Выбор ступеней пусковых реостатов

Как и в случае бесступенчатого пуска, пусковая диаграмма имеет две стадии: начальную, в процессе которой ускорение нарастает, и последующую, в которой пуск производится при среднем установившемся ускорении. Расчёт начинают обычно со второй стадии. При предварительном расчёте удобно пользоваться графоаналитическим методом. Рассмотрим построение пусковой диаграммы первоначально для одного тягового двигателя.

Зависимость величины пускового сопротивления от скорости и тока согласно

           

                                                                                                   (5.4.1)

 

При I = const зависимость  прямолинейна. Различным величинам пускового тока соответствуют различные прямые , каждую из которых можно построить по двум точкам. Например, для тока  первую точку получают при  и , а вторую – при  и , где - скорость выхода на автоматическую характеристику при пусковом токе .

       Аналогично определяют прямую  для : при  и , а вторую при  и

               

 

 

                   Рис. 5.4.1 Графическое построение реостатных характеристик

 

По ряду прямых  при различных I = const можно графически построить реостатные характеристики  при . Принцип построения показан на рис. 5.4.1. Справа наносят естест­венную (автоматическую) характеристику двигателя при = const и и вертикальные прямые, соответствующие пуску при постоянных значениях тока , ,  Слева строят прямые , соответствующие тем же постоянным значениям тока. При помощи полученной сетки прямых можно построить реостатные ха­рактеристики для любых ступеней. Например, для построения рео­статной характеристики при сопротивлении R_ni достаточно в левой части рис. 5.4.1 восставить перпендикуляр из точки R_ni и из точек 1 — 4 пересечения перпендикуляра с прямыми   провести гори­зонтальные линии до соответствующих прямых в правой части рис. 5.4.1. По полученным таким обра­зом точкам  можно провести реостатную характеристику  при R_ni = const.

При ступенчатом пуске, который характеризуется колебаниями тока при переходе с одной ступени на другую в пределах выбран­ных значений от  до   прямые   используют в качестве вспомогательных (рис. 5.4.2). В рассматриваемом случае значени­ям тока  и   соответствуют две наклонные прямые : АВ для тока и CD для тока .

Построение ломаной линии 1, 2, ..., 10, 11 внутри прямых АВ и CD , позволяющее определить величины ступеней пусковых сопро­тивлений, удобно проводить в следующем порядке. Из точки D проводят горизонтальную линию до пересечения с прямой АВ в точке 11, а из точки 11— вертикальную линию до пересечения с прямой CD в точке 10, далее из точки 10 — следующую горизон­тальную линию и т. д., как показано в левой части рис. 5.4.2. От­резки между ломаной линией и осью ординат соответствуют величинам сопротивлений пускового реостата по позициям, а отрез­ки 1— 2, 3— 4 ,5— 6 ,7 — 8, 9— 10 и 11 — D — ступеням пускового сопротивления, которые нужно выводить для получения колебаний тока от  до .

 

 

 

 Рис. 5.4.2 Построение ступенчатой диаграммы реостатного пуска при одной группировке двигателей

 

Для построения пусковой диаграммы точки 1, 2, ..., 10, 11 пря­мых АВ и CD соединяют горизонтальными линиями с прямыми А'В' и C ' D ' в правой части рисунка; по полученным точкам 1', 2',…, 10', 11' можно построить пусковую диаграмму. Линии 2' — 3', 4' — 5' и т. д. представляют собой отрезки реостатных ха­рактеристик при пусковых сопротивлениях соответственно R ₂ , R ₃ и т. д.

Для расчета начальной части пусковой диаграммы по значению а_нач и характеристике силы тяги определяют начальный ток на первой позиции . Интервал между  и   можно разделить таким образом, чтобы приращение ускорения при переходе с пози­ции на позицию было не более 0,4 м/с² при ненагруженном подвиж­ном составе и время движения на одной позиции (меньшее значение выбирают при большем числе ступеней). Здесь  — собственное время поворота реостатного контроллера на одну позицию (в индивидуальной системе управления: сумма времени поворота контроллера управления и включения од­ного контактора);  — время первой стадии пуска [см. (5.3.1)]; — число позиций первой стадии пуска.

 

Ориентировочно количество ступеней первой стадии пуска мож­но выбирать по одинаковым приращениям тока так, чтобы при   приращение тока при переходе с позиции на позицию было .

По токам ,  (рис. 5.4.2) вычисляют величины сопротив­лений:

 

 

 

При выбранных таким образом пусковых сопротивлениях полу­чается достаточно равномерная сетка реостатных характеристик, что обеспечивает плавный пуск не только при расчетных условиях, но и в любых других режимах.

Рассмотрим расчет сопротивлений для одновременного пуска нескольких двигателей.

При последовательном соединении т двигателей .

Тогда

 

                                                      ,                                (5.4.2)

 

откуда общее пусковое сопротивление

                                                      ,                                       (5.4.3)

где  =  — напряжение в контактной сети, приходящееся на один двигатель;  — пусковое сопротивление, приходящееся на один двигатель.

 

При параллельном соединении р двигателей , тогда

 

                                          ,                                     (5.4.4)

 

откуда общее пусковое сопротивление

 

                                                                                                             (5.4.5)

где  — пусковое сопротивление, которое нужно было бы вклю­чить в цепь каждого двигателя.

Если тяговые двигатели соединяются последовательно-парал­лельно, то общее пусковое сопротивление

 

                                                                                                          (5.4.6)

Следовательно, во всех трех случаях возможно вести расчет на один двигатель, после чего вводить поправку к полученному ре­зультату, пользуясь (5.4.6).

На пусковую диаграмму электрического подвижного состава, работающего при достаточно больших пусковых ускорениях, зна­чительное влияние оказывает собственное время действия аппара­тов, в основном время переключения реостатного контроллера. Во всех случаях автоматического пуска (рис. 5.4.3) первые ступени пускового реостата выключаются при непрерывном движении вала контроллера. При построении этой части пусковой диаграммы на­носят пусковые характеристики  для выбранных ступеней пус­кового реостата и предварительно выбирают время  поворота вала реостатного контроллера на одну позицию. Ориентировочно можно принять . Далее для начального тока пер­вой позиции  по характеристике F ( I ) определяют силу тяги и по (5.3.3) — ускорение а_{1 ср}, а также приращение скорости (км/ч)

 

                                          .                                                    (5.4.7)

 

Аналогичный расчет про­водится и для следующих пози­ций. Построение первой стадии пусковой диаграммы позволяет проверить правильность выбо­ра времени .    Если при нор­мально нагруженном подвиж­ном составе темп нарастания ускорения , то желательно увеличить  или прибавить число позиций в начальной ча­сти пусковой диаграммы. Од­нако нежелательно делать < , так как в этом случае получается значитель­ное снижение среднего пуско­вого ускорения.

 

 

Рис. 5.4.3 Пусковая диаграмма, построенная с учётом времени поворота вала реостатного контроллера

       На второй стадии пуска выдержки времени на позициях опре­деляют принятым способом регулирования и собственным временем переключения реостатного контроллера на одну позицию. На рис. 5.4.3 показано регулирование при помощи реле ускорения, которое включает цепи, управляющие приводом реостатного контроллера на каждой позиции, после снижения тока в тяговых двигателях до . При достаточно больших пусковых ускорениях за время поворота вала контроллера до замыкания силовых контактов (выключения ступени пускового сопротивле­ния) происходит дополнительное повышение скорости и снижение тока в тяговых двигателях. Снижение тока получается тем боль­ше, чем меньше абсолютная величина dv / dI реостатной характе­ристики. Поэтому на последних реостатных позициях снижение то­ка увеличивается. При расчетах времени от включения цепи управ­ления приводом контроллера до выведения секции пускового сопротивления можно принять (0,5 0,8) , тогда добавочное при­ращение скорости

                                                      ,

где  — ускорение при минимальном токе (при токе срабатыва­ния реле ускорения).

       Коэффициент 0,5—0,8 учитывает, что время от момента включе­ния цепи управления приводом до замыкания силовых контактов контроллера меньше времени поворота его вала на одну позицию.

Влияние на сглаживание толчков тока могут оказывать также переходные процессы в двигателе. Эти процессы при выведении очередной ступени пускового сопротивления протекают намного быстрее, чем при ослаблении поля. При их расчете необходимо учитывать влияние вихревых токов. Последние значительно замед­ляют нарастание магнитного потока и сглаживают толчки силы тяги двигателя. Сглаживание тока происходит в меньшей степени. Как показывают осциллограммы, изменение тока может носить колебательный характер. Особенно часто наблюдается это в дви­гателях смешанного возбуждения, где на переходный процесс большое влияние оказывает взаимоиндукция обмоток последова­тельного и параллельного возбуждения.

На рис. 5.4.3 штриховой линией показано изменение тока с уче­том влияния переходного процесса. Уменьшение наклона скорост­ных характеристик   в переходном режиме объясняется тем, что при одинаковом токе в двигателе магнитный поток получается меньше вследствие задерживающего действия вихревых токов.

При разработке схемы реостатов согласование ступеней сопро­тивлений должно производиться с учетом влияния времени дейст­вия аппаратов и переходных процессов. Поэтому на последних пус­ковых позициях часто можно допускать большие колебания тока без превышения его максимального значения (рис. 5.4.3).

Для подвижного состава без перегруппировки двигателей при пуске удобно сначала более точно подобрать сопротивления для реостатных характеристик в области средней скорости, так как при подборе сопротивлений для характеристик при высокой скоро­сти могут быть допущены несколько большие колебания токов (большая неравномерность пуска), а на первых ступенях большие величины сопротивлений. Поэтому на них оказывают меньшее влия­ние отклонения сопротивлений отдельных секций (см. пример 1.1).

Для ЭПС с перегруппировкой ТЭД во время пуска расчет рео­статов проводят для каждой группировки отдельно. Расчет удоб­нее вести сначала на один двигатель, т. е. определить сопротивле­ние, которое следует включать в цепь каждого двигателя. Затем в зависимости от схемы реостатов эти сопротивления можно объ­единить в общее сопротивление или в группы сопротивлений. При перегруппировке мостом предварительный расчет ступеней сопро­тивлений достаточно выполнять только для параллельного соеди­нения групп двигателей. Для последовательного соединения строят пусковую диаграмму для тех же секций сопротивления, которые были выбраны для параллельного соединения. При последователь­ном соединении двигателей обе группы сопротивлений соединяют последовательно, что дает возможность выключать ступени в груп­пах не одновременно, а поочередно и таким образом получать двой­ное число ступеней. Поэтому колебания тока при последователь­ном соединении меньше, чем при параллельном.

На рис. 5.4.4 показано согласование ступеней пускового реоста­та для случая, когда используют при пуске оба направления пово­рота вала реостатного контроллера. При этом первые секции рео­стата на параллельном соединении двигателей образуют послед­ние пусковые ступени на последовательном соединении двигателей. Например, секция в образует две последние ступени на последо­вательном соединении двигателей, каждая из которых имеет со­противление, равное половине сопротивления секции в, отнесенной к одному двигателю. При этом колебания тока на последних пози­циях последовательного соединения могут оказаться больше допу­стимых. Тогда проводят корректировку сопротивления секции в так, чтобы на последовательном соединении колебания тока на­ходились в допустимых пределах. Иногда вводят дополнительную ступень г. Ее характеристика показана штрихпунктирной линией.

Наоборот, на первых позициях последовательного соединения полу­чают весьма малые колебания тока. Поэтому на последних пози­циях параллельного соединения делают ступени сопротивления не­сколько больше выбранных по предварительному расчету, если это допустимо по условиям коммутации и сцеплению. Тогда колебания тока на соответствующих позициях последовательного соединения увеличиваются.

 

Рис. 5.4.4 Согласование ступеней пускового реостата при перегруппировке мостом

 

На пусковой диаграмме параллельного соединения сплошными линиями показано изменение тока в первом, а штриховой линией — во втором двигателях (рис. 5.4.4). Очевидно, что колебания обще­го тока и силы тяги уменьшаются по сравнению с колебаниями их при одновременном включении контакторов.

Обычно часть сопротивлений первой стадии пуска используют только при последовательном соединении. Их соединяют в отдель­ную, включаемую в цепь кон­тактора С.

Если пусковые сопротивления используют и при реостатном тор­можении, то ступени сопротивления нужно подобрать так, чтобы получить удовлетворительные не только пусковые, но и тормозные характеристики.

Пример 1.1

Выбрать схему пусковых реостатов и построить пусковые ха­рактеристики для троллейбуса с ТЭД смешанного возбуждения, хотя она так­же успешно может быть применена и для ТЭД последовательного возбуждения. Масса троллейбуса при нормальной нагрузке  = 16,5 т; масса тары  = 9,8 т; удельное сопротивление движению за период пуска = 120 Н/т; коэффициент инерции вращающихся масс при нормальной нагрузке = 1.12; среднее уста­новившееся ускорение = 1,5 м/с²; коэффициент  = 0,1; сопротивление = 0,153 Ом.

Решение: по (5.3.4) определяют

                  

Таблица 5.4.1

 

       По характеристике  при полном поле ток ; по формуле (5.3.5)

                 ; .

       По полученным  и  определяют

                     ; .

Далее строят предварительную пусковую диаграмму (см. п. 5.4). На рис. 5.4.5, б она показана штриховой линией. Для определения сопротивления первой позиции принимают начальное ускорение :

                                           

                                           

       По характеристике  при частично ослабленном поле  и . Затем для первой стадии пуска выбирают ещё три ступени так, чтобы при  были одинаковые толчки тока . При этом  Из графического расчёта получают следующие предварительные величины сопротивлений . Здесь индекс указывает номер позиции, а штрих – предварительное значение сопротивления.

Примем верньерную схему пусковых сопротивлений на рис. 5.4.5, а. Порядок замыкания контакторов в этой схеме показан в табл. 5.4.2.

Подбор секций сопротивлений удобно начать с 6-й позиции, для которой выбирают сопротивление . На 7-й позиции, параллельно сопротивлению  включают сопротивление :

                                         

       откуда

                                           

       Сопротивление 1-й позиции  вместо  по предварительному расчёту, а при  и   вместо 120 А, т.е. несколько меньше, чем допустимо. Поэтому выбираем 0,84 Ом и . На 8-й позиции параллельно  включают :

                                          .

 Таблица 5.4.2

 

 

Сопротивление 2-й позиции  вместо 2,997 Ом, а при  ток  вместо 120 + 55 = 175 А. Этот результат неудовлетворительный, так как будет большой толчок тока при переходе с 1-й на 2-ю позицию  вместо 69 А, принятых при пуске. Поэтому примем , тогда

                                       .

Это допустимо, так как толчок при переходе с 7-й на 8-ю позицию будет меньше заданного. Сопротивление секции

                     .

 

 

 

Рис. 5.4.5 Пример построения пусковых характеристик для веръерной схемы

 

На диаграмме строим характеристику 8-й позиции при выбранном  = 0,674 Ом и 9-й позиции так, чтобы толчок тока при переходе с 8-й на 9-ю позицию не превосходил , т. е. одновременно с 8-й позицией корректируют следующую 9-ю и, вероятно, все последующие позиции. Находим, что при этом  = 0,5 Ом;  1,1*0,5/(1,1 - 0,5) = 0,912 Ом; = 2,012 Ом, а при  ток  = 550/(2,012 + 0,153) = 254 А.

 

Толчок тока при переходе со 2-й на 3-ю позицию  = 254 – 183 = 71 А, что близко к принятому значению  = 69 А. Сопротивление секции  = 1,747 - 0,912 = 0,835 Ом.

 

Аналогично строят характеристику 10-й, а затем 11-й позиций так, чтобы не превосходить , и находят  = 0,35 Ом:  = 1,1*0,35/(1,1 - 0,35) = 0,517 Ом;  = 1,1 +0,517= 1,617 Ом и при  ток  = 306 А.

 

Толчок тока при переходе с 3-й на 4-ю позицию  = 306 - 254 = 52 А. Со­противление секции  = 0,912 - 0,517 = 0,395 Ом; = 0,22 Ом;  = 0,275 Ом;  = 1,1 + 0,275= 1,375 Ом и при   ток  = 364 А;  = 364 - 306 = 58 А.

 

Сопротивление секции  0,517 - 0,275 = 0,242 Ом; а секции  = 3,56 - (1,813 + 0,835 + 0,395 + 0,242) =0,27 Ом.

 

Выбирают сопротивление для 12-й позиции так, чтобы превышение  было несколько больше при переходе с 12-й на 13-ю позицию, чем при переходе с 11-й на 12-ю позицию. Принимаем  = 0,l Ом; ), отку­да ) = 0,27*0,1/(0,27 - 0,1) = 0,159 Ом.

 

Сопротивление секции  = 1,1 - 0,159 = 0,941 Ом. Для выбранных сопротивлений на рис. 5.4.5,6 сплошными линиями построены пусковые харак­теристики.

 

Сопоставление выбранных и определенных по предварительной пусковой диаграмме сопротивлений следующее:

 

Позиции.......                                                        1      2    3     4      5    6

Сопротивления предва­рительные, Ом . . .  - 4,427 2,997 2,237 1,777 1,4  1,1

Сопротивления выбран­ные, Ом ... . .   .      4,66 2,847 2,012 1,617 1,375 1,1

Продолжение

 

Позиции.......                                                        7   8     9   10   11   12 13

Сопротивления предва­рительные, Ом ....     0,84 0,64 0,46 0,32 0,185 0,08 0

Сопротивления выбран­ные, Ом ... . . .     0,84 0,674 0,5 0,35 0,22 0,10 0

 

       Оно показывает, что в процессе подбора и согласования большинство со­противлений изменяется. При подборе сопротивлений параллельно с расчетом приходится строить пусковые характеристики. Иногда значительному изменению подвергается первоначальный вариант схемы реостатов. В примере 1.1 в осно­ву положена схема с добавлением контактора 7. Иногда добавляется несколько контакторов.

 

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: