Устройство и обслуживание электродвигателей

Замкнутые структуры электрического привода применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить движение исполнительных органов рабочих машин с высокими показателями - большим диапазоном регулирования скорости и точностью её поддержания, заданным качеством переходных процессов и точностью остановки, а также высокой экономичностью или оптимальным (наилучшим) функционированием технологического оборудования и самого электропривода. Основным признаком замкнутых структур является такое автоматическое (без участия человека) управление электропривода, при котором электрический привод наилучшим образом выполняет свои функции при всевозможных управляющих и внешних возмущениях, действующих на рабочую машину или электрический привод.



3. Схемы замкнутых структур электрического привода

Замкнутые структуры электрического привода строятся по принципам компенсации возмущений и отклонений, называемых также принципом обратной связи.

Рассмотрим принцип компенсации наиболее характерного внешнего возмущения электрического привода, момента нагрузки М_c, при регулировании скорости w. Основным признаком замкнутой структуры электрического привода является наличие цепи, по которой на вход электропривода вместе с задающим сигналом скорости U_з.с. подается сигнал U_м=k_мM_с, пропорциональный моменту нагрузки М_с. В результате этого управления электропривода осуществляется суммарным сигналом U_?, который автоматически изменяется в нужную сторону при колебаниях момента нагрузки, обеспечивая с помощью системы управления поддержание скорости электропривода на заданном уровне.

Несмотря на свою эффективность, электрический привод по этой схеме выполняется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки М_с (возмущающего воздействия).

В связи с таким положением подавляющее большинство замкнутых структур электропривода строятся по принципу отклонения (обратной связи). Он характеризуется наличием цепи обратной связи, соединяющей выход электропривода с его входом, откуда и пошло название замкнутых схем. Применительно к рассматриваемому примеру регулирования скорости признаком этой структуры является цепь обратной связи, по которой информация о текущем значении скорости (сигнал обратной связи U_о.с=k_o.c.w) подается на вход электропривода, где он вычитается из сигнала задания скорости U_з.с.. Управление электроприводом осуществляется сигналом отклонения U_D=U_зс - U_ос ( его также называют сигналом рассоглосования или ошибки). Этот сигнал при отличии скорости от заданного уровня автоматически изменяется необходимым образом и устраняет с помощью системы управления электропривода эти отклонения. Тем самым управление движением осуществляется с учетом его результата.

Все виды применяемых в замкнутом электроприводе обратных связей делятся на положительные и отрицательные, линейные и нелинейные, жесткие и гибкие.

Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой направлен согласно (складывается) с задающим сигналом, в то время как сигнал отрицательной связи направлен ему встречно.

Жесткая обратная связь характеризуется тем, что она действует как в установившемся, так и в переходном режимах электропривода. Сигнал гибкой обратной связи вырабатывается только в переходных режимах электропривода и служит для обеспечения требуемого их качества, например устойчивости движения, допустимого перерегулирования и т.д.

Линейная обратная связь характеризуется пропорциональной зависимостью между регулируемой координатой и сигналом обратной связи U_о.с., в то время как при реализации нелинейной связи эта зависимость нелинейная.

В зависимости от вида регулируемой координаты в электроприводе используются все названные выше связи по скорости, положению, току, напряжению, магнитному потоку, ЭДС.

Для обеспечения заданного хода и качества технологических процессов на электроприводе кроме указанных «внутренних» обратных связей часто подаются сигналы технологических датчиков, например температуры, давления, расхода и т.д. В этом случае электропривод вместе с рабочей машиной или механизмом, реализующим технологический процесс или операцию, образуют систему автоматического регулирования.

Прогрессивным явлением при создании средств управления и автоматизации технологических процессов является разработка и выпуск комплектных электроприводов (КЭП) постоянного и переменного тока. Комплектный электропривод представляет собой регулируемый электропривод, в состав которого входят все его функциональные элементы, согласованные по всем своим техническим и конструктивным характеристикам и параметрам.

Комплектные электроприводы находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности. Распространение комплектных электроприводов определяется более низкой трудоемкостью при его разработке и изготовлении, сокращении времени на электромонтажные и наладочные работы, удобством в эксплуатации.

Комплектные электроприводы различаются по следующим техническим данным: напряжению питающей сети; числу двигателей (одно-, двух- или многодвигательные); виду и номинальным параметрам силового преобразователя; наличию или отсутствию реверса двигателя; виду основной регулируемой координаты (электрический привод с регулируемыми скоростью, положением, мощностью); диапазону и направлению регулирования скорости; составу аппаратуры силовой цепи; наличию или отсутствию торможения; способу связи с питающей сетью ( связь через трансформатор, реактор или без них).

Следящим называется электрический привод, который обеспечивает (воспроизводит) с заданной точностью движение исполнительного органа рабочей машины в соответствии с произвольно изменяющимся входным сигналом управления. Этот сигнал может изменяться в широких пределах по произвольному временному закону и быть механическим или электрическим. Чаще всего входной сигнал подставляет собой скорость или угол поворота оси или вала задающего устройства. Следящий электропривод применяется для антенн радиотелескопов и систем спутниковой связи, в металлообрабатывающих станках, для привода роботов и манипуляторов, в автоматических измерительных устройствах и во многих других случаях.

Классификация следящего электропривода может быть выполнена по нескольким признакам. Если следящий электропривод предназначен для воспроизведения с заданной точностью скорости движения исполнительного органа, то он называется скоростным, а если положения -- то позиционным.

Различают следящие электроприводы с непрерывным или прерывным управлением; последние в свою очередь, делятся на релейные и импульсные.

В следящих электроприводах непрерывного действия напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, постоянно подается на двигатель.

Следящий электропривод релейного действия характеризуется тем, что напряжение на двигатель подается только в том случае, когда сигнал рассогласования достигает определенного значения. Поэтому работа релейного следящего электропривода характеризуется определенной зоной нечувствительности по отношению к входному сигналу.

Импульсный следящий электропривод отличается тем, что управляющее воздействие на двигатель подается в виде импульсов напряжения, амплитуда, частота или заполнение которых изменяется в зависимости от сигнала рассоглосования. В этих случаях говорят соответственно об амплитудно-, частотно- и широтно-импульсной модуляции управления.

В следящем электроприводе используются двигатели переменного и постоянного тока, различные виды усилителей (электромашинные, магнитные, полупроводниковые, пневматические, гидравлические), датчики скорости и положения и другие аналоговые и цифровые устройства управления.

Структурная схема следящего электропривода. Следящий электропривод состоит из датчиков 1 и 5 входного и выходного сигналов, измерителя рассоглосования 2, системы управления 3 и электродвигателя с механической передачей 4, который приводит в движение исполнительный орган 6 рабочей машины.

Датчики входной и выходной величин преобразуют механические величины в электрические - входной сигнал U_вх и сигнал обратной связи U_ос. Измеритель рассоглосования 2, алгебраически суммируя эти сигналы, вырабатывает сигнал рассоглосования U_D , поступающий в систему управления электродвигателем 3. Следящий электропривод по своей структуре представляет собой замкнутую систему, действующую по принципу отклонения.

Система управления 3 состоит из регулятора (усилителя) и силового преобразователя, которые обеспечивают необходимое преобразование сигнала рассоглосования U_D в напряжение U, поступающее на двигатель. За счет выбора схем регулятора и преобразователя или введения корректирующих устройств обеспечивается необходимый закон изменения этого напряжения во времени U(t) при отработке входного сигнала воздействия w_вх(t) или j_вх(t). Электродвигатель и механическая передача 4 в соответствии с законом изменения U(t) обеспечивают перемещение исполнительного органа 6. Иногда двигатель с механической передачей называют исполнительным механизмом или сервомеханизмом.

Электрический привод с программным управлением обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины по определенной, наперед заданной программе.

От программного устройства ПУ сигнал управления U_п поступает на электропривод, который обеспечивает отработку этого сигнала управления, перемещая соответствующим образом исполнительный орган ИО. Совокупность программного устройства ПУ и электропривода ЭП называют системой программного управления СПУ.

Вся совокупность существующих программных устройств делится на числовые и нечисловые (цикловые) программные устройства.

Электрический привод с числовым программным управлением. Такой электропривод представляет собой универсальную систему программного управления. Эта система обеспечивает существенное повышение производительности труда и качества обработки деталей.

При использовании электрического привода с частотным программным управлением все технологические данные по обработке изделий -- скорости и перемещения изделий или обрабатывающего инструмента, их направления, последовательность операций при обработке и т.д. -- задаются в виде чисел. Совокупность всех чисел образует программу обработки данного изделия, которая предварительно соответствующим образом рассчитывается, кодируется, записывается на тот или иной программоноситель. Перед обработкой изделия программа вводится в программное устройство электропривода, который в дальнейшем обеспечивает обработку изделия без непосредственного участия рабочего. Для обработки другого изделия требуется лишь изменить программу, что значительно сокращает время обработки за счет исключения вспомогательных операций.

Таким образом, система программного управления с числовым программным управлением представляет собой разновидность цифрового электропривода с программным управлением.

Системы числового программного управления делятся на аналоговые (непрерывные) и дискретные (импульсные). В аналоговых системах числового программного управления совокупность чисел, образующих программу обработки изделия, преобразуется в какую-либо непрерывно изменяющуюся аналоговую физическую величину (напряжение постоянного тока, фазу или амплитуду синусоидального напряжения), которая и является входным управляющим воздействием на электропривод. В дискретных системах числового программного управления программа в конечном итоге представляется последовательностью управляющих импульсов, каждому из которых соответствует определенное перемещение инструмента или изделия. Число импульсов определяет значение перемещения, а их частота -- скорость перемещения.

Системы числового программного управления работают в одном из двух режимов: режиме позиционирования или режиме контурной обработки. Позиционные (координатные) системы числового программного управления обеспечивают точную установку инструмента относительно изделия или их прямолинейное перемещение. Инструмент или изделие при этом перемещаются по кратчайшим, прямолинейным путям между точками установки (позициями) инструмента. Контурные (функциональные) системы числового программного управления обеспечивают перемещение инструмента или изделия по произвольным траекториям, что требуется при контурной обработке изделий различной конфигурации.

Системы числового программного управления могут быть замкнутыми или разомкнутыми. В замкнутых системах с помощью датчиков измеряется действительное положение инструмента или изделия и эта информация в виде сигнала обратной связи подается в сравнивающее устройство, в котором она сопоставляется с сигналами программного устройства.

При отличии действительного положения от заданного в систему управления электропривода поступают дополнительные управляющие сигналы, обеспечивающие необходимую коррекцию положения инструмента или изделия. Тем самым замкнутые системы числового программного управления обеспечивают большую точность обработки изделий.

В разомкнутых системах числового программного управления движение инструмента или изделия не контролируется и не сопоставляется с заданными. Поэтому случайное изменение параметров системы или каких либо возмущений вызывает снижение точности отработки программы. Вместе с тем разомкнутые системы оказываются проще замкнутых в наладке и эксплуатации.

Электрический привод с нечисловыми (цикловыми) программными устройствами. Эти приводы используются для обеспечения повторяющихся одинаковых циклов движения исполнительных органов. Программные устройства таких электроприводов выполняются с применением различных контактных и бесконтактных аппаратов релейного действия -- конечных и путевых выключателей, шаговых искателей, счетчиков, средств программируемой логики. К электроприводам с нечисловыми программными устройствами относятся также системы с использованием шаблонов и копиров, которые нашли применение в различных копировальных станках и автоматах. В таких системах обычно используется следящий электрический привод релейного действия.

В последнее время широкое применение в системах программного управления электроприводами находят программируемые контроллеры, представляющие собой специализированные ЭВМ для автоматизации цикловых и последовательных производственных и технологических процессов. Они позволяют реализовывать как простые схемы управления цикловым движением электроприводов, так и сложные системы комплексной автоматизации промышленного оборудования. Их применение оказывается экономически целесообразным при реализации схем управления, требующих использования нескольких десятков или сотен обычных электрических аппаратов -- реле, логических элементов, счетчиков и т.д.

Автоматизация процессов пуска, реверса и торможения значительно облегчает управление электрическим двигателем, устраняет возможные ошибки при пуске и реверсе и обеспечивает повышение производительности механизмов.

При питании двигателя от сети, автоматизация обеспечивает: постепенное включение пусковых сопротивлений, регулирование пускового тока в допустимых пределах, контролировать процесс торможения при реверсе и остановке двигателя.

4. Типовые схемы управления электродвигателями переменного тока

При включении асинхронного двигателя в сеть переменного тока по обмоткам его статора и ротора будут проходить токи, в несколько раз больше номинальных. Это объясняется тем, что при неподвижном роторе вращающееся магнитное поле пересекает его обмотку с большой частотой, равной частоте вращения магнитного поля в пространстве, и индуцирует в этой обмотке большую ЭДС. Эта ЭДС создает большой ток в цепи ротора, что вызывает возникновение соответствующего тока и в обмотке статора. При увеличении частоты вращения ротора скольжение уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС и тока в обмотке статора.

Большой пусковой ток нежелателен как для двигателя, так и для источника, от которого источник получает энергию. При частых пусках большой пусковой ток приводит к резкому повышению температуры обмоток двигателя, что может вызвать преждевременное старение его изоляции. В сети при больших токах понижается напряжение, что оказывает влияние на работу других приемников энергии, включенных в эту же сеть. Поэтому прямой пуск двигателя непосредственным включением его в сеть допускается только в том случае, когда мощность двигателя намного меньше мощности источника энергии, питающего сеть. Если мощность двигателя соизмерима с мощностью источника энергии, необходимо уменьшить ток, потребляемый этим двигателем при пуске в ход. Двигатели с фазным ротором обладают очень хорошими пусковыми свойствами. Для уменьшения пускового тока обмотку ротора замыкают на активное сопротивление, называемое пусковым реостатом.

При включении такого сопротивления в цепь обмотки ротора ток в ней уменьшится, а, следовательно, уменьшаются токи как в обмотке статора, так и потребляемый двигателем из сети. При этом увеличится активная составляющая тока ротора и, следовательно, вращающий момент, развиваемый двигателем при пуске в ход.

Пусковые реостаты имеют несколько контактов, поэтому можно постепенно уменьшать сопротивление, введенное в цепь обмотки ротора. После достижения ротором номинальной частоты вращения реостат полностью выводится, т.е. обмотку ротора замыкают накоротко. При номинальной частоте ротора скольжение мало и ЭДС, индуцируемая в его обмотке, также незначительна. Поэтому никакие добавочные сопротивления в цепь ротора не нужны.

Пусковые реостаты работают непродолжительное время в процессе разгона двигателя и рассчитываются на кратковременное действие. Если оставить реостат включенным длительное время, то он выйдет из строя.

Двигатель с короткозамкнутым ротором при малой мощности его по сравнению с мощностью источника энергии пускают в ход непосредственным включением в сеть. При большой же мощности двигателя пусковой ток уменьшают, понижая приложенное напряжение. Для понижения напряжения на время пуска двигатель включают в сеть через понижающий автотрансформатор или реакторы. При вращении ротора с нормальной частотой двигатель переключают на полное напряжение сети.

Недостатком такого способа пуска двигателя в ход является резкое уменьшение пускового момента. Для уменьшения пускового тока в N раз, необходимо приложенное напряжение также уменьшить в N раз, при этом пусковой момент, пропорциональный квадрату напряжения, уменьшится в N² раз. Таким образом, понижение напряжения допустимо при пуске двигателя без нагрузки или при малых нагрузках.

Часто применяют пуск в ход двигателей посредством переключения обмотки статора со «звезды» на «треугольник». В момент пуска обмотку статора соединяют «звездой», а после того как двигатель разовьет частоту, близкую к нормальной, ее переключают «треугольником». При таком способе пуска двигателя в ход, пусковой ток в сети уменьшается в три раза по сравнению с пусковым током, который потреблялся бы двигателем, если бы при пуске обмотка статора была соединена «треугольником». Этот способ пуска можно применять для двигателя, обмотка статора которого при питании от сети данного напряжения должна быть соединена «треугольником».

Для пуска асинхронных двигателей также применяют реакторы и автотрансформаторы.

Для пуска двигателя включается рубильник Q1 при этом напряжение пуска будет составлять U_пуск=0,65U_ном Т.е. пусковой ток незначителен и при достижении номинальной угловой скорости включается рубильник Q2 и двигатель получает номинальное напряжение.

При пуске двигателя необходимо замкнуть рубильники Q1 и Q2 в этом случае на двигатель будет подаваться пониженное напряжение, за счет падения напряжения в обмотках автотрансформатора. По мере того как двигатель набирает скорость Q3 размыкают, а Q2 замыкают тогда трансформатор окажется закорочен и напряжение сети будет приложено к двигателю.

Частота вращения ротора определяется следующим выражением:

n₂=n₁(1--S)=60f₁*(1--S)/p

Из этого выражения видно, что частоту вращения ротора можно регулировать изменением любого из трёх параметров, определяющих её, т.е. изменением частоты тока сети f₁ , числа пар полюсов р, скольжения S.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов возможно, если на статоре имеется несколько обмоток (обычно две) с различным числом полюсов. Одна обмотка, которую можно переключать на различное число полюсов, или две обмотки, каждая из которых может переключаться на различное число полюсов. Этот способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя экономичен, но недостатком его является ступенчатое изменение частоты. Кроме того, стоимость такого двигателя значительно возрастает вследствие усложнения обмотки статора и увеличения габаритов машины. Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов применяется в двигателях с короткозамкнутым ротором, а в двигателях с фазным ротором этот способ не используется.

Скольжение можно изменять регулировочным реостатом, введенным в цепь обмотки ротора, а также изменением напряжения сети. При регулировании напряжения питающей сети изменяется вращающий момент двигателя, пропорциональный квадрату напряжения. При уменьшении вращающего момента начнет уменьшаться частота вращения ротора, т.е. увеличится скольжение. Регулировочный реостат включается в цепь обмотки фазного ротора подобно пусковому реостату, но в отличие от пускового этот реостат рассчитывается на длительное прохождение тока. При включении регулировочного реостата ток в роторе уменьшится, что вызовет снижение вращающего момента двигателя, и, следовательно, уменьшение частоты вращения или увеличение скольжения. При увеличении скольжения возрастают ЭДС и ток в роторе. Этот способ регулирования частоты вращения может использоваться только в двигателях с фазным ротором. Недостатком этого метода является то, что он не экономичен, так как в регулировочном реостате происходят значительные потери энергии.

Управление частотой вращения вследствие изменения частоты питающего напряжения обеспечивает широкий диапазон частот вращения, но для этого необходим источник энергии, частоту и напряжение которого можно изменять. В последнее время, в связи с бурным развитием полупроводниковых элементов, используют источники энергии построенные на основе полупроводников.

Со сменой частоты питания изменяется и максимальный электромагнитный момент. Поэтому для сохранения неизменных способностей к перегрузкам и КПД асинхронного двигателя следует одновременно со сменой частоты f₁ изменять и напряжение питания U_1Ф.

Соотношение между напряжением U_1ф и моментом М на частоте f₁ и напряжением U¹_1ф c моментом М¹ на частоте f¹₁ выражается равенством:

U¹_1ф / U_1ф= f¹₁ / f₁М¹/M



Если частотой вращения асинхронного двигателя управлять с условием постоянной мощности двигателя (Р_дв=const), то напряжение питания следует изменять соответственно закону:

U¹₁= U₁ f¹₁ / f

Около 70% вырабатываемой электроэнергии потребляют электродвигатели переменного тока. Большое распространение электродвигателей переменного тока для привода механизмов различных систем обусловлено простотой, надежностью и относительно небольшой стоимостью этих машин. Основным недостатком синхронных и асинхронных с короткозамкнутым ротором электродвигателей является постоянная частота вращения ротора электродвигателя, практически не зависящая от нагрузки. Однако подавляющее большинство систем, элементами которых являются приводимые электродвигателем механизмы, работают в режимах с переменной нагрузкой. Для регулирования их производительности существуют различные способы, например распространенным в настоящее время методом регулирования производительности насосов и вентиляторов является уничтожение избыточной мощности расхода посредством клапанов и заслонок. Экономическая эффективность подобных решений крайне неудовлетворительна. С развитием силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники стало возможным создание устройства частотного регулирования электроприводом, которое позволяет точно управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в точном соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь, позволяет осуществлять точное регулирование практически любого процесса в наиболее экономичном режиме, без тяжёлых переходных процессов в технологических системах и электрических сетях.

5. Внедрение частотного регулирования электроприводов (ЧРП) позволяет

Внедрение частотного регулирования электроприводов (ЧРП) позволяет:

повысить надёжность работы оборудования и систем;

улучшить качество производимой продукции и предоставляемых услуг;

автоматизировать производство;

экономить ресурсы и энергию.

Частотное регулирование эффективно применяется на предприятиях энергетики, промышленности и коммунального хозяйства.

Из питающей сети (1) переменное напряжение промышленной частоты (~ U, = f) поступает на вход выпрямителя (2).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя устанавливается фильтр (3).

И уже постоянное (= U) (сглаженное) напряжение подаётся на вход управляемого импульсного инвертора тока (4).

Электронные ключи инвертора по сигналам системы управления (8) открываются и запираются таким образом, что формируемые при этом различные по длительности импульсы тока складываются в результирующую кривую синусоидальной формы с необходимой частотой.

Для сглаживания пульсаций, на выходе инвертора может устанавливаться дополнительный высокочастотный фильтр (5).

Затем напряжение подаётся на обмотки электродвигателя (М), который является приводом механизма технологической системы (6).

Подлежащий регулированию параметр технологической системы измеряется датчиком (7), управляющий сигнал от которого подаётся в систему управления ЧРП (8). Либо внешняя система управления (9) собирает информацию о многих параметрах, характеризующих работу технологической системы, обрабатывает её и подаёт результирующий сигнал в систему управления приводом.

В зависимости от величины, иногда скорости изменения этого сигнала, и программных установок, микропроцессорная система управления ЧРП формирует и подаёт управляющие импульсы на электронные ключи выпрямителя и инвертора. Для самоконтроля и защиты система управления собирает и обрабатывает сигналы о наличии или величине ряда параметров, характеризующих работу собственных подсистем. Контролируются токи и напряжения на входе, выходе из преобразователя и в магистрали постоянного тока. Измеряется температура элементов и регулируется производительность системы охлаждения преобразователя. Контролируется состояние отдельных элементов вплоть до отдельного ключа. При наличии специального датчика в корпусе электродвигателя измеряется, а при отсутствии датчика рассчитывается по электрическим характеристикам потребляемой двигателем энергии температура двигателя.

Таковы общие принципы частотного регулирования электроприводов. Конкретные схемные решения в зависимости от условий различны, различаются и принципы управления частотно-регулируемым электроприводом.

Как и большинство технических решений такого рода, частотное регулирование электроприводов имеет свои недостатки и ограничения.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором запускают прямым включением в сеть. Схемы управления двигателями переменного тока имеют коммутационную аппаратуру, устройства защиты и различные блокировки. Простейшей схемой управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором является схема с автоматом и контактором или с реверсивным магнитным пускателем.

Защитные функции выполняет автомат QF, отключающий двигатель при коротких замыканиях и чрезмерных бросках тока. Контактор КМ обеспечивает дистанционное управление двигателем с помощью кнопок управления SB1, SB2.

Защита двигателя от коротких замыканий осуществляется плавкими вставками, а от перегрузок - встроенными в магнитный пускатель M тепловыми реле FP1 и FP2. Магнитный пускатель производит дистанционный пуск, реверс и остановку асинхронных двигателей мощностью до 75кВт, работающих в продолжительном режиме. Иногда его можно использовать при кратковременном или повторно-кратковременном режиме с небольшим количеством включений в час. Командным аппаратом является кнопочная станция с кнопками SB1 («Стоп»), SB2 («Назад») и SB3 («Вперед»). Торможение в рассмотренных схемах осуществляется за счет трения в подвижных частях механизма.

Схема торможения асинхронного электродвигателя в функции времени (Рис.2, а). При вращении двигателя реле времени КТ включено и замыкающим контактом подготавливает цепь контактора торможения КМТ к работе. При нажатии кнопки SB1(«Стоп») контактор КМ теряет питание и своим размыкающим контактом подключает контактор КМТ к сети. Начинается процесс динамического торможения двигателя, длительность которого определяется установкой реле КТ.

Рис.2, а. Схема динамического торможения асинхронного двигателя в функции времени

Схема торможения АД в функции времени с прямым её контролем индукционным реле (Рис.13, б). При включенном двигателе контактор КМВ втянут, реле КС, замкнув свой контакт, подготовило к включению контактор КМТ. После нажатия кнопки SB1(«Стоп») контактор КМВ отключается и своим вспомогательным контактом включает контактор КМТ. Начинается процесс торможения в режиме противовключения. При угловой скорости двигателя, близкой к нулю, контакт реле К размыкается и отключает контактор КМТ, двигатель останавливается.

Рис.2, б

6. Типовые схемы управления электрическими двигателями постоянного тока

В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен, противо-ЭДС равна нулю (Е=0). При непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря будет протекать чрезмерно большой ток I_пус=U/R_я. Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателя очень маленькой мощности, у которых значение падения напряжения в якоре относительно большое и изменения тока не столь велики.

В машинах постоянного тока большой мощности падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько процентов от номинального напряжения, т.е.

IR_я=(0,02--0,01)U. Следовательно, пусковой ток в случае включения двигателя в сеть с номинальным напряжением во много раз превышает номинальный.

При пуске в ход для ограничения пускового тока используют реостаты, включаемые последовательно с якорем двигателя.

Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы, и выполняются ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.

Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначаемые буквами Л, Я, Ш. Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника (к линии). Зажим Я соединяется с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря. Зажим Ш соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по шине так, что между ними имеется непрерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочный резистор Rр присоединяется обмотка возбуждения. Другие зажимы якоря и обмотки возбуждения соединены между собой перемычкой и подключены к другому полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть. При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1, так, что последовательно с якорем соединено полное сопротивление реостата ПР, которое выбирается таким, чтобы больший ток при пуске в ход I_max не превышал номинальный ток более чем в 1,7ё2,5 раза, т.е. R_n=(U/I_max)--R_я. При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также проходит ток, возбуждающий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов создается пусковой момент. Если пусковой момент окажется больше тормозного момента на валу двигателя (М_пуск>М_т), то якорь машины придет во вращение.

Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения I_min, движок пускового реостата переводится на контакт 2, при этом сопротивление реостата уменьшится на одну ступень. Ток в якоре снова возрастет до значения I_max, а с увеличением тока в якоре возрастет вращающий момент, вследствие чего частота вращения ротора вновь увеличится. Переключая движок реостата, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается, пока оно полностью не будет выведено (движок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и частота вращения якоря принимают установившиеся значения.

При отключении двигателя от сети металлическая шина пускового реостата должна быть соединена с зажимом 1. Это необходимо для того, чтобы не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющий значительную индуктивность. Кроме того, движок пускового реостата переводится на холостой контакт 0, и рубильник отключается.

двигателей постоянного тока

В двигателях постоянного тока имеется возможность плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах. Благодаря этому весьма ценному свойству они получили широкое распространение и часто являются незаменимыми. Частота вращения якоря двигателя при любой схеме возбуждения определяется следующим выражением:

где Rc - сопротивление последовательной обмотки возбуждения (Для двигателя параллельного возбуждения Rc=0). Это выражение показывает, что частота вращения двигателя зависит от напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока.

Частоту вращения регулируют путем изменения напряжения сети в том случае, когда источником электрической энергии двигателя является какой-либо генератор.

Для регулирования частоты вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используется регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается КПД двигателя.

Регулируют частоту вращения якоря двигателя также изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения включается регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением. Этот способ регулирования частоты практически не создает дополнительных потерь и экономичен.

Для автоматического пуска используют два электромагнитных реле времени КТ1 и КТ2, контакты которых работают с выдержкой времени только при отключении реле. После подачи напряжения в цепь управления (перед пуском двигателя) реле КТ1 получает питание и, втягиваясь, размыкает свой контакт, не позволяя тем самым сразу включать контакторы ускорения КМ2 и КМ3. После включения контактора КМ1 двигатель работает на искусственной характеристике 1.

Реле КТ1 начинает отсчет времени и через время t₁, определяемое его установкой, замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Срабатывание контактора ускорения КМ2 приводит к закорачиванию сопротивления добавочного резистора R₁, и двигатель разгоняется по искусственной характеристике 2. Одновременно закорачивается катушка КТ2, и через время t₂ реле КТ2 своим замыкающим контактом включает контактор КМ3. При этом происходит шунтирование сопротивления добавочного резистора R₂ и двигатель выходит на естественную характеристику 3, на которой двигатель разгоняется до установившейся угловой скорости w_уст.

Остановка двигателя в схемах автоматического управления обычно происходит в режиме динамического торможения или противовключением. Динамическое торможение чаще всего осуществляется в функции скорости, ЭДС или времени.

В исходном состоянии перед торможением двигатель работает с установившейся угловой скоростью w_уст. Контактор КМ1 включен, и пусковые сопротивления закорочены. После нажатия кнопки SB1 («Стоп») контактор КМ1 отключается и своим силовым контактом отсоединяет якорь двигателя от сети. Размыкающий вспомогательный контакт КМ1 закрывается в цепи реле KV, которое оказывается под напряжением V»e_д, так как двигатель продолжает вращаться и при наличии тока возбуждения в якоре наводится ЭДС. Реле KV срабатывает и включает контактор напряжения KM, который подключает сопротивление торможения к цепи якоря. Двигатель переходит в режим динамического торможения. При снижении скорости двигателя уменьшается его ЭДС, катушка реле KV отключается и контактор КМ2 теряет питание. Реле KV должно срабатывать при минимально Возможном напряжении.

Для того чтобы изменить направление вращения двигателя постоянного тока необходимо изменить полярность питания на обмотке возбуждения или якоре. Изменение полярности питания двигателя направление вращения не изменит.

Схема состоит из двух магнитных пускателей К1 и К2, кнопок ПВ («Пуск вперед»), ПН («Пуск назад») и СТ («Стоп»), двигателя постоянного тока.

При включении кнопки ПВ («Пуск вперед») электрический ток проходит по цепи: «+» источника питания, замкнутая кнопка СТ («Стоп»), замкнутые контакты кнопки ПВ («Пуск вперед), замкнутые контакты К2, магнитный пускатель К1, «--» источника питания. Магнитный пускатель сработает и замкнет свои сигнально-блокировочные (в цепи управления) и силовые контакты (в цепи якоря). Когда сигнально-блокировочный контакт К1¹, подключенный параллельно кнопки ПВ, замкнется кнопку ПВ можно отпустить. Через замкнутые контакты К1, в цепи ротора, напряжение сети будет приложено к якорю, по цепи: «+» источника питания, замкнутый контакт К1, сопротивление Rя, катушка якоря, замкнутый контакт К2, «--» источника питания. Двигатель начнет вращаться. Второй сигнально-блокировочный контакт К1¹ разомкнется и заблокирует магнитный пускатель К2, для того чтобы не включались одновременно два пускателя «Вперед» и «Назад».

Для того чтобы двигатель вращался в другую сторону необходимо нажать кнопку ПН («Пуск назад»). Электрический ток потечет по цепи: : «+» источника питания, замкнутая кнопка СТ («Стоп»), замкнутые контакты кнопки ПН («Пуск назад»), замкнутые контакты К1, магнитный пускатель К2, «--» источника питания. Магнитный пускатель К2 сработает и замкнет свои контакты. Когда сигнально-блокировочный контакт К2¹, подключенный параллельно кнопки ПН, замкнется кнопку ПН можно отпустить. Через замкнутые контакты К2, в цепи ротора, напряжение сети будет приложено к якорю, по цепи: «+» источника питания, замкнутый контакт К2, катушка якоря, сопротивление Rя, замкнутый контакт К1, «--» источника питания. Двигатель начнет вращаться в противоположном направлении.

Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку СТ («Стоп») цепь питания магнитных пускателей будет порвана. Обесточенные пускатели разомкнут свои контакты в цепи якоря и двигатель остановится.

Нормальная эксплуатация электрических двигателей возможна при правильной организации их защиты от выхода из строя в различных аварийных режимах.

Применяют следующие виды электрической защиты электродвигателей: максимально-токовую от коротких замыканий или недопустимых бросков тока; защиту от перегрева, обрыва обмотки возбуждения перенапряжения, превышения напряжения, самозапуска и др.

Максимально-токовая защита двигателя обеспечивает немедленное отключение его силовой цепи при возникновении недопустимо больших токов. В силовых цепях эта защита осуществляется: плавкими предохранителями, автоматическими выключателями и максимально-токовыми реле.

Ток плавкой вставки в предохранителях и ток установки автомата или максимально-токового реле выбирают для асинхронных короткозамкнутых двигателей из следующих условий: нормальный пуск (t_п>5 c) I_{вст.ном.}і0,4I_п; тяжелый пуск (t_п>10 c) I_{вст.ном.}і(0,5ё0,6)I_п ; независимо от условий пуска I_{вст.ном.}і(1,3ё1,5)I_п .

Защита двигателя от перегрева обеспечивает отключение электрической машины в случае перегрузки механизма. При продолжительном режиме работы асинхронного двигателя используют два тепловых реле FР1 и FР2 или автоматы с тепловым расцепителем, при повторно-кратковременном режиме - два максимально-токовых реле FA1 и FA2. Реле FA3 служит для защиты двигателя от коротких замыканий. Для асинхронных двигателей используют два тепловых или максимально-токовых реле в двух фазах, а для машин постоянного тока ставят одно реле.

Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле и теплового расцепителя автомата выбирают из условия I_н.э.= I_т.р.» I_ном.

В схему вводится реле времени КТ, которое шунтирует контакты реле FA1 и FA2 во время пуска двигателя (пусковой ток значительно больше, чем ток нагрева). Ток уставки максимально токовых реле выбирают следующим образом: I3ф<iуст<i2ф (I3ф, I2ф -токи при работе двигателя на двух и трех фазах).</i</i

Защита двигателя от обрыва обмотки возбуждения обеспечивает отключение обмотки якоря. Она осуществляется с помощью минимального токового реле KF, которое включается в цепь обмотки возбуждения синхронного двигателя и машины постоянного тока.

При протекании нормального тока возбуждения реле KF втянуто и его контакт в цепи катушки KM замкнут.

При исчезновении или чрезмерном снижении тока возбуждения катушка реле KF не может удержать свой контакт в замкнутом состоянии, что приводит к отключению ее и двигателя. Обрыв обмотки возбуждения в машинах постоянного тока может привести к недопустимому возрастанию угловой скорости и механическому разрушению якоря.

Защита двигателя от перенапряжения в обмотке возбуждения необходима при отключении ее от сети. Из-за большой индуктивности обмотки возбуждения LM может возникнуть ЭДС самоиндукции, превышающая номинальную, и привести к пробою изоляции обмотки. Для защиты эту обмотку обычно шунтируют разрядным резистором Rp, сопротивление которого (3ё6)RLM. Для снижения потерь электрической энергии в цепь разрядного резистора включен диод V.

Защита от превышения напряжения обеспечивает отключение двигателя от сети при увеличении напряжения более 10--15% номинального. При этом с помощью реле максимального напряжения KV отключается обмотка якоря двигателя.

Защита от самозапуска (нулевая защита) обеспечивает отключение двигателя при исчезновении или чрезмерном снижении напряжения сети. При кнопочном управлении защиту осуществляет контактор КМ, который, отпадая, размыкает свой блокировочный контакт, шунтирующий кнопку SB2, и поэтому самовключения не произойдет. При управлении с помощью командоконтроллера используют реле минимального напряжения.

7. Обслуживание и ремонт электрических двигателей

Для поддержания длительной работоспособности электрических двигателей большое значение имеет их техническое обслуживание в межремонтные периоды. К техническому обслуживанию допускается дежурный персонал цеха, участка, в обязанности которого входит следить за температурным режимом двигателя, состоянием его щеточного контакта, коллектора и контактных колец, вибрацией, состоянием подшипников и их смазки. Приостановке оборудования для профилактических работ дежурный персонал продувает машины сжатым воздухом, осматривает состояние муфт, проверяет крепление болтов, наличие смазки в подшипниках, зачищает коллектор и контактные кольца, проверяет работу щеткодержателей, состояние изоляции и осматривает заземляющие устройства, устанавливает щетки в нейтральное положение и прочищает вентиляционные каналы.

Электрические двигатели в зависимости от класса изоляционного материала имеют различные предельно допустимые превышения температуры (от 60є до 90є), при температуре окружающей среды 40єС. Перегрев электрического двигателя опасен в первую очередь для обмоток, что приводит к сокращению их срока службы, а иногда и к аварии машины.

Нагрев электрической машины зависит от нагрузки и режима работы. Основной причиной перегрева является перегрузка электрического двигателя по току, которая при длительном режиме определяется контрольным замером тока в цепи статора для эл./двигателей переменного тока и в цепи якоря в эл./двигателях постоянного тока. Двигатели которые работают в повторно-кратковременном режиме, имеют постоянно изменяющийся ток, поэтому оценить их загрузку по щитовым приборам невозможно. В этом случае проводят осцилографирование тока на специальных приборах, определяя эквивалентное значение тока за цикл работы механизма. Перегрев двигателя при его нормальной загрузке возможен из-за ухудшения охлаждения или при увеличении температуры окружающей среды выше 40єС.

Нагрев двигателя определяют термометром или специальными встроенными приборами, устанавливаемых на двигателях мощностью более 100кВт. При отсутствии таких приборов нагрев двигателей проверяют на ощупь рукой. Если очень горячо, измеряют переносным термометром, лучше спиртовым, не имеющим погрешностей в магнитном поле. Активную часть термометра плотно обертывают алюминиевой фольгой и прижимают к месту измерения на поверхности двигателя, а сверху место изоляции накрывают теплоизоляционной ватой.

Неисправности, выявление дефектов, ремонт и обслуживание электродвигателей.

Ниже приведены (Таблицы2-5) основные неисправности электродвигателей переменного (асинхронных) и постоянного тока, возможные причины и способы их выявления. Также приведены (Таблицы6-7) требования к разборке электродвигателей и сведения по их надзору и уходу.

Таблица 2: Неисправности трехфазных асинхронных двигателей и способы их выявления

Характер неисправности	Возможная причина	Способ выявления
Двигатель не запускается без нагрузки	-Обрыв (в одном из проводов) питающей линии -Обрыв в одной из обмоток фаз статора двигателя (при включении «звездой»)	Проверить напряжение линии (линейные напряжения Uлин.) Проверить предохранители или ток в питающих проводах или сопротивление обмоток фаз
Двигатель не развивает номинальную частоту вращения и гудит	-Одностороннее притяжение ротора вследствие износа подшипников, перекоса подшипниковых щитов или изгиба вала	Проверить зазор между статором и ротором
Двигатель останавливается при увеличении нагрузки. Пусковой или максимальный момент недостаточен.	-Понижение напряжения сети -Включение фаз обмотки звездой вместо треугольника -Обрыв в одной из фаз статора двигателя (при включении фаз треугольником) -Межвитковое замыкание в обмотке статора -Обрыв или распайка в обмотке ротора -Неисправный пусковой реостат -Перегрузка	Проверить Uлин. Проверить схему соединения обмоток Проверить сопротивление обмоток фаз То же Проверить ток к.з. (фазный ротор) Проверить исправность реостата Проверить нагрузку
Двигатель дает пониженное число оборотов в минуту	-Пониженное Uсети. -Повышенное сопротивление обмотки ротора в результате: -распайки, плохой заливки, трещин в стержнях и кольцах к.з. ротора -Неисправности колец, щеток (фазный ротор)	Проверить Uсети. Проверить ток короткого замыкания Осмотреть кольца, щетки
Двигатель не развертывается (застревает при малых оборотах ротора), гудит	-Обрыв в обмотке ротора или цепи кольца, неисправность короткозамыкающего механизма (фазного ротора) неисправность пускового реостата -Обрывы в нескольких стержнях или замыкающих кольцах короткозамкнутого ротора -Перевернута фаза обмотки статора	Проверить сопротивление фаз обмотки ротора и пускового реостата Проверить ток короткого замыкания Проверить ток в питающих проводах; маркировку концов обмотки
Двигатель приходит во вращения при разомкнутом фазном роторе	-Межвитковое замыкание в роторе -Перекрытии между стержнями ротора при пуске	Проверить магнитным ярмом Осмотреть лобовые части и головки стержней
Повышенный нагрев статора	Повышенный ток в обмотках статора в результате: -обрыва в одном из трех проводов питающей линии в цепи статора -повышенного или пониженного напряжения в сети -перегрузки -межвиткового замыкания в обмотке статора, замыкания между обмотками фаз	Проверить предохранители, а также U между фазами, замерить ток в цепи Проверить напряжение (U) между фазами питающей линии То же Проверить: ток в питающих проводах, изоляцию обмоток, сопротивление обмоток
Перегрев ротора	-ухудшение вентиляции Повышенный ток в роторе в результате: -пониженного Ucети -перегрузки -распайки соединений	Прочистить вентиляционные каналы Проверить Uлин., Проверить нагрузку Проверить места пайки
Значение тока, потребляемого двигателем, периодически колеблется	Обрыв в роторе	Проверить ток короткого замыкания
При включении срабатывает защита (большой ток)	-перевернута фаза обмотки статора -соединение фаз обмотки статора в треугольник вместо звезды -замыкание обмоток на корпус или между собой	Проверить маркировку концов обмотки Проверить схему соединения обмоток Проверить изоляцию обмоток на корпус и между собой
Перегрев подшипников	Отсутствие смазки. Загрязненная смазка. Неподходящий сорт смазки. Износ подшипника.	Промыть заменить смазку. То же. Заменить.
Механические колебания двигателя	Небаланс ротора, большая осевая игра ротора Износ скользящих подшипников	Проверить балансировку Проверить зазор в подшипниках и их установку.

1 Когда обрыв происходит на ходу, двигатель продолжает вращаться и если его своевременно не остановить, то он сгорит.

2 Обрыв питающего провода и несоответствующая защита являются частой причиной повреждения статорной обмотки трехфазных асинхронных двигателей. 3 Включение обмотки «звездой» вместо «треугольника» приводит к понижению напряжения на каждой из обмоток в 1,73 раза и, следовательно, к уменьшению пускового и максимального моментов в три раза.

Таблица3: Неисправности электрических двигателей постоянного тока.

Неисправность	Возможная причина	Способ устранения
Искрят все щетки или их часть	Щетки установлены неправильно	Проверить положение щеток по заводским меткам, имеющимся на траверсе.
Искрение сопровождается повышенным нагревом коллектора и щеток.	-Щетки в плохом состоянии (имеют неровную обгоревшую рабочую поверхность с царапинами; плохо пришлифованы; их края обломаны или обгорели) и неправильно установлены в щеткодержателях. Размеры обойм щеткодержателей не соответствуют размерам щеток*, плохой контакт между щетками и их арматурой. -Щетки слабо прилегают к коллектору.

Подобные документы

• Технология электромонтажных работ

  Исходные данные и технические характеристики станка; разработка электрической схемы. Расчет мощности электродвигателей приводов. Обоснование выбора электроаппаратов управления и пускозащитной аппаратуры. Монтаж и наладка электрооборудования станка.
  
  курсовая работа [646,3 K], добавлен 23.08.2013
  

• Электроприводы подач станков с ЧПУ

  Электрический привод с тиристорными преобразователями и двигателями постоянного тока как основной тип привода станков с ЧПУ, преимущества, назначение. Анализ эквивалентной схемы подключения высоко моментного двигателя, особенности элементов защиты.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 25.12.2012
  

• Ремонт и обслуживание электрооборудования

  Защита электродвигателей от перегрузки. Применение, технические данные реверсивных магнитных пускателей, электромагнитных аппаратов. Обеспечение эффективной грозозащиты от перенапряжения электроустановок. Безопасность труда электромонтера на производстве.
  
  курсовая работа [60,6 K], добавлен 10.09.2014
  

• Насосная станция Grundfos SL 1.50

  Назначения, применение и устройство насосной станции Grundfos SL 1.50. Принцип работы электрической принципиальной схемы. Техника безопасности при обслуживании насосной станции очистных сооружений, техническое обслуживание и ремонт оборудования.
  
  курсовая работа [794,5 K], добавлен 15.07.2013
  

• Техническое обслуживание и ремонт электроизмерительных приборов (милливольтметра)

  Основные понятия, общие сведения из теории измерений. Понятие о погрешностях измерений, классах точности. Назначение, структура, принцип действия милливольтметра Ф5303. Техническое обслуживание, ремонт милливольтметра. Организация ремонтной службы КИПиА.
  
  дипломная работа [951,3 K], добавлен 06.10.2009
  

• Модернизация скиповой лебедки ЛС-39 доменной печи

  Тип подъемника, назначение, его технические данные. Расчет мощности электродвигателей приводов механизма. Циклограмма работы электроприводов и цепи управления. Выбор питающего напряжения и рода тока. Возможные неисправности в работе схемы управления.
  
  дипломная работа [3,3 M], добавлен 18.11.2016
  

• Система питания дизелей

  Общее устройство системы питания дизелей: механизмы и узлы магистрали низкого давления, турбонаддув. Диагностирование, техническое обслуживание, ремонт и устранение простейших неисправностей системы питания двигателя. Охрана труда и техника безопасности.
  
  дипломная работа [13,0 M], добавлен 19.06.2012
  

• Экономия материальных и энергоресурсов при выплавке стали в ДСП переменного и постоянного тока

  Общее описание устройства дуговой электропечи переменного тока. Шихтовые материалы для печей переменного тока. Дуговые печи постоянного тока и их преимущество. Регуляторы электрического режима при плавке в ДСП. Основные тенденции развития дуговых печей.
  
  курсовая работа [325,4 K], добавлен 17.04.2011
  

• Расчет статистических и динамических характеристик электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения

  Строение электродвигателя постоянного тока. Расчет основных параметров, построение естественной и искусственной механических характеристик. Особенности поведения показателей при изменении некоторых данных: магнитного потока, добавочного сопротивления.
  
  контрольная работа [3,8 M], добавлен 08.12.2010
  

• Проектирование токарно-винторезного станка 1А625

  Технические характеристики проектируемого станка и его функциональные особенности. Разработка и описание электрической схемы. Расчет мощности электродвигателей приводов, пускозащитной аппаратуры, электроаппаратов управления. Монтаж и наладка станка.
  
  курсовая работа [38,3 K], добавлен 08.02.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам