что такое пусковой реостат
Пусковые и регулировочные реостаты: схемы включения
Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов и благодаря этому регулировать переменный и постоянный ток и напряжение.
Металлические реостаты с воздушным охлаждением получили наибольшее распространение. Их легче всего приспособить к различным условиям работы как в отношении электрических и тепловых характеристик, так и в отношении различных конструктивных параметров. Реостаты могут выполняться с непрерывным или со ступенчатым изменением сопротивления.
Переключатель ступеней в реостатах выполняется плоским. В плоском переключателе подвижный контакт скользит по неподвижным контактам, перемещаясь при этом в одной плоскости. Неподвижные контакты выполняются в виде болтов с плоскими цилиндрическими или полусферическими головками, пластин или шин, располагаемых по дуге окружности в один или два ряда. Подвижный скользящий контакт, называемый обычно щеткой, может выполняться мостикового или рычажного типа, самоустанавливающимся или несамоустанавливающимся.
Несамоустанавливающийся подвижный контакт проще по конструкции, но ненадежен в эксплуатации ввиду частого нарушения контакта. При самоустанавливающемся подвижном контакте всегда обеспечиваются требуемое контактное нажатие и высокая надежность в эксплуатации. Эти контакты получили преимущественное распространение.
Достоинствами плоского переключателя ступеней реостата являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшие габариты при большом числе ступеней, малая стоимость, возможность установки на плите переключателя контакторов и реле для отключения и защиты управляемых цепей. Недостатки — сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения.
Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Это позволяет при кратковременных режимах резко увеличивать нагрузку на резисторы, а следовательно, сократить расход резистивного материала и габариты реостата. Погружаемые в масло элементы должны иметь как можно большую поверхность, чтобы обеспечить хорошую теплоотдачу. Закрытые резисторы погружать в масло нецелесообразно. Погружение в масло защищает резисторы и контакты от вредного воздействия окружающей среды в химических и других производствах. Погружать в масло можно только резисторы или резисторы и контакты.
Отключающая способность контактов в масле повышается, что является достоинством этих реостатов. Переходное сопротивление контактов в масле возрастает, но одновременно улучшаются условия охлаждения. Кроме того, за счет смазки можно допустить большие контактные нажатия. Наличие смазки обеспечивает малый механический износ.
Для длительных и повторно-кратковременных режимов работы реостаты с масляным охлаждением непригодны ввиду малой теплоотдачи с поверхности бака и большой постоянной времени охлаждения. Они применяются в качестве пусковых реостатов для асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью до 1000 кВт при редких пусках.
Наличие масла создает и ряд недостатков: загрязнение помещения, повышение пожарной опасности.
Рис. 1. Реостат с непрерывным изменением сопротивления
Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. 1. На каркасе 3 из нагревостойкого изоляционного материала (стеатит, фарфор) намотана проволока резистора 2. Для изоляции витков друг от друга проволоку оксидируют. По резистору и направляющему токоведущему стержню или кольцу 6 скользит пружинящий контакт 5, соединенный с подвижным контактом 4 и перемещаемый при помощи изолированного стержня 8, на конец которого надевается изолированная рукоятка (на рисунке рукоятка снята). Корпус 1 служит для сборки всех деталей и крепления реостата, а пластины 7 — для внешнего присоединения.
Схемы включения пусковых и регулировочных реостатов
На рисунке 2 показана схема включения с помощью реостата двигателя постоянного тока небольшой мощности.
Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 реостата находится на холостом контакте 0. Затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rп. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т. д., пока он не окажется на рабочем контакте.
Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах : в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.
Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.
При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.
Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием толь ко двух зажимов — Л и Я.
Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 3 и 4 ) состоят из набора резисторов 1 и ступенчатого переключающего устройства.
Переключающее устройство состоит из неподвижных контактов и подвижного скользящего контакта и привода. В пускорегулирующем реостате (рис. 3 ) к неподвижным контактам присоединены полюс Л1 и полюс якоря Я, отводы от элементов сопротивлений, пусковых и регулировочных, согласно разбивке по ступеням и другие управляемые реостатом цепи. Подвижный скользящий контакт производит замыкание и размыкание ступеней сопротивления, а также всех других управляемых реостатом цепей. Привод реостата может быть ручной (при помощи рукоятки) и двигательный.
Реостаты по типу приведенных на рис. 2 и 3 нашли широкое распространение. Их конструкции обладают, однако, некоторыми недостатками, в частности большим числом крепежных деталей и монтажных проводов, особенно в реостатах возбуждения, которые имеют большое число ступеней.
Рис. 5 Схема включения маслонаполненного регулировочного реостата
Реостат состоит из встроенных в бак и погруженных в масло пакетов резисторов и переключающего устройства. Пакеты резисторов набираются из штампованных из электротехнической стали элементов и крепятся к крышке бака. Переключающее устройство — барабанного типа, представляет собой ось с закрепленными на ней сегментами цилиндрической поверхности, соединенными по определенной электрической схеме. На неподвижной рейке укреплены соединенные с резисторными элементами неподвижные контакты. При повороте оси барабана (маховиком или двигательным приводом) сегменты как подвижные скользящие контакты перемыкают те или иные неподвижные контакты и тем самым меняют значение сопротивления в цепи ротора.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Пусковые реостаты
Пусковые реостаты и пусковая часть пускорегулирующего реостата для уменьшения габаритов должны иметь большую постоянную времени. Эти реостаты предназначены для работы в кратковременном режиме, и требования повышенной стабильности сопротивления к ним не предъявляются. Согласно существующим нормам пусковой реостат нагревается до предельной температуры после трех пусков с интервалами между пусками, равными двойному времени пуска.
Ко всем остальным реостатам предъявляются требования стабильности сопротивления и они рассчитаны на работу в длительном режиме. В электроприводе наиболее распространены реостаты с переключаемыми металлическими резисторами. Для переключения используются плоские, барабанные и кулачковые контроллеры (при больших мощностях).
По виду теплоотвода реостаты могут быть с естественным воздушным или масляным охлаждением, с принудительным воздушным, масляным или водяным охлаждением.
Конструкция реостатов с естественным воздушным охлаждением
В реостатах с естественным воздушным охлаждением переключающее устройство и резисторы располагаются так, чтобы конвективные потоки воздуха, перемещаясь снизу вверх, охлаждали резисторы. Кожухи, закрывающие реостат, не должны препятствовать циркуляции охлаждающего воздуха. Максимальная температура кожуха не должна превышать 160 ° С. Температура контактов переключающего устройства должна быть не выше 110°С.
В таких реостатах применяются резисторы всех типов. При небольшой мощности резисторы и контроллер компонуются в один аппарат. При больших мощностях контроллер является самостоятельным аппаратом.
Для пуска электродвигателей постоянного тока с шунтовым и компаундным возбуждением при мощности до 42 кВт применяются реостаты серий РП и РЗП. Эти реостаты помимо резисторов и контроллера содержат включающий контактор, используемый для защиты от понижения напряжения, и максимальное реле для зашиты от перегрузок по току.
Резисторы выполняются на фарфоровых каркасах или в виде рамочных элементов. Переключающее устройство выполнено в виде плоского контроллера с самоустанавливающимся мостиковым контактом. Контроллер, малогабаритный контактор КМ и максимальное реле мгновенного действия КА установлены на обшей панели. Узлы реостата смонтированы на стальном основании. Кожух защищает реостат от попадания капель воды, но не препятствует свободному протоку воздуха.
Схема включения пускового реостата
В положении 0 контакта 16 обмотка контактора КМ закорочена, контактор отключен и напряжение с двигателя снято. В положении 3 на обмотку КМ подается напряжение источника питания, контактор срабатывает и замыкает свои контакты. При этом на обмотку возбуждения подается полное напряжение, а в цепь якоря включены все пусковые резисторы реостата.
Для отключения двигателя контакт 16 устанавливается в 0. При снижении напряжения сети до напряжения отпускания контактора его якорь отпадает и происходит отключение двигателя от сети. Таким образом, осуществляется минимальная защита двигателя. Контакты 1, 2, 4, 5 не используются, что предохраняет контроллер от возникновения между контактами электрической дуги с большим током. Описанная схема обеспечивает дистанционное отключение двигателя с помощью кнопки «Стоп» с размыкающим контактом.
Для выбора пускового реостата необходимо знать мощность электродвигателя, условия пуска и характер изменения нагрузки при пуске, а также напряжение питания двигателя.
В масляных реостатах металлические элементы резисторов и контроллер располагаются в трансформаторном масле, которое обладает значительно большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем воздух. Благодаря этому масло более эффективно отводит тепло от нагретых металлических деталей. За счет большого количества масла, участвующего в нагреве, постоянная времени нагрева реостата резко возрастает, что позволяет создать пусковые реостаты малых габаритов на большую мощность нагрузки.
Для предотвращения местных перегревов в резисторах и улучшения их теплового контакта с маслом в реостатах применяются резисторы в виде свободной спирали, проволочные и ленточные поля, зигзагообразные из электротехнической стали и чугуна.
При температурах ниже 0 °С охлаждающая способность масла из-за повышения его вязкости резко ухудшается. Поэтому масляные реостаты не применяются при отрицательных температурах окружающей среды. Поверхность охлаждения масляного реостата определяется в основном цилиндрической поверхностью кожуха. Эта поверхность меньше поверхности охлаждения проволоки резисторов, поэтому применение масляных реостатов в длительном режиме нецелесообразно. Малая допустимая температура нагрева масла также ограничивает мощность, которую может рассеять реостат.
После трехкратного пуска электродвигателя пусковой реостат должен охладиться до температуры окружающей среды. Так как этот процесс длится около 1 ч, масляные пусковые реостаты используются для редких пусков.
Наличие масла резко уменьшает коэффициент трения между контактами переключающего контроллера. При этом уменьшаются износ контактов и необходимый момент на рукоятке управления.
Контакты рассчитываются так, чтобы температура их не превышала 125 °С. Продукты разложения масла осаждаются и на поверхности резисторов, ухудшая тепловой контакт проводников с маслом. Поэтому максимально допустимая температура трансформаторного масла не превышает 115 °С.
Масляные реостаты широко применяются для пуска трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором. При мощностях двигателей до 50 кВт используются плоские контроллеры с круговым движением подвижного контакта. При больших мощностях применяется барабанный контроллер.
Реостаты могут иметь блокировочные контакты для сигнализации о состоянии аппарата и блокировки с контактором в цепи обмотки статора электродвигателя. Если максимальное сопротивление реостата еще не включено, обмотка включающего контактора разомкнута и напряжение на обмотку статора не поступает.
В конце пуска электродвигателя реостат должен быть полностью выведен, а ротор закорочен, так как элементы рассчитаны на кратковременный режим работы. Чем больше мощность двигателя, тем дольше время его разгона и тем большее число ступеней должен иметь реостат.
Для выбора реостата необходимо знать номинальную мощность двигателя, напряжение на заторможенном роторе при номинальном напряжении на статоре, номинальный ток ротора и уровень нагрузки двигателя при пуске. По этим параметрам можно выбрать пусковой реостат с помощью справочников.
Недостатками масляного реостата являются малая допустимая частота пусков из-за медленного охлаждения масла, загрязнение помещения брызгами и парами масла, возможность воспламенения масла.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
ПУСК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ПУСКОВЫЕ РЕОСТАТЫ
Казалось, что может быть проще пуска электрического двигателя, в том числе и тягового? Стоит только, например, быстродействующим выключателем подключить двигатель к источнику электрической энергии, и якорь его начнет вращаться. Но в действительности все не так просто. В момент пуска якорь двигателя неподвижен и в обмотке его не индуцируется э. д. с, уравновешивающая подведенное напряжение. Поэтому в первое мгновение при неподвижном якоре пусковой ток зависит только от значения приложенного напряжения Uc и сопротивления rд обмоток двигателя. Это сопротивление невелико. Так, для тягового двигателя электровоза ВЛ10 оно при температуре 20° С составляет 0,025 + 0,0365 +0,0317= 0,0932 Ом (сумма сопротивлений обмоток главных полюсов, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и обмотки якоря). На электровозах постоянного тока всегда соединены последовательно как минимум два двигателя. При подключении к контактной сети, как показано на рис. 9, через их обмотки пойдет ток
На такой ток, как мы уже знаем, и двигатели, и оборудование электровоза не рассчитаны. Быстродействующий выключатель на электровозе ВЛ10 отрегулирован на ток 3100 А, и поэтому в момент пуска он разорвет цепь тяговых двигателей. Чтобы ограничить пусковой ток, все двигатели электровоза перед пуском соединяют последовательно. При этом к двигателю приложено напряжение
Кроме того, для ограничения тока в цепь дополнительно вводят пусковой реостат, сопротивление которого можно регулировать.
При пуске с заданным и неизменным пусковым током Iп напряжение Uд, подводимое к каждому из последовательно соединенных двигателей, уравновешивается э. д. с. и падением напряжения в реостате и обмотках тяговых двигателей:
Если скорость равна нулю, то э. д. с. также равна нулю, поскольку Е= сФv, и максимальное сопротивление пускового реостата R определяется заданным значением пускового тока:
С увеличением скорости движения в тяговых двигателях будет наводиться возрастающая э. д. с. При этом ток двигателей, сила тяги и, как следствие, ускорение начнут уменьшаться. Для обеспечения примерно постоянного ускорения нужно уменьшать сопротивление реостата так, чтобы ток двигателей и касательная сила тяги оставались постоянными. При больших мощностях тяговых двигателей и значительных токах трудно осуществить плавное реостатное регулирование. Поэтому применяют ступенчатое: выключают отдельные секции реостата с помощью аппаратов, называемых индивидуальными контакторами. Контакты К.1 и К2 индивидуальных контакторов показаны на рис. 9.
Если замкнуть контакты К1 контактора, то одна секция пускового реостата будет выведена из цепи тяговых двигателей и напряжение, подводимое к ним, повысится. При замыкании контактов К2 к тяговым двигателям подводится напряжение контактной сети.
Вполне понятно, что для обеспечения более или менее плавного пуска и тем самым уменьшения колебаний тока двигателя (силы тяги) следует сопротивление пускового реостата изменять небольшими ступенями. Однако при этом необходимо иметь большое число контакторов, что усложняет силовую цепь.
Ступени пускового реостата рассчитывают исходя из наибольшего допустимого тока тяговых двигателей. Ток, при котором выключается очередная секция пускового реостата, определяют исходя из так называемого коэффициента неравномерности пускового тока, который в свою очередь зависит от заданного ускорения. Таким образом, пусковой ток не постоянен, а колеблется в пределах от максимального Iп max до минимального Iп min значения. В расчетах применяют среднее арифметическое Iп этих значений.
Кроме рассмотренных ступеней реостата, предусматривают также ступени, называемые маневровыми. Они позволяют в начале пуска увеличивать силу тяги по возможности плавно, без толчков, особенно при трогании тяжелых составов. К счастью, поезд не представляет собой жестко связанного целого: сцепные приборы перед троганием не натянуты до предела и всегда обладают некоторой упругостью. Сопротивление реостата R выбирают большим, чем рассчитанное по формуле (8), чтобы обеспечить в момент трогания небольшой ток, а следовательно, и малую силу тяги для плавного натяжения сцепных приборов. Затем сопротивление R постепенно уменьшают, при этом ток и сила тяги соответственно растут. Число маневровых ступеней, предшествующих пусковым, на электровозах равно четырем — восьми.
Большое число ступеней реостата при минимальном числе контакторов можно получить, используя различные комбинации соединений его секций. Для того чтобы знать, на какой позиции замкнуты или разомкнуты те или иные контакты контакторов, а следовательно, какие секции реостата включены и каким образом, составляют таблицу замыкания контакторов (рис. 32). Так, если замкнуть контактор К1, при разомкнутых остальных контакторах секции а, б и в будут включены последовательно. Замкнув контакты контактора К2, выключают секцию а; при замкнутых контактах контактора КЗ в силовую цепь введена только секция в.
Включив контактор К4 и предварительно выключив контакторы К1 и К2, что не связано с разрывом электрической цепи, присоединяют секции а и б параллельно секции в, т. е. получают четвертую ступень пуска. Замкнув контакты контакторов К2, КЗ, К4, соединяют параллельно секции а и в, образуя еще одну пусковую ступень, и, наконец, включив все контакторы, выводят пусковой реостат полностью. Таким образом, имея три секции и четыре индивидуальных контактора, получают шесть ступеней (позиций) пускового реостата.
Пусковые реостаты собирают из отдельных резисторов, объединяя их в так называемые ящики (рис. 33).
Элементы пусковых резисторов изготовляют из сплавов с большим электрическим сопротивлением.
Когда выведены все ступени реостата, на каждый из восьми последовательно соединенных тяговых двигателей приходится напряжение 3000:8= 375 В, а на шестиосных электровозах 3000:6 = 500 В. В этом случае электровоз работает на ходовой (безреостатной) характеристике, подобной приведенной на рис. 11,б.
В связи с этим вернемся к рис. 5, где показано, что от точки 0 до точки 0′ скорость возрастает по прямой, т. е. поезд движется с равномерным ускорением. Это означает, что машинист уменьшает сопротивление реостата, поддерживая одно и то же значение пускового тока. От точки 0′ и далее до точки А движение происходит с выключенным реостатом по ходовой характеристике.
В процессе разгона поезда электровоз работает на реостатных характеристиках (позициях). Время движения с включенными ступенями реостата ограничено его нагревом. Кроме того, с увеличением этого времени возрастают и потери электрической энергии. Каково же соотношение расходов энергии, затрачиваемой на тягу поездов и на потери в реостате от начала до конца разгона поезда?
Чтобы ответить на этот вопрос, отложим в прямоугольных осях координат (рис. 34, а) по оси ординат в выбранном масштабе напряжение контактной сети
Uc (точка А), по оси абсцисс — время пуска tn (точка Б). С достаточной степенью точности можно считать, что пуск электровоза происходит при неизменном токе Iп; тогда сила тяги также постоянна, а ускорение а изменяется незначительно и может быть принято неизменным. В соответствии с этим скорость движения в процессе пуска будет изменяться во времени по закону v=at, а э. д. с. двигателей Е= сФv, т. е. пропорциональна скорости, а значит, времени.
Из точек А и Б проведем перпендикулярные осям линии до пересечения их в точке В. В момент пуска (t= 0) напряжение контактной сети равно сумме падений напряжения в обмотках тяговых двигателей и в реостате, так как при v= 0 э. д. с. двигателей Е= 0. При этом основная часть напряжения Uc падает в реостате ввиду малости сопротивления обмоток двигателей. По оси ординат отложим падение напряжения в обмотках двигателя (точка Г). В конце пуска реостат полностью выведен из цепи тяговых двигателей и напряжение контактной сети уравновешивается э. д. с. двигателей и падением напряжения в их обмотках. Так как ток Iп в процессе пуска почти неизменен, то падение напряжения в обмотках двигателей в конце пуска будет таким же, что и в начале его. От точки В отложим значение этого падения напряжения — отрезок ВД. Тогда отрезок ДБ будет соответствовать э. д. с. двигателей в конце пуска. В области ОДВГ находятся значения напряжения на участках силовой цепи в каждый момент времени пуска электровоза. Если значения напряжений умножить на ток Iп, получим в соответствующем масштабе мощности, а умножив их на время пуска tn, найдем расход электроэнергии.
Площадь четырехугольника ОАВБ соответствует в определенном масштабе расходу электроэнергии на пуск тяговых двигателей. Площадь треугольника ВГА характеризует потерю энергии в реостате, а равновеликая площадь треугольника ОДБ — электромагнитную энергию двигателя. Площадь параллелепипеда ОГВД соответствует расходу энергии на нагревание обмоток двигателей. Так как потери энергии сравнительно невелики, можно считать, что при пуске половина электрической энергии расходуется на создание электромагнитной энергии двигателей и половина теряется в реостате.
При постоянном последовательном или параллельном соединении тяговых двигателей электровоза потери в реостатах аналогично рассмотренному случаю будут равны половине подведенной энергии. Если же переключить двигатели в процессе пуска при тех же пусковых токах Iп и времени пуска tn с последовательного на параллельное соединение, доля потерь в реостате снизится. На восьмиосных электровозах постоянного тока, работающих при напряжении в контактной сети 3000 В, применяют три способа соединения тяговых электродвигателей:
Диаграмма распределения напряжения при трехступенчатом пуске восьмиосного электровоза приведена на рис. 34, б. Электрические потери в обмотках электродвигателей приняты равными нулю в силу их относительной малости. Путем рассуждений, аналогичных приведенным при построении диаграммы одноступенчатого пуска, можно показать, что площадь ОВБ соответствует полезному расходу энергии, т. е. электромагнитной энергии двигателя.
Площадь треугольника Оа’в’ соответствует потерям энергии в реостате при последовательном соединении тяговых двигателей. По мере разгона элекровоза потери в реостате снижаются до нуля. Напряжение Uд, подводимое к каждому электродвигателю, в конце первой пусковой ступени при полностью выведенном реостате равно Uс/8 (точка в’).
Для продолжения разгона проводится перегруппировка двигателей (о которой будет рассказано подробнее в на следующей страницы) с последовательного на последовательно-параллельное соединение и одновременно в цепь двигателей вводится, а затем постепенно выводится пусковой реостат. Площадь треугольника в’а»в» соответствует потерям в реостате при последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей. Напряжение Uд, подводимое к каждому электродвигателю, в конце разгона на второй пусковой ступени равно Uс/4 (точка в» на рис. 34, б). Движение электровоза на каждой из этих ступеней происходит с постоянным током Iп и длится четвертую часть полного времени разгона tn при условии равномерного ускорения.
Дальнейший разгон проводится на параллельном соединении тяговых двигателей с тем же пусковым током Iп; в цепь тока включен реостат, который по мере увеличения скорости выводится. Площадь треугольника в»а»‘В соответствует потерям в реостате на третьей ступени разгона. Напряжение, подводимое к тяговым двигателям, в конце пуска становится равным Uc/2 (точка В на рис. 34, б). Разгон на третьей ступени занимает половину полного времени разгона.
Включение, изменение сопротивления и выключение пускового реостата производят с помощью индивидуальных электропневматических контакторов. Иху стройство и принцип действия описаны на следующей странице.