Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

= 1 и = О.

При = 1 (ключ 2 постоянно замкнут или тиристорный ключ 6 постоянно открыт) резистор закорочен и двигатель работает на естественной механической характеристике 7 (рис. 5.24, в).

При = О (ключ 2 постоянно разомкнут или тиристорный ключ 6 постоянно закрыт) резистор полностью введен в цепь ротора и двигатель работает по искусственной характеристике 10. При промежуточных значениях заполнения О < < 1 эквивалентное сопротивление R2экв резистора в цепи ротора изменяется в соответствии с формулой и искусственные характеристики 8, 9 располагаются между граничными.

Таким же образом могут  быть получены характеристики двигателя при импульсном регулировании сопротивления добавочного резистора R1д В цепи статора. Включение управляемых ключей параллельно резисторам и их работа с переменным заполнением обеспечивает искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя в виде кривых.

Импульсное регулирование  напряжения на статоре двигателя  может быть реализовано с помощью  тиристорного регулятора напряжения. Для улучшения показателей регулирования координат двигателя импульсным способом создаются замкнутые ЭП с использованием различных обратных связей. В результате за счет автоматического регулирования механические характеристики двигателя становятся жесткими и обеспечивают регулирование его скорости.

 

 

5.1. Регулирование скорости электроприводов с синхронными двигателями.

Основной областью применения синхронных двигателей до недавнего времени были нерегулируемые по скорости ЭП большой мощности, используемые при этом для компенсации реактивной мощности. Появление силовых полупроводниковых преобразователей определило практические возможности создания регулируемых по скорости ЭП с синхронными двигателями, выполняемых по так называемой схеме вентильного двигателя.

Схема вентильного двигателя (рис. 6.3) состоит из синхронного двигателя СД, обмотка статора которого питается от электронного коммутатора ЭК. Схема силовой части СЧ электронного коммутатора аналогична схеме трехфазного инвертора. Силовые полупроводниковые ключи коммутатора (тиристоры или транзисторы) управляются датчиком положения ДП ротора, установленным на валу двигателя. Датчик положения ротора генерирует периодические сигналы, которые вместе с сигналом задания скорости U_3C поступают на систему управления СУ коммутатора.

Сигналы датчика положения  U_ф обеспечивают подключение к источнику питания с напряжением U_n той фазы обмотки статора, при работе которой сохраняется взаимное положение магнитных полей статора и ротора. При этом двигатель развивает постоянный по направлению вращающий момент.

Коммутатор напряжения с  датчиком положения аналогичен по своему действию коллекторно-щеточному узлу двигателей постоянного тока, вследствие чего вентильный двигатель имеет характеристики и свойства этих двигателей.

Если ЭП питается от сети переменного тока, то напряжение постоянного  тока U_n получается за счет использования выпрямителя, включаемого между сетью и электронным коммутатором ЭК.

Преимущество вентильного  двигателя по сравнению с двигателем постоянного тока состоит в том, что у него нет механического коллекторно-щеточного узла и поэтому он является полностью бесконтактным двигателем при возбуждении от постоянных магнитов или имеет два контактных кольца при использовании обмотки возбуждения. По этой же причине вентильные двигатели часто называют бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ).

Регулирование скорости других переменных вентильного двигателя может осуществляться, как и для двигателей постоянного тока, за счет регулирования подаваемого на статор двигателя напряжения или изменения тока возбуждения I_в. Регулирование напряжения в схеме рис. 6.3 осуществляется методом широтно-импульсного управления полупроводниковыми ключами коммутатора ЭК или при использовании управляемого выпрямителя его выходным напряжением.

Коммутация тока в ключах (вентилях) силовой части ЭК может быть естественной или искусственной. Естественная коммутация осуществляется за счет ЭДС трехфазной обмотки двигателя. Естественная коммутация вентилей, позволяющая использовать простой ЭК, может быть осуществлена только при сравнительно большой ЭДС двигателя, когда его скорость не ниже 10 % от номинальной. В связи с этим пуск вентильных двигателей затруднен и требуется применение специальных мер для устранения этого недостатка.

Инвертор с искусственной  коммутацией вентилей — это преобразователь постоянного напряжения или тока в переменный с принудительной коммутацией вентилей, вследствие чего его работа практически не зависит от режима работы двигателя. При использовании искусственной коммутации устраняются трудности при пуске вентильных двигателей.

Проблема пуска вентильных двигателей не возникает также при  использовании в качестве ЭК преобразователей частоты с непосредственной связью. В этих преобразователях коммутация вентилей осуществляется естественным путем при переходе сетевого напряжения через нуль. Однако, как отмечалось ранее, преобразователи частоты с непосредственной связью обладают ограниченными регулировочными возможностями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.8. Вентильно-индукторный электропривод

Для ряда рабочих машин и производственных механизмов применение находит так называемый вентильно-индукторный привод (ВИП). Основными достоинствами такого ЭП являются простота, технологичность, и дешевизна применяемого в таком ЭП индукторного электродвигателя, которые сочетаются в то же время с хорошими регулировочными возможностями ЭП. Мощности таких ЭП могут лежать в пределах от единиц до нескольких сотен киловатт и более.

Структурная схема силовой части ВИП в  случае питания его от трехфазной сети переменного тока представлена на рис. 6.16. а.

В ее состав входит индукторный двигатель ИД, электронный коммутатор К с выпрямителем В, датчик положения ДП ротора двигателя и система управления СУ ВИП. Особенность ВИП состоит в применении индукторного двигателя с неодинаковым количеством полюсов статора и зубцов ротора, лежащими обычно в пределах 4... 12. На рис. 6.16 в качестве примера показан трехфазный двигатель, имеющий шесть полюсов статора и четыре зубца на роторе.

На полюсах  статора ИД расположены обмотки А—а, В—b, С—с, подключенные к электронному коммутатору, выполняемому обычно на силовых транзисторах того или иного типа. В схеме на рис. 6.16, а в качестве управляемых ключей коммутатора используются силовые биполярные транзисторы VT1…VT6 изолированным затвором типа IGBT. Управление ключами осуществляет схема управления СУ, обеспечивающая подачу на них импульсов управления с необходимыми последовательностью и частотой, которые определяются сигналами задания скорости U_ЗС и датчика положения U_ДП.

Принцип действия ВИП состоит в следующем. При подаче импульсов управления из пару транзисторов (ключей) одной фазы коммутатор подключает обмотку этой фазы двигателя к выходу выпрямителя В. По обмотке начинает протекать ток. создающий в двигателе магнитное поле. Это магнитное поле вызовет появление электромагнитных сил притяжения между полюсами статора и ближайшими к ним зубцами ротора, которые создадут вращающий момент на валу двигателя. Под его действием ротор переместится в согласованное положение, в котором оси возбужденных полюсов статора и ближайших к ним зубцов ротора будут совпадать.

Так как  число полюсов статора и зубцов ротора различно, то в согласованном  положении ротора для работающей фазы следующая фаза оказывается в рассогласованном положении и подготовлена к очередному подключению к источнику питания. Требуемая последовательность подключения фаз двигателя к источнику штанин, при которой на его валу обеспечивается постоянное направление вращающего момента, осуществляется с помощью находящегося на валу датчика положения.

Скорость  вращения ротора определяется следующей  формулой:

(6.7)

— частота  коммутации обмоток; m — число фаз двигателя; n — число зубцов ротора.

Формула (6.7) показывает возможности выполнения ВИП на hазличные скорости. При высокой частоте коммутации обмоток могут быть реализованы двигатели на большие скорости вращения, а выполнение их с большим числом полюсов статора и зубцов ротора позволяет получить низкие скорости ВИП. При низких скоростях двигателя из кинематической схемы ВИП могут быть .исключены редукторы.

Механические  характеристики двигателя в разомкнутой  структуре ВИП при различных  напряжениях питания U показаны на рис. 6.16. 6. При помощи различных обратных связей могут быть сформированы характеристики, обеспечивающие регулирование координат ЭП с требуемым качеством. В ВИП может быть реализован и тормозной режим работы, осуществляемый за счет выбора моментов включения и отключения обмоток двигателя.

Показанные  на схеме рис. 6.16., а диоды VD1... VD6 служит для обеспечения возможности циркуляции электромагнитной мощности в ЭП при отключении силовых транзисторов, а конденсатор С играет роль фильтра на выходе выпрямителя.

В современных  схемах ВИП широко используются микропроцессорные  средства управления. При их использовании  в ряде случаев оказывается возможным  отказаться от применения в ЭП датчика  положения, а необходимую для  работы ЭП информацию о положении  ротора получить косвенным путем. Это  позволяет упростить кинематическую схему ВИП и сделать его  более простым и надежным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3. Пуск и торможение синхронных  двигателей

Пуск синхронных двигатетей. Он имеет ряд особенностей, отличающих его от других типов двигателей. Первая особенность связана с тем, что при неподвижном роторе и подключении обмоток статора и возбуждения к источникам питания двигатель будет развивать не постоянный по направлению, а в соответствии с формулой (6.1) знакопеременный вращающий момент из-за постоянно изменяющихся взаимных направлений магнитных полей статора и ротора.

Один из вариантов пуска  связан с использованием небольшого по мощности вспомогательного двигателя, устанавливаемого на валу синхронного двигателя. С его помощью ненагруженный синхронный двигатель разгоняется до синхронной скорости, после чего осуществляется синхронизация с сетью. В агрегатах «синхронный двигатель—генератор постоянного тока» в качестве такого вспомогательного двигателя может быть использован сам генератор, работающий в период пуска в двигательном режиме.

 

 

В настоящее время для  пуска синхронных двигателей применяются асинхронный и частотно-управляемый способы пуска.

Для реализации асинхронного пуска на роторе двигателя укладывается дополнительная пусковая обмотка, выполняемая аналогично короткозамкнутой обмотке асинхронного двигателя типа беличьей клетки. В этом случае при подключении двигателя к сети переменного тока происходит его разбег аналогично асинхронному двигателю до подсинхронной скорости, после чего он втягивается в синхронизм с сетью.

В зависимости от своих  параметров пусковая обмотка двигателя  обеспечивает две основные разновидности  механической пусковой характеристики (рис. 6.4). Характеристика 1 обеспечивает более высокий синхронизирующий (входной) момент М_B1 по сравнению с характеристикой 2, но меньший начальный (пусковой) момент М_п1 < М_п2, и наоборот. Выбор вида пусковой характеристики двигателя определяется конкретными условиями его работы и видом производственного механизма.

В схеме вентильного двигателя  реализуется частотный способ пуска  двигателя. При этом способе с помощью специального задатчика скорости осуществляется плавное увеличение частоты питающего двигатель напряжения и тем самым скорости вращения его магнитного поля. При этом ротор «успевает» за магнитным полем и двигатель работает синхронно с источником питания уже с самых малых своих скоростей. Такой способ пуска характеризуется к тому же и пониженными потерями энергии в двигателе.

Вторая особенность пуска  двигателя связана с моментом подачи тока в обмотку его возбуждения. При пуске двигателя используются два основных способа его возбуждения: с возбуждением перед синхронизацией двигателя и при постоянно (глухо) подключенном источнике питания цепи возбуждения.

При использовании первого  варианта, который реализуется по схеме на рис. 6.5, на первом этапе  пуска ключ б разомкнут, а ключ 4 замкнут. Обмотка возбуждения двигателя 2 оказывается замкнутой на резистор 3, и асинхронный пуск происходит в благоприятных условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В конце пуска при достижении подсинхронной скорости по команде специального реле управления, в качестве которого могут быть использованы реле частоты, тока или времени, ключ 4 размыкается, а ключ б замыкается. В результате в обмотку возбуждения подается ток от возбудителя 1 и двигатель 2 втягивается в синхронизм. Регулирование тока возбуждения осуществляется резистором 5 в цепи обмотки 7 возбуждения возбудителя.