Лекции по " Электроприводу и электрооборудованию"

При выборе мощности двигателя (Р_ном) для продолжительной переменной нагрузки необходимо выполнить условие

Р_ном ≥ (1,2…1,3)Р_экв .                                       (10)

Из каталогов выбирается ближайший, больший по мощности ЭД. Иногда приходится проверять достаточность  пускового момента (М_п) двигателя, учитывая, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения в момент трогания (М_тр) с места

М_п  ≥ (1,2…1,5)М_тр.                                           (11)

 

При кратковременном режиме S2 работы и наличии нагрузочных диаграмм, необходимо также определить Р_экв и выбрать специальный двигатель режима S2. При этом необходимо учитывать нормированную (ПВ_н) и реальную продолжительность включения (ПВ_ф)

.                                                  (12)

Если двигатель рассчитан  на продолжительный  режим работы, то при кратковременном режиме превышение температуры к концу рабочего периода не достигнет установившегося значения, т.е. в данном случае двигатель будет недоиспользован по нагреву, а соответственно и по мощности.

Для полного использования  в кратковременном режиме работы двигателя, предназначенного для  работы в продолжительном режиме, его следует перегружать по мощности.

Для количественной оценки перегрузки и нагрева двигателя  используются коэффициенты термической и механической  перегрузок

,                                                 (13)

 

,                                            (14)

где t_р- время работы двигателя;

       Т_н- постоянная времени нагрева, ориентировочно принимая

             для асинхронных двигателей  Т_н =15…35 мин или может

             быть рассчитана в минутах по выражению

,                                                     (15)

   - отношение постоянных потерь мощности ЭД к переменным,  для     асинхронных двигателей =0,5…0,7.

Мощность электродвигателя определится, как

.                                                    (16)

При повторно-кратковременном  режиме S3, при выборе электродвигателя специального режима S3 и отличии реальной продолжительности включения от фактической,  мощность определяется согласно выражения (12).

Коэффициент термической  перегрузки двигателя режима S1, работающего в режиме S3

.                                          (17)

Коэффициент механической перегрузки  находится по формуле (14), мощность из выражения (16).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 8

УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

 

Типовые схемы автоматического управления

трехфазными асинхронными двигателями

 

Управление электрическими двигателями включает в себя следующие операции: пуск, торможение, остановку, реверсирование, регулировку или поддержание неизменными частоты вращения, момента, мощности и других рабочих параметров электропривода.

В зависимости от способа выполнения операции управления разделяют на ручные и автоматические.

При ручном управлении операции выполняются человеком (оператором) посредством аппаратов ручного управления: рубильников, переключателей, контроллеров, пусковых и регулировочных реостатов и т. п.

При автоматическом управлении участие человека (оператора) сводится к надзору за приборами управления на случай возникновения в них аварийных ситуаций; что же касается операций управления электродвигателем, то все они выполняются без участия человека.

Электродвигатель, управляющие  и информационные устройства образуют систему, называемую электроприводом. Автоматические системы управления электроприводами разделяют на разомкнутые и замкнутые.

В разомкнутой автоматической системе управления элементы электропривода составляют прямую цепь воздействий, по которой осуществляется управление электроприводом в соответствии с поступившим на вход этой цепи управляющим сигналом. Работа двигателя и других устройств электропривода происходит исключительно в соответствии с этим сигналом. Никакой информации о фактических значениях параметров в разомкнутой системе электропривода нет, а следовательно, и нет корректировки работы системы. Например, управляющим сигналом предусмотрена номинальная частота вращения вала двигателя. Однако из-за происшедшего падения напряжения в питающей сети по непредвиденным причинам частота вращения оказалась меньше номинальной. Вследствие этого фактическое положение исполнительного органа рабочего механизма не будет соответствовать заданному положению, предусмотренному управляющим сигналом. Отсутствие корректирующих мер может нарушить технологический процесс рабочей машины (механизма), управляемой данным электроприводом.

В замкнутой автоматической системе электропривода имеются цепи обратных связей, соединяющих выход системы электропривода с его входом. Информация о фактическом значении параметров по этим цепям передается на вход системы и корректирует соответствующим образом управляющий сигнал.

Рассматриваемые в данной главе разомкнутые схемы автоматического управления выполнены на релейно-контакторных элементах, применение которых в автоматическом электроприводе пока является наиболее распространенным, хотя и не всегда обеспечивает требуемую надежность.

Последнее обстоятельство зависит от качества изготовления релейно-контакторных устройств и правильного их выбора. Вместе с тем схемы с релейно-контакторными элементами отличаются простотой реализации и сравнительно невысокой стоимостью. Рассмотрим некоторые типовые схемы управления электроприводом. Все операции, связанные с включением и отключением различных элементов в рассматриваемых схемах, выполняются автоматически, т.е. без участия человека. Лишь только команды «Пуск» и «Стоп» в этих схемах выполняются человеком. Поэтому эти схемы более правильно следовало бы считать полуавтоматическими. Однако любая из этих схем, будучи включенной в систему автоматического регулирования (САР), становится автоматической, так как все команды по управлению, включая «Пуск» и «Стоп», будут выполняться в такой системе автоматически в соответствии с управляющими электрическими сигналами.

Рассматриваемые схемы  выполнены с применением условных обозначений на элементы и буквенных кодов (приложение 2).

 

Схема управления пуском трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором посредством нереверсивного

линейного контактора

 

При нажатии кнопки SB1 «Пуск» (рис. 1) замыкается цепь питания катушки линейного контактора КМ1, который срабатывает и своими силовыми контактами КМ1 подключает к сети обмотку статора асинхронного двигателя М. Одновременно замыкаются контакты КМ1, шунтирующие кнопку SB1 «Пуск», чем обеспечивается питание обмотки контактора при отпускании этой кнопки. Отключение двигателя выполняется нажатием кнопки SB2 «Стоп». При этом размыкается цепь питания катушки контактора КМ1, что приводит к размыканию всех его силовых контактов КМ1, отключающих обмотку статора двигателя от сети, и контактов, шунтирующих кнопку SB1. При отпускании кнопки SB2 ее контакты замыкаются, но цепь катушки контактора КМ1 остается разомкнутой.

Рисунок 1 – Схема управления пуском трехфазного асинхронного двигателя  с короткозамкнутым ротором

 

В рассмотренной схеме  управления применена защита двигателя  от перегрузок посредством двух тепловых реле КК. Если двигатель перегружен и потребляемый им ток превышает допустимое значение, то выделяемая нагревательным элементом в КК теплота вызывает срабатывание одного из тепловых реле, при этом контакты КК размыкают цепь питания катушки линейного контактора КМ1 и двигатель отключается от сети.

На примере рассмотренной  схемы видим, что эта схема  состоит из силовой цепи, через которую двигатель получает питание, и управляющей цепи, содержащей элементы, управляющие силовой цепью. Управляющие цепи отличаются небольшим значением тока, а поэтому их питание может выполняться более низким напряжением, чем напряжение силовой цепи. В некоторых схемах управляющая цепь получает питание от сети постоянного тока. Применение пониженного напряжения в управляющих цепях целесообразно еще и по соображениям электробезопасности обслуживания.

 

Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник»

 

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмотки статора «треугольником», с целью уменьшения пускового тока применяют пуск двигателя переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник».

Перед пуском двигателя  следует включить рубильник QS1 и автоматический выключатель QF1 (рис. 2). Затем нажатием кнопки SB1 включают контактор КМ1, который своими силовыми контактами КМ1 соединяет обмотку статора двигателя «звездой». При этом начинается разгон ротора двигателя при пониженном напряжении на фазных обмотках статора. Одновременно включается реле времени КТ, которое своими контактами КТ шунтирует кнопку SB1. С замедлением на срабатывание размыкаются контакты КТ в цепи катушки КМ1 и контактор КМ1 отключается. Одновременно замыкаются контакты КТ в цепи контактора КМ2, который срабатывает и своими контактами КМ2 соединяет обмотку статора двигателя «треугольником». Двигатель продолжает разгон, но при номинальном напряжении на фазных обмотках статора.

Рисунок 2 – Схема пуска трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник»

 

Схема нереверсивного управления трехфазным

асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

с динамическим торможением

 

При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» (рис. 3) замыкается цепь питания катушки линейного контактора КМ1, который срабатывает и своими силовыми контактами КМ1 подключает двигатель М к трехфазной сети, а также подключает катушку реле времени динамического торможения КТ к источнику постоянного тока. При включении контактора КМ1 размыкаются его контакты в цепи катушки контактора торможения КМ2 и замыкаются контакты КМ1, шунтирующие кнопку SB1 «Пуск». При срабатывании реле КТ замыкаются контакты КТ в цепи катушки контактора торможения КМ2, но этот контактор не срабатывает, так как цепь его катушки остается разомкнутой контактами КМ1.

Для остановки двигателя  нажимают кнопку SB2 «Стоп». При этом прекращается питание катушки контактора КМ1 и двигатель отключается от сети. Одновременно замыкаются контакты КМ1 в цепи катушки контактора КМ2, который срабатывает и своими контактами КМ2 подключает обмотку статора двигателя к источнику постоянного тока, что приводит к динамическому торможению вращающегося по инерции ротора двигателя. Одновременно размыкаются контакты КМ2 в цепи катушки линейного контактора КМ1, что исключает его случайное включение.

Рисунок 3 – Схема нереверсивного управления трехфазным асинхронным  двигателем с короткозамкнутым ротором  с применением динамического  торможения

 

Резистор  предназначен для ограничения постоянного тока в обмотке статора двигателя при динамическом торможении. Однако протекание постоянного тока в обмотке статора непродолжительно, так как при отключении контактора КМ1 размыкаются его контакты в цепи питания катушки реле времени КТ, что ведет к размыканию с некоторой временной задержкой контактов КТ в цепи питания катушки контактора торможения КМ2. В результате обмотка статора двигателя контактами КМ2 отключается от сети постоянного тока через некоторое время после отключения двигателя от трехфазной сети. Выдержка времени на размыкание контактов реле времени КТ устанавливается опытным путем с учетом времени, необходимого для торможения двигателя.

 

Схема реверсивного управления трехфазным асинхронным двигателем

с короткозамкнутым ротором с применением торможения

противовключением в функции скорости

 

Подключение двигателя  к трехфазной сети возможно через две группы силовых контактов (рис. 4): контакты КМ1(П), при замыкании которых ротор двигателя вращается в одном направлении («правое» вращение), и контакты КМ2(Л), при включении которых ротор вращается в другом направлении («левое» вращение). Схема содержит реле скорости PC, механически соединенное с валом двигателя М. Контакты этого реле РС(П) и РС(Л) включены в схему управления двигателем. Работа реле скорости (рис. 4, б), основными элементами которого являются постоянный магнит 1 и короткозамкнутая клетка 2, происходит следующим образом. При вращении постоянного магнита в стержнях этой клетки индуцируются токи, которые при взаимодействии с полем постоянного магнита создают электромагнитный момент, поворачивающий клетку в направлении вращения постоянного магнита, т. е. в направлении вращения вала двигателя М. При этом клетка упором 6 воздействует на один из подвижных контактов 5 или 7. При вращении вала против часовой стрелки замыкаются левые контакты 4 и 5 [на схеме контакты РС(Л)], а при вращении по часовой клетке – правые контакты 7 и 8 [на схеме контакты РС(П)].