fig. 2, un.

Riso. 2. Schemi di frenatura elettrica dei motori a corrente continua: I - con ritorno di energia alla rete; b — con opposizione; c — frenatura dinamica

L'arresto del motore CC può essere effettuato quando la tensione di alimentazione diminuisce in modo tale che Uc <E, nonché quando i carichi in un paranco vengono abbassati e in altri casi.

La frenatura inversa viene eseguita commutando il motore rotante nella direzione di rotazione opposta. In questo caso si aggiungono l'EMF E e la tensione Uc nell'armatura e per limitare la corrente I si deve includere un resistore con una resistenza iniziale

dove Imax è la massima corrente consentita.

L'arresto è associato a grandi perdite di energia.

La frenatura dinamica dei motori CC viene eseguita quando il resistore rt è collegato ai terminali del motore eccitato rotante (Fig. 2, c). L'energia cinetica immagazzinata viene convertita in energia elettrica e dissipata nell'armatura sotto forma di calore. Questo è il metodo di sospensione più comune.

Circuiti per l'accensione di un motore CC con eccitazione parallela (indipendente): a - circuito di commutazione del motore, b - circuito di commutazione durante la frenatura dinamica, c - circuito di opposizione.