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

В  схеме  управления  предусмотрено  шунтирование  размыкающих  контактов  реле  ускорения  вспомогательными  контактами  КУ1,  КУ2  и КУ3,  что вызвано  возможностью  вибраций  контактов  реле  ускорения  при  значениях  токов  в  катушках  реле,  близких  к  токам  уставки.  

Реле  блокировки  РБ  создает некоторую выдержку  времени,  необходимую для того,  чтобы ток в цепи  ротора  достиг  значения,  при котором реле  ускорения  РУ1, РУ2,  РУ3 открыли бы  свои  размыкающие контакты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Управление  синхронными  двигателями.

Синхронные  двигатели  получили  широкое  применение  в  промышленности  в  большинстве  случаев  для  привода  механизмов,  работающих  с  постоянной  скоростью.  Однако  в  настоящее  время  в  связи  с  возможностью  использования  преобразовательной  техники  разрабатываются  у  нас  и  за рубежом  регулируемые  приводы  с  синхронными  двигателями.  Типовые  схемы  управления  регулируемыми  приводами  с  синхронными  двигателями  и  область  их  применения  приводятся  ниже.

К  механизмам,  которые  приводятся  синхронными  двигателями,  работающими  с  постоянной  скоростью,  можно  отнести  насосы,  компрессоры,  воздуходувки,  двигатели  преобразовательных  установок  прокатных  станов  и  т.п.

Широкое  применение  синхронных  двигателей  объясняется  их  высокой  перегрузочной  способностью,  меньшим  влиянием  колебаний  напряжения  сети  на  максимальный  момент,  а  также  возможностью  использования  их  для  улучшения  коэффициента  мощности  предприятия.  Синхронные  двигатели  для  указанных  выше  механизмов  изготавливаются  обычно  на  высокое  напряжение,  имеют  большую  мощность,  вследствие  чего  существенным  является  вопрос  о  способе  их  пуска.  В  современных  мощных  электрических  системах  синхронные  двигатели  часто  включаются  непосредственно  на  полное  напряжение  сети.  В  этом  случае  значительно  упрощается  схема  управления  и  повышается  надежность  работы  электропривода. 

Схема  прямого  пуска  синхронного  двигателя  с  глухоподключенным  возбудителем  является  простейшей  и  может  быть  осуществлена  в  том  случае,  когда  пусковые  токи  его  при  подключении  к  сети  не  вызывают  в  ней  падения  напряжения  сверх  допустимого  и  момент  статической  нагрузки  М_С < 0.4М_ном.

На  рис.4  показана  упрощенная  схема прямого пуска синхронного высоковольтного  двигателя  с  глухоподключенным  возбудителем,  расположенным  на  одном  валу  с  ним.  Для  упрощения силовая часть схемы показана  в однолинейном  изображении.  Пуск  синхронного  двигателя  производится  одним  командным  импульсом,  воздействующим  на  масляный  выключатель  В1,  который подключает  статор  двигателя  к  питающей  сети (схема включения катушек масляного  выключателя  на  рис.4  не  показана).

Если  напряжение  сети  близко  к  номинальному,  то  при  пуске  двигателя  до  угловой  скорости,  близкой  к  синхронной,  напряжение  на  выводах  возбудителя  В  окажется достаточным и ток,  проходящий  через обмотку возбуждения М,  обеспечит вхождение его в синхронизм.  В схеме управления  предусмотрена форсировка  возбуждения на  случай  снижения  напряжения  высоковольтной  сети  до  15-20 %  по  отношению к номинальному.  Форсировка  может выполняться двумя способами:  1) при помощи  реле  напряжения  РФ,  присоединяемого к вторичной  обмотке  трансформатора  напряжения,  используемого  в  схеме  управления  данного  двигателя (индивидуальная  форсировка);  2) промежуточным  реле  РПФ,  подключаемым  к шинам групповой форсировки  на  распределительном устройстве (групповая  форсировка).    

При  индивидуальной  форсировке  реле  РФ  размыкающими  контактами (если  напряжение  сети  снижено)  включает  контактор  КФ,  шунтирующий своими  контактами  резистор  регулятора  возбуждения  РВ,  чем и обеспечивается  форсированное возбуждение синхронного двигателя.  Недостатком индивидуальной  форсировки  является  возможность  ложной  форсировки в случае  отключения  автоматом  цепей,  отходящих  от  трансформатора  напряжения,  подключенного  к  распределительному  устройству.

Рис.4.  Принципиальная  схема пуска синхронного двигателя с

  глухоподключенным  возбудителем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Более  надежной  является  так  называемая  групповая  форсировка,  при  которой  контактор  КФ  включается  замыкающими контактами  реле  РПФ.  Оно в свою  очередь включается  при подаче  питания на  шины  групповой форсировки,  когда напряжение  высоковольтной  сети  снижается на  15-20 %.  В этом  случае  благодаря непосредственному подключению реле  на  выводы  вторичной обмотки трансформатора  напряжения  исключается возможность ложной  форсировки.  Обычно  на  станции управления  имеются  оба  реле,  и  в  зависимости  от  условий  работы  выбирается  тот  или  иной  способ  подключения  РФ  или РПФ,  осуществляемый  перемычками  1  или  2,  показанными  на  рис.4  утолщенными линиями.

Аварийная  остановка  синхронного  двигателя  осуществляется  нажатием  на  кнопку  КА  в цепи  отключающей катушки В1  или действием соответствующих реле  защиты,  контакты  которых присоединяются  к вторичным обмоткам  трансформаторов  тока.  К  обмоткам  трансформаторов  тока  присоединяются  реле  токовой  отсечки  и  реле  защиты  от  перегрузки,  а  также  измерительные  приборы.  Реле  защиты  от  замыкания  на  землю  подключается  к  вторичной  обмотке  другого  трансформатора  тока (цепи  защиты  на  схеме  не  показаны).  При  более  тяжелых  условиях  пуска  (М_С > 0.4М_ном)  используется  схема подачи  постоянного тока  в обмотку возбуждения синхронного двигателя,  когда последний достигнет угловой скорости,  близкой к синхронной.

Подачу  постоянного  тока  в  обмотку  ротора  можно  осуществить,  например,  по  схеме,  приведенной  на  рис.5. Из  схемы  видно,  что  когда  контактор  КМ  отключен,  обмотка возбуждения двигателя через размыкающий контакт КМ  включена  на  разрядный резистор  R_Р  и не  получает  питания  от  источника  постоянного  тока.  Основным  элементом  схемы  является  реле  РП (с успокоителем - медной  гильзой),  катушка которого  присоединяется  через диод  V  к разрядно-

Рис.5.  Принципиальная  схема подачи  постоянного тока  в обмотку  возбуждения  синхронного  двигателя.

 

му  резистору  и  находится  под  напряжением  в  период  пуска  синхронного  двигателя  благодаря  ЭДС  скольжения,  наводимой  в  обмотке  возбуждения (как  в  роторе  асинхронного двигателя).  При больших частотах  тока,  проходящего по  разрядному  резистору,  поток в сердечнике  реле  поддерживается  примерно  постоянным  за  счет  успокоителя.  С  уменьшением  скольжения  поток  начинает  уменьшаться,  а  интервалы  между  полуволнами  тока - увеличиваться,  что  приведет  к  отпусканию  якоря  реле  РП  при скольжении s »0.05. Работу  схемы поясняет  рис.6. 

Рис.6.  Кривые  тока  и потока  реле  РП,  иллюстрирующие  принцип работы 

схемы  на  рис.5.

 

 

На  котором  показаны  кривые  тока  i_РП  в катушке реле  и потока  Ф_РП,  а также отмечен момент  времени,  при котором  реле  отпускает  якорь,  подавая  через  размыкающий  контакт  питание  на  катушку  контактора  КМ,  после чего  в обмотку  ротора  поступает  постоянный  ток. 

Указанный  способ  включения  постоянного  тока  применялся  в  ранее  выпускавшихся  системах  управления  синхронными двигателями.  Однако,  как по-

казал  опыт,  он  оказался  недостаточно  совершенным  и  не  обеспечивал  четкой  синхронизации  из-за  разброса  выдержки  времени  реле  РП.  Поэтому в настоящее  время  системы  управления  подачей  постоянного  тока  осуществляются  в  функции  тока  статора  двигателя  при  его  пуске.

На  рис.7 показана  схема  прямого  пуска  высоковольтного  синхронного  двигателя.  При  его  подключении  к  сети  в  начальный  момент  пуска (асинхронный  пуск)  в  цепи  статора  проходит  ток,  в  несколько  раз  превышающий  номинальный,  в  результате  чего  сработает  токовое  реле  РПТ,  присоединяемое  через трансформатор тока,  включаемый  в статор  двигателя М.  Контакт этого реле включает  реле  времени РВ1,  которое без выдержки  времени присоединяет  реле  времени РВ2.  В цепи  катушки КВ-В  контактора  КВ  размыкается контакт РВ1  и замыкается  контакт РВ2,  что подготавливает  цепь  включения контактора  КВ (с помощью  его  включающей  катушки  КВ-В).  По  мере  разгона двигателя ток в статоре его спадает и при подсинхронной угловой скорости (0,95-0,98  синхронной)  значительно  уменьшается,  реле  РПТ  при этом  разомкнет свой  замыкающий  контакт  в  цепи  РВ1.  С выдержкой времени (около 0,9 с)  замкнется контакт  реле  РВ1  в катушке КВ-В.  Контактор КВ  включается (становится  на  за- щелку)  и  подключает  к  обмотке  возбуждения  М  постоянный  ток (двигатель входит  в синхронизм).  При  включении КВ размыкается цепь  разрядного  резис-

Рис.7.  Принципиальная  схема прямого пуска высоковольтного синхронного 

двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тора  R_Р.  С отключением РВ1  по  истечении времени около 4 с разомкнутся контакты  РВ2,  снимающие  сигнал  на  включение  катушки  КВ-В.  Но  контакты  контактора  КВ  останутся включенными благодаря действию  защелки. 

С  целью  облегчения  вхождения  М  в синхронизм,  если  напряжение  питающей  сети  понижено,  в  схеме  управления  предусмотрен  узел  форсирования  возбуждения,  действие  которого  было  описано  выше.  Остановка  М  производится  дистанционным  отключением  выключателя  В1.  При его отключении  теряет  питание реле  РП,  которое своим размыкающим контактом включает  отключающую  катушку  КВ-О  контактора  КВ;  выключается цепь  возбуждения М,  а его обмотка замыкается  на  разрядный резистор  R_Р. 

Аварийная  остановка  синхронного  двигателя  осуществляется  таким  же  образом,  как  и  в  схеме  на  рис.4.  Для ограничения пускового тока  включение синхронного двигателя может производиться также через реактор или автотрансформатор,  как  отмечалось  выше. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача.

Определить  величину  махового  момента  маховика  для  привода  с асинхронным  двигателем  типа  АК-92-4  со  следующими  номинальными  данными:  Р_ном=100 квт,  n_ном=1460 об/мин,  U_ном=380 в,  I_ном=191 а,  ,  .

Двигатель  преодолевает  нагрузку  Р_нагр=260 квт в течение  t=0,5 сек.  Максимальная  скорость  двигателя  n_макс=1480 об/мин,  а минимальная n_мин=

=1200 об/мин.  Маховый   момент  механизма,  приведенный   к  валу  двигателя,  . 

Решение.

Средняя  скорость  привода  с  маховиком  за  время  работы: 

 об/мин.

Коэффициент  неравномерности: 

.

Энергия,  которую  отдает  механизм  в  период  преодоления  нагрузки  и  запасает  в  период  работы  без  нагрузки:

.

Маховый  момент  всей  системы  привода,  приведенный  к  валу  двигателя:

.

Величина  махового  момента  маховика:

.

Ответ.  Маховый момент  маховика  . 

Список  используемой  литературы.

1. Бамарин  А.В.,  Новиков  В.А.,  Соколовский  Г.Г.

    Управление  электроприводами. - Л.:  Энергоиздат, 1982.

2. Бумарин  А.В.,  Голубев  Ф.Н.,  Кепперман   В.Г.

    Примеры   расчетов  автоматизированного   электропривода. - Л.:  Энергия, 

     1972.

3. Ильинский  Н.Ф.,  Козаченко  В.Ф.

    Общий  курс  электропривода. – М.:  Энергоиздат, 1992.

4. Ковчин  С.А.,  Сабинин   Ю.А.

    Теория  электропривода. – СПб.:  Энергия,  1994.

5. Фотиев  М.М.

    Электропривод   и  электрооборудование  металлургических  цехов. – М.: 

    Металлургия,  1990.

6. Чиликин  М.Г.,  Сандлер  А.С.

     Общий   курс  электропривода. - М.:  Энергоиздат, 1981.