Рис. 3. Общий вид однофазного пускового устройства
Изложенная методика расчета пускового устройства является универсальной и применима к двигателям любой мощности. Продемонстрируем это на примере стартера СТ-222 А, применяемого на тракторах Т-16, Т-25, Т-30 Владимирского тракторного завода.
Основные сведения о стартере СТ-222 А:
номинальное напряжение 12 В;
номинальная мощность 2,2 кВт;
тип аккумуляторной батареи 2 3СТ-150.
Значит:
IР = 3С20= 3150 А = 450 А.
Мощность, подводимая к стартеру, составит:
Рст = 10,5 В х 450 А = 4725 Вт.
Учитывая мощность потерь:
Ртр = 11,3 кВт.
Мощность трансформатора пускового устройства:
Ртр = Рст + Рп = 6 кВт.
Сечение магнитопровода Sст = 4650 см2.
Плотность тока в обмотках берут равной:
j = 35 А/мм2.
Кратковременный режим работы пускового устройства (5-10 секунд) допускает его использование в однофазных сетях. Для более мощных стартеров трансформатор пускового устройства должен быть трехфазным. Расскажем об особенностях его конструкции на примере пускового устройства для мощного дизельного трактора «Кировец» (К-700, К-701). Его стартер СТ-103А-01 имеет номинальную мощность 8,2 кВт при номинальном напряжении 24 В. Мощность трансформатора пускового устройства (с учетом потерь) составит: Ртр = 1620 кВт. Упрощенный расчет трехфазного трансформатора производят с учетом рекомендаций, изложенных в [3]. Если есть возможность, можно воспользоваться промышленными понижающими трансформаторами типа ТСПК 20 А, ТМОБ 63 и др., подключаемыми к трехфазной сети напряжением 380/220 В и вторичным напряжением 36 В. Такие трансформаторы применяются для электрообогрева полов помещений в животноводстве, свиноводстве и т. д. Схема пускового устройства на трехфазном трансформаторе выглядит следующим образом (рис. 4).
Рис. 4. Пусковое устройство на трехфазном трансформаторе
МП магнитный пускатель типа ПМЛ-4000, ПМА-4000 или подобные им для коммутации устройств мощностью 20 кВт. Пусковая кнопка SB1 типа КУ-121-1, КУ-122-1М и т. д.
Здесь применен трехфазный однополупериодный выпрямитель, позволяющий получить напряжение холостого хода 36 В. Его повышенное значение объясняется применением более длинных кабелей, соединяющих пусковое устройство со стартером (для крупногабаритной техники длина кабелей достигает 4 м). Применение трехфазного трансформатора дает более широкие возможности для получения требуемого напряжения пускового устройства. Его значение можно изменять, включая обмотки «звездой», «треугольником», применять однополупериодное или двухполупериодное (схема Ларионова) выпрямление.
В заключение несколько общих советов и рекомендаций:
Применение тороидальных трансформаторов для однофазных пусковых устройств не обязательно и продиктовано их лучшими массово-габаритными показателями. Вместе с тем технология их изготовления наиболее трудоемка.
Расчет трансформатора пускового устройства имеет некоторые особенности. Например, расчет количества витков на 1 В рабочего напряжения по формуле: Т = 30/Sст, объясняется желанием «выдавить» из магнитопровода максимум возможного в ущерб экономичности. Это оправдано его кратковременным (5-10 секунд) режимом работы. Если габариты не играют решающей роли, можно использовать более щадящий режим, проведя расчет по формуле: Т = 35/Sст. Сечение магнитопровода берут на 2530 % больше.
Мощность, которую можно «снять» с имеющегося тороидального сердечника, примерно равна мощности трехфазного асинхронного электродвигателя, из которого изготовлен этот сердечник. Если мощность электродвигателя неизвестна, то ее можно приблизительно рассчитать по формуле:
Рдв
= Sст Sок,
где Рдв мощность электродвигателя, Вт;
Sст площадь сечения магнитопровода, см2; Sст = а х в (рис. 2);
Sок площадь окна магнитопровода, см2; Sок = 0,785D2 (рис. 2).
Сердечник трансформатора к рамке-основанию крепят двумя П-образными скобами. С помощью изолирующих шайб необходимо избежать появления короткозамкнутого витка, образованного скобой с рамкой.
Учитывая, что напряжение холостого хода в трехфазном пусковом устройстве выше 28 В, пуск двигателя производится в следующей последовательности:
1) соединить клещи пускового устройства с выводами стартера;
2) водитель включает стартер;
3) помощник нажимает на пусковую кнопку SB1 и после устойчивой работы двигателя сразу ее отпускает.
При использовании мощного пускового устройства в стационарном варианте по требованиям ТБ (техники безопасности) его необходимо заземлить. Рукоятки соединительных клещей должны быть в резиновой изоляции. Во избежание путаницы «плюсовую» клешню желательно пометить, например, красной изолентой.
При пуске аккумуляторную батарею можно и не отключать от стартера. В этом случае клещи присоединяют к соответствующим выводам аккумулятора. Чтобы избежать перезарядки аккумулятора, пусковое устройство после запуска двигателя отключают.
Для уменьшения магнитного рассеяния, вторичные обмотки трансформатора лучше наматывать первыми на сердечник, а затем наматывают первичную обмотку.
Литература
1. Ильин Н.М., Тимофеев Ю.Л., Ваняев В.Я. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1982