直流電動機起動電阻的確定

直流電動機起動電阻的確定摘要：直流電機起動過程中既要有足夠的轉(zhuǎn)矩，又要保證起動時間短，并且起動電流在允許范圍內(nèi)。本文根據(jù)直流電機起動過程中的起動方程式得到的轉(zhuǎn)速特性曲線，運用特性曲線研究直流電動機在滿足以上要求的情況下，計算限制電樞回路起動電流的串接電阻（起動電阻）的數(shù)值方法。關(guān)鍵詞：直流電機；起動電阻；計算直流電機從投入電網(wǎng)開始，由靜止達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程從直流電動機的基本方程式U=Ea＋I(xiàn)aRa看，起動瞬間，電機轉(zhuǎn)速n=0，反電動勢Ea=0。因此電樞電流Ia=（U-Ea）/Ra=U/Ra，由于Ra的數(shù)值一般很小，電樞電流將達(dá)到很大的數(shù)值，以致使電網(wǎng)電壓下降，電機電樞繞組發(fā)熱，并受到很大電磁力沖擊。因此要求起動時電流不超過允許范圍。但從電磁轉(zhuǎn)矩TM=CM①la來看,則又要求起動電流大些，才能得到較大的起動轉(zhuǎn)矩。（其中CM為直流電機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，①為每極磁通）。由此可見，以上兩個方面是矛盾的，因此，對直流電機的起動過程中有如下要求：（1）起動電流限制在允許范圍內(nèi)。（2）有足夠的起動轉(zhuǎn)矩。（3）起動時間短，符合產(chǎn)品技術(shù)要求。（4）起動設(shè)備簡單，經(jīng)濟可靠。直流電動機常用的起動方法有（1）全電壓啟動；（2）電樞電路串變阻器啟動；（3）降壓啟動。在工程中，用得最多的是電樞回路串變阻器啟動，本文只討論這種起動方法。串變阻器就是在起動過程中在電樞電路中串接可變電阻（稱起動電阻）以限制起動電流。如圖一所示：圖一R1、R2、R3、R4為串接電阻A、B、D、F、H、l為接觸器對于如圖所示的并勵電動機，起動電流ISTmax為IStmax=U/（Ra+》Rs）+lf=U/（Ra+》Rs）+U/Rf其中Ra電樞電阻U外加直流電壓ZRs一電樞回路串接電阻If勵磁電流Rf勵磁回路電阻直流電機起動時，先合上接觸器I，保證勵磁電路先接通，然后合上接觸器A,此時電機開始起動。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)起來后，隨著轉(zhuǎn)速n的上升，電樞電流la減小，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩跟著減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速緩慢下來，這樣勢必延長了起動時間，如果要求起動過程短，利用接觸器B動作，切除電阻，增大電樞電流，加速起動，這樣分幾級切除電樞回路電阻，使電機轉(zhuǎn)速n達(dá)到預(yù)定的數(shù)值。起動電阻與起動時間的計算并勵直流電動機起動瞬態(tài)的方程可以寫成以下形式其中R電樞回路電阻ia電樞電流La電樞電感eg---反電動勢（與速度有關(guān)）根據(jù)以上公式，在不同的轉(zhuǎn)速下，對于不同的電樞回路電阻值R,則可得到一組并勵電動機的速度——電流曲線。如圖二：圖二圖中橫軸代表電動機轉(zhuǎn)速相對于額定轉(zhuǎn)速的百分?jǐn)?shù)，縱軸表示電樞電流相對于額定電流的百分?jǐn)?shù)。并且限定啟動電流為150%Ie。一般情況下，直流電動機最初起動電流限制在兩倍額定電流范圍內(nèi)。而最大電流下的承受時間不大于5秒。假如要將起動電流限制在150%le，起動時間規(guī)定為2.5秒。那么若直流電壓U=120V，Ie=100A；則起動電流IStmax=150%le=150A。那么電樞回路總電阻為R=120/150=0.8歐姆。（由于勵磁回路電阻較電樞回路電阻大得多.所以通常不考慮勵磁電流）圖二中，A點表示當(dāng)圖一中接觸器A合上瞬間，馬達(dá)的速度和電流。很明顯此時速度n=0，電流為150A。然后馬達(dá)將沿著AO線加速，速度上升，而電流下降，當(dāng)電流到達(dá)100%le即B點時，合接觸器B，此時，形成第二次沖擊電流，到達(dá)圖二中C點，同樣，馬達(dá)的電流、速度將沿著CO下行，同樣的道理，當(dāng)電流到達(dá)100%le時，相繼分別合D、F、H接觸器。圖二中，直線KB表示電樞回路總的電阻（包括起動電阻（直線BJ表示）和回路本身電阻（直線KJ表示）），將電流限制在150A。那么第一步切除的電阻占起動電阻的百分比為：BD/BJ。同上，第二步切除的電阻占起動電阻的百分比為：DF/BJ。依次類推，可得出第三步、第四步的電阻所占百分比，如下表所示：假設(shè)我們認(rèn)為上述表中的100%歐姆值代表啟動的串接回路總電阻?；蛘連J代表總電阻0.8歐姆減去回路中的導(dǎo)線電阻，則串接的起動電阻值約為0.7歐姆。那么，根據(jù)上表，可以計算出每步切除電阻的數(shù)值為：根據(jù)總的起動時間為2.5秒，而第四步電阻切除后，只用去了82%的時間，（從圖二點H可以看出），因為在H點時所有電阻已經(jīng)被切除。所以總的時間為2.5x82%=2.05秒。因此，每步所用時間為：電機起動過程在圖一中，當(dāng)接觸器A閉合后，電機起動，同時起動第一個時間繼電器。當(dāng)電機電流到達(dá)電機額定電流時，第一個時間繼電器將使接觸器B閉合，同樣，當(dāng)R1、R2、R3、R4電阻都被短接后，電機將逐漸達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。起動設(shè)備要求在實際工作中，將數(shù)個0.1歐姆電阻做成一個電阻箱，每個電阻（0.1歐姆）兩端帶有端頭，這樣可以根據(jù)需要任意改變每一級的電阻值。時間繼電器選用型號為最小刻度為0.05秒、量程為5秒的繼電器。起動時測定時間與電流根據(jù)以上計算出的電阻值和時間，整定完電阻和時間繼電器后。在電機起動首次時，用一塊鉗形電流表和一個秒表，測定電流和時間。如果電流超過150A，則增大電樞回路串接電阻。如果電流在限定的范圍內(nèi)，并且起動時間也在要求之內(nèi)，則起動設(shè)備并調(diào)整完畢，否則，反復(fù)調(diào)整電阻與時間繼電器，直到滿足要求為止。在靖遠(yuǎn)工程中，運用此方法順利的完成了兩臺直流電機的起動；得到了令人滿意的效果。參考資