Пуск, торможение и реверсирование асинхронных двигателей с фазным ротором, а также пуск и торможение синхронных двигателей

Министерство  общего  и  профессионального  образования 

Российской  Федерации

 

Санкт-Петербургский  государственный  горный  институт  им. Г.В.Плеханова

(технический  университет)

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

По  дисциплине  “ Электротехника,  электрооборудование  и  электроника ”.

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

 

Тема:  “  Пуск,  торможение  и  реверсирование  асинхронных  двигателей  с  фазным  ротором,  а  также  пуск  и  торможение  синхронных  двигателей ”

 

Автор:  студент  гр. ЭП-96                                                            Назаренко Е.В.

 

 

ОЦЕНКА: 

Дата:

ПРОВЕРИЛ

Руководитель  проекта                                                      доцент  Павлов Ю.П.

 

 

Санкт-Петербург

1999  год

Аннотация.

В  данной  работе  подробно  рассмотрены  возможные  действия  при  управлении  работой  двух  видов  электродвигателей:  асинхронного  с  фазным  ротором  и  синхронного. Также  работа  содержит  основные  схемы  рассматриваемых  электроприводов (7  рисунков),  которые  приводятся  в  тексте  для лучшего понимания работы  описанных  электроприводов.         

 

 

In  the  present  work  you  can  found  detailed  description  of  possible  activities,  which  help  you  to  control  the  work  of  two  kind  of  electric  motors:  asynchronous  with  phase  rotor  and  synchronous  one.  There  are  7  main  diagrams  of  the  consider  electric  drives  in  the  text  of  this  work.  The  diagrams  has  been  adduced  to  better  understand  the  work  of  described  electric  drives.        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление.

Введение………………………………………………………………………4

Управление  асинхронными  двигателями с  фазным  ротором…………..5

Управление  синхронными  двигателями…………………………………14

Решение  задачи…………………………………………………………….22

Список  используемой  литературы……………………………………….23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Принцип  действия  асинхронной  машины:  один  из  элементов  машины  (неподвижный  статор)  используется  для  создания  движущегося  с  определенной  скоростью  магнитного  поля,  а  в  замкнутых  проводящих  пассивных  контурах  другого  элемента (подвижного - ротора)  наводятся  ЭДС,  вызывающие  протекание  токов  и  образование  сил (моментов)  при  их  взаимодействии  с  магнитным  полем.  Все  эти  явления  имеют  место  при  асинхронном  движение  ротора  относительно  поля.  Асинхронные  машины  с  фазным  ротором  имеют  очень  простые  конструктивные  решения.  Статор  обычно  выполнен  в  виде  нескольких  расположенных  в  пазах  катушек,  а  ротор – в  виде  катушек,  которые  соединены  между  собой,  выведены  на  кольца,  расположенные на  валу,  и с помощью скользящих  по  ним  щеток  могут  быть  замкнуты  на  внешние  устройства:  пассивные  цепи,  например  резисторы,  и  активные,  содержащие  источники  энергии.

Принцип  действия  синхронной  машины,  характерной  особенностью  которой  является  постоянство  угловой  скорости  вращения  электродвигателя:  один  из  элементов  машины (обычно  статор)  используется  для  создания  движущегося  магнитного  поля  и  в  этом  смысле  очень  похож  на  соответствующий  элемент  асинхронной  машины;  другой  элемент – ротор – выполнен  в  виде  электромагнита,  питаемого  через  кольца  и  щетки  от  источника  постоянного  напряжения,  или  в  виде  конструкции  из  постоянных  магнитов.  Подвижный  элемент – магнит – увлекается  полем,  движется  синхронно  с  ним,  связанный  «магнитной  пружиной»,  отставая  в  двигательном  режиме  или  опережая  в  тормозном  на  угол  q,  зависящий от  электромагнитного момента.  Не  только  специальные, но  и обычные,  традиционно  неуправляемые  синхронные  двигатели  сейчас  все  чаще  становятся  объектами  регулирования.   

Управление  асинхронными  двигателями  с  фазным 

ротором.

Фазный  ротор  обеспечивает  дополнительный  канал,  по  которому можно воздействовать  на  двигатель, - в этом  его очевидное достоинство,  но  очевидна  и плата за  него:  существенное  усложнение  конструкции,  наличие скользящих  контактов.  Именно  эти негативные  особенности привели к тому,  что асинхронные  двигатели  с  фазным  ротором  составляют  небольшую  долю;  вместе  с  тем  тенденция  перехода  к  регулируемому  массовому  электроприводу  взамен  нерегулируемого  может  существенно  изменить  это  сложившееся  ранее  положение.

На  рис.1 приведена  схема  управления  асинхронным  двигателем  с  фазным  ротором,  в  цепь  которого  введен  резистор.  Управление  двигателем  осуществляется  с  помощью  кнопок  КнП  и КнС.  Пуск  осуществляется  в функции времени с помощью электромагнитных реле  времени,  включенных  через вентиль  V. 

Для  защиты  цепей  двигателя  от  коротких  замыканий  служат  максимальные  реле  РМ1,  РМ2  и РМ3,  от  перегрузки – тепловые  реле  РТ,  нагревательные  элементы  которых включены  через трансформаторы  тока  ТТ1  и ТТ2.  Цепи  управления  включены  через автоматический  выключатель,  имеющий токовую защиту.

Подготовка  схемы  к  пуску  двигателя  осуществляется  подачей  напряжения  переменного  тока:  включаются  выключатели  В  и ВА.  При этом  после  включения  ВА получит питание реле  РУ1, и замыкающие  контакты  его закроются – подготавливается  цепь  включения  РУ2  и КЛ;  размыкающий контакт РУ1  разомкнется и выключит  цепь  катушек контакторов ускорения КУ1,  КУ2  и КУ3.

Рис.1.  Схема управления  пуском  асинхронного  двигателя с фазным  ротором в функции времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если  нажать  кнопку  КнП,  то  через замкнувшийся  контакт РУ1  включится  контактор  КЛ,  и будет подано  напряжение  на  обмотку статора двигателя М;  в обмотке ротора  при этом  включены  все пусковые  резисторы – начинается  пуск  привода на  первой  реостатной  характеристике.  При  этом  включении  контактора  КЛ  один  из  его замыкающих  вспомогательных контактов шунтирует кнопку  КнП,  и отпадает  необходимость длительно удерживать  ее  в нажатом состоянии,  а другой  замыкающий – подает  питание  на  цепь  катушек  реле  ускорения  РУ2  и РУ3.  Размыкающий вспомогательный контакт КЛ  отключит  цепь реле  РУ1;  так как оно отпускает якорь с выдержкой времени при отключении  ее  катушки,  то  РУ2  сразу не  выключится  и  его  размыкающий  контакт  РУ2  будет открыт.  Следует отметить,  что размыкающий контакт РУ1  остается  еще открытым;  по  истечении выдержки  времени реле  РУ1  его  замыкающий  контакт  откроется,  а  размыкающий – закроется.  В  результате  этих  переключений  в  схеме  управления  включится  контактор  КУ1,  и будет шунтирована первая  пусковая  ступень  резистора – двигатель  с  первой (реостатной)  характеристики  перейдет  на  вторую,  разгоняясь  до  большей  угловой  скорости. Кроме того,  выключится  реле  времени  РУ2,  и его размыкающий контакт с выдержкой времени замкнет цепь  катушки контактора  КУ2 – шунтируется  вторая  пусковая  ступень  резистора – двигатель  переходит  на  третью  реостатную  характеристику.  Наконец,  после  размыкания  с  выдержкой  времени  замыкающего  контакта  РУ2  выключится  реле  РУ3 – с  выдержкой  времени,  на  которое  настроено  реле  РУ3 (соответственно  времени пуска двигателя на  последней реостатной  характеристике),  замкнется  его  контакт  РУ3,  и включится контактор КУ3,  обмотка ротора  М  окажется  замкнутой накоротко,  и двигатель начнет  разгоняться в соответствии  с  его  естественной  характеристикой.  Этим  заканчивается  ступенчатый  пуск  асинхронного  двигателя,  контролируемый  в функции времени электромагнитными  реле  времени  РУ1,  РУ2,  РУ3.

Остановка  двигателя  производится  нажатием  кнопки  КнС.  Рассмотренная схема может быть  использована  для приводов  механизмов,  не  требующих изменения  направления  вращения,  длительность  торможения  которых  после  отключения  двигателя  не  имеет  существенного  значения.

В  тех  случаях,  когда  требуется  реверсирование  асинхронного  двигателя  с  фазным  ротором  и  интенсивное  принудительное  торможение  его,  может  быть  использовано  включение  двигателя  по  схеме,  приведенной  на  рис.2. 

Пуск  двигателя  в  одном  и  противоположном  направлениях  осуществляется  в  функции  времени.  Торможение  двигателя  при  реверсировании  осуществляется  противовключением  в  функции  ЭДС.  Подготовка  двигателя  к  пуску  заключается  в  подаче  напряжения  переменного  тока  в  силовую  цепь  включением  выключателя  В  и включением  автомата  ВА  в цепь  управления,  подключающего аппараты  управления  к  источнику  постоянного  тока.  При  этом  в  исходном (нулевом)  положении  командоконтроллера  КК  получают  питание реле  напряжения  РН  и реле  ускорения РУ1  и РУ2- дополнительно отключаются цепи  контакторов  ускорения  КУ1  и КУ2. 

Для  пуска  двигателя  в  одном  направлении  необходимо  повернуть  рукоятку  командоконтроллера  в  одно  из  положений,  например  Вперед.  В этом  случае  будут  включены  контакторы  КЛ,  КВ  и реле  РБ.  

В  неподвижном  состоянии  ротора  двигателя  напряжение  на  реле  РП  недостаточно  для  его  срабатывания,  поэтому  его  размыкающий  контакт  замкнут,  и  контактор  КП  включится.  Пуск  двигателя из  неподвижного  состояния ротора  произойдет  при шунтированной ступени противовключения,  когда  к  обмотке 

Рис.2.  Схема управления  реверсивным электроприводом с асинхронным

двигателем  с  фазным  ротором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ротора  подключены  только  пусковые  (две)  ступени  резистора.  Двигатель  разгоняется  в  соответствии  с  реостатной  характеристикой,  обусловленной  полным  пусковым  сопротивлением  резистора  в  течение  времени,  определяемом  выдержкой  времени  реле  РУ1,  которое в момент  подачи  напряжения  на  статор  отключилось  размыкающим  контактом  КЛ.  Когда контакт реле  РУ1  замкнется,  включится  контактор  КУ1 – шунтируется первая  пусковая  ступень резистора,  затем с выдержкой времени включится КУ2,  двигатель будет работать  на  естественной  характеристике.  

Реверсирование  двигателя  производится  путем  перевода  командоконтроллера  из  положения  Вперед  в положение Назад.  Во  время прохождения командоконтроллера  через нулевое положение система управления  возвращается  в исходное  состояние.  Переход на  положение Назад  сопровождается  включением  контакторов  КЛ  и КН,  которые изменяют  чередование фаз    на  статоре двигателя.  При  этом  возникает  режим  противовключения,  так как ротор двигателя продолжает  еще вращаться  по  инерции  в  прежнем  направлении.

После  включения  контактора  КН  и реле  РБ  контактор КП  не  включается,  так  как  в  начале  торможения  напряжение  на  кольцах  достаточно  велико – РП  срабатывает,  и его контакт размыкается.  Поэтому при торможении  в цепи  ротора  будут включены  и пусковой  резистор,  и ступень противовключения. 

При  переводе  рукоятки  командоконтроллера  в  положение  Назад  реле  противовключения  РП  только  тогда замкнет свой  размыкающий контакт и обеспечит включение контактора  КП,  а затем и контакторов ускорения,  когда напряжение  в роторе  спадет  до  значения,  соответствующего  напряжению  в начале  пуска;  это  произойдет  при  угловой  скорости  двигателя,  близкой  к  0.  Затем  последовательно  включаются  аппараты  управления,  порядок  работы  которых  был  изложен  выше.

Реле  блокировки  РБ  создает некоторую выдержку  времени до  включения контактора  КП,  необходимую для того,  чтобы реле  РП  в начале  торможения  успело  открыть свой  размыкающий контакт.  При отсутствии  такой выдержки  времени контактор КП  может включиться  раньше  срабатывания  реле  РП,  что приведет  к возникновению  тока  аварийного  значения  и  отключению  двигателя  защитой.

В  данной  схеме  предусмотрена  максимальная  защита  двигателя (реле  РМ1 – РМ3),  а также защита  от  чрезмерного снижения  напряжения,  осуществляемая  реле  РН (при этом  предполагается,  что  цепи  управления  получают  питание  через  выпрямитель,  подсоединенный  к  силовой  цепи  двигателя  после  выключателя  В).  Цепи  управления  защищены  автоматом с максимальной  защитой. 

Схема  управления  асинхронным  двигателем  с  фазным  ротором в функции  тока  приведена  на  рис.3.  Напряжение  к статору двигателя подводится  через  линейные  контакты  контактора  КЛ.

В  цепь  ротора  двигателя  введены  пусковые  резисторы,  шунтируемые  при  пуске  соответствующими  контакторами  ускорения.  Кроме  того,  в  цепь  ротора  включены  катушки  токовых  реле  ускорения. 

Настройка  реле  ускорения  РУ1,  РУ2  и РУ3  должна  быть  произведена таким образом,  чтобы токи,  при которых соответствующие реле  отключаются,  удовлетворяли  следующему  неравенству: I_РУ1>I_РУ2>I_РУ3.

Для  пуска  двигателя  нажатием  кнопки  КнП  включается  контактор КЛ,  который блокирует пусковую  кнопку  и подает  питание на  статор  двигателя.  Через блокировочный  контакт  КЛ  получает питание реле  РБ,  контакт которого

Рис.3.  Схема управления  асинхронным двигателем  с фазным  ротором

  в  функции  тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

замыкается  и  присоединяет  цепь  катушек  контакторов  ускорения.  Однако  контакторы  ускорения  не  включаются,  так  как  размыкающий  контакт  РУ1  будет открыт  до  тех пор,  пока  пусковой  ток в цепи  ротора  не  спадет  до  значения,  соответствующего  уставке  отпускания  реле  РУ1.  После того  как контакт РУ1  закроется,  сработает  контактор  ускорения  КУ1  и зашунтирует своими  силовыми  контактами  первую  ступень резисторов  в цепи  ротора.  Аналогично  будут работать  реле ускорения РУ2  и РУ3  при меньших уставках  тока,  и соответственно  будут включаться  контакторы  ускорения КУ2  и КУ3,  которые шунтируют вторую  и  третью  ступени  резисторов  в  цепи  ротора,  после  чего  двигатель  будет  работать  с  полной  угловой  скоростью  на  естественной  характеристике.