Особенности работы электрических приводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

11

Содержание:

Введение

1.Классификация электрических приводов......................................................3

2.Системы автоматизированного управления электропривода………….….6

2.1 Разомкнутые схемы управления электропривода........................................6

2.2 Замкнутые схемы управления электропривода…………………………....6

2.3 Схемы замкнутых структур электрического привода…….........................6

3.Типовые схемы управления электрическими двигателями……….……….9

3.1 Типовые схемы управления электродвигателями переменного тока…...9

3.1.1 Пуск в ход асинхронных двигателей……………………………………..9

3.1.2 Регулирование частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей………………….……………………...……………………………..12

3.1.3 Частотное регулирование асинхронного электродвигателя…………13

3.1.4 Автоматическое управление двигателями переменного тока…..……15

3.2 Типовые схемы управления электрическими двигателями постоянного тока………………………………………………………………………………..18

3.2.1 Пуск в ход двигателей постоянного тока………………………………18

3.2.2 Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока……19

3.2.3 Автоматическое управление двигателями постоянного тока………...20

3.2.4 Реверсирование двигателя постоянного тока………………………….22

Список используемой литературы

электрический привод схема двигатель

Введение

Современное промышленное и сельскохозяйственное производство характеризуется большим многообразием технологических процессов. Для их осуществления человеком созданы тысячи самых разнообразных машин и механизмов.

Рабочая машина состоит из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданный технологический процесс или операцию, и поэтому называется исполнительным органом (ИО).

Для совершения исполнительным органом технологической операции к нему должна быть подведена определенная механическая энергия от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило название привода. Привод вырабатывает механическую энергию, преобразуя её из других видов энергии.

Такое широкое применение электроприводов объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивных исполнений и др.

Энергетическую основу производства составляет электрический привод, технический уровень которого определяет эффективность функционирования технологического оборудования. Развитие электрического привода идет по пути повышения экономичности и надежности за счет дальнейшего совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления. Прогрессивным явлением в этом процессе является применение микропроцессоров и микро ЭВМ, позволяющих существенно расширить функциональные возможности автоматизированного электропривода и улучшить его технические и экономические характеристики.

1. Классификация электрических приводов

Электрический привод включает в себя ряд электротехнических, электронных и механических устройств, в результате чего он представляет собой электромеханическую систему. Общая структурная схема приведена на рис.1, где утолщенными линиями показаны силовые каналы энергии, а тонкими линиями - маломощные ( информационные) цепи.

Рис.1.

Основным элементом любого электропривода 6 является электрический двигатель 1, который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой электрической энергии (ЭЭ), являясь электромеханическим преобразователем энергии.

От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство 9 подается на исполнительный орган 7 рабочей машины 8, за счет чего он совершает механическое движение. Функция передаточного устройства заключается в согласовании движения электродвигателя и исполнительного органа 7. Прогрессивным направлением развития электрического привода является непосредственное соединение электродвигателя с исполнительным органом, что позволяет повысить технико-экономические показатели работы комплекса «электропривод --рабочая машина».

Электрическая энергия потребляется электроприводом от источника 3 электроэнергии. Для получения электроэнергии требуемых для электродвигателя параметров и управления потоком этой энергии, что необходимо для управления движением исполнительного органа, между двигателем и источником электроэнергии включается силовой преобразователь 2.

Управление преобразователем 2 осуществляется от маломощного блока 4 управления с помощью сигнала управления Uу, который в общем случае формируется от сигнала Uз, задающего характер движения исполнительного органа, и ряда дополнительных сигналов Uдс, дающих информацию о реализации технологического процесса рабочей машины и характере движения исполнительного органа, работе отдельных узлов электропривода, возникновении аварийных ситуаций и т.д. Преобразователь 2 вместе с блоком 4 управления образуют систему 5 управления.

Отсюда следует, что:

Электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В электроприводе наиболее характерным является использование следующих типов:

электродвигателей: постоянного тока независимого, параллельного и смешанного возбуждения, асинхронных, синхронных, шаговых и др.

механических передаточных устройств: цилиндрических и червячных редукторов, цепных и ременных передач, электромагнитных муфт;

силовых преобразователей: управляемых выпрямителей, инверторов тока и напряжения, регуляторов частоты и напряжения и импульсных регуляторов напряжения;

блоков управления: кнопок управления, командо-аппаратов, реле, логических элементов, микропроцессоров и управляющих электронных машин.

Реализация электроприводов может быть весьма разнообразной, что находит отражение в классификации электроприводов. Электроприводы классифицируют по характеру движения, видам и реализации силового преобразователя, количеству используемых электродвигателей, видам источников электроэнергии, способам управления, наличию или отсутствию механической передачи и т.д.

По характеристике движения различают электроприводы вращательного и поступательного движения, при этом скорость исполнительного органа может быть регулируемой или нерегулируемой, а само движение - непрерывным или дискретным, однонаправленным, двунаправленным (реверсивным) или вибрационным (возвратно-поступательным).

По количеству используемых двигателей различают групповой, индивидуальный и взаимосвязанный электропривод.

Групповой электрический привод характеризуется тем, что один двигатель приводит в движение несколько исполнительных органов одной или один исполнительный орган нескольких рабочих машин.

Индивидуальный электрический привод обеспечивает движение одного исполнительного органа рабочей машины.

Взаимосвязанный электрический привод представляет собой два или несколько электрически или механически связанных между собой индивидуальных электрических приводов, работающих совместно на один или несколько исполнительных органов. Если двигатели связаны между собой механически и работают на общий вал, то такой взаимосвязанный электрический привод называется многодвигательным, а если двигатели связаны электрическими цепями, то такой взаимосвязанный электропривод называется электрическим валом.

По виду силового преобразователя электрический привод отличается большим многообразием. По характеру преобразования напряжения можно выделить четыре вида силовых преобразователей: управляемые и неуправляемые выпрямители, которые преобразуют напряжение переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока; инверторы, выполняющие обратное преобразование; преобразователи частоты и напряжения переменного тока, изменяющие параметры напряжения переменного тока; импульсные преобразователи напряжения постоянного тока с различным видом модуляции выходного напряжения постоянного тока.

Названные виды силовых преобразователей могут быть выполнены на различной элементной базе, а именно, с использованием электрических машин, ионных и полупроводниковых элементов. Современные силовые преобразователи являются, как правило, полупроводниковыми, в которых используются главным образом силовые транзисторы, диоды, тиристоры и их разновидности.

Конкретная реализация электрического привода может быть очень разнообразной. Тем не менее, работа электрического привода подчиняется общим закономерностям, связанным с процессом преобразования энергии, определением характера механического движения и его управления.

2. Системы автоматизированного управления электропривода

2.1 Разомкнутые схемы управления электропривода

К разомкнутым относятся схемы, в которых для управления электрическим приводом не используются обратные связи по его координатам или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины или производственного механизма. Эти схемы, отличаясь простотой своей реализации, широко используются там, где не требуется высокое качество управления движением электропривода, в частности для пуска, реверса и торможения.

Разомкнутые схемы, осуществляя управление электрическим приводом, обеспечивают защиту электропривода, питающей сети и технологического оборудования при возникновении различных ненормальных режимов - коротких замыканий, перегрузке двигателей, исчезновении питающего напряжения или обрыва фазы питающей сети и т.д. Для этого они содержат соответствующие аппараты и устройства, находящиеся во взаимодействии с устройствами управления двигателями. В разомкнутых схемах управления главным образом используется релейно-контакторная аппаратура, в состав которой входят командные маломощные аппараты, силовые коммутационные аппараты с ручным и дистанционным управлением, реле управления и защиты.

2.2 Замкнутые схемы управления электропривода

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.

2.3 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 Мc, при регулировании скорости w. Основным признаком замкнутой структуры электрического привода является наличие цепи, по которой на вход электропривода вместе с задающим сигналом скорости Uз.с. подается сигнал Uм=kмMс, пропорциональный моменту нагрузки Мс. 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 (Рис.2) выполняется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков момента нагрузки Мс (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.

Рис.2.

Применительно к рассматриваемому примеру регулирования скорости признаком этой структуры является цепь обратной связи (Рис.3), по которой информация о текущем значении скорости (сигнал обратной связи Uо.с=ko.c.) подается на вход электропривода, где он вычитается из сигнала задания скорости Uз.с.. Управление электроприводом осуществляется сигналом отклонения U=Uзс - Uос ( 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.

Рис.3.

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 Uо.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.

3. Типовые схемы управления электрическими двигателями

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.

3.1 Типовые схемы управления электродвигателями переменного тока

3.1.1 Пуск в ход асинхронных двигателей

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 (Рис.4).

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.

Рис. 4.

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» (Рис.5). 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».

Рис.5.

Для пуска асинхронных двигателей также применяют реакторы и автотрансформаторы.

Схема пуска асинхронного двигателя при помощи реактора показана на рис.6.

Рис.6.

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

Схема пуска асинхронного двигателя при помощи автотрансформатора показана на рис.7

Рис.7.

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.

3.1.2 Регулирование частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей

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 частотойвращения 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 U1Ф.

Соотношение между напряжением U1ф и моментом М на частоте f1 и напряжением U11ф c моментом М1 на частоте f11 выражается равенством:

U11ф / U1ф= f11 / f1М1/M

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

U11= U1 f11 / f

3.1.3Частотное регулирование асинхронного электродвигателя

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.

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.

Состав элементов частотно-регулируемого электропривода, их работа и назначение показаны на схеме.

Рис 7.

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.

3.1.4 Автоматическое управление двигателями переменного тока

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.

Схема пуска асинхронного двигателя с помощью контактора показана на рис.8

Рис.8.

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.

Схема управления асинхронного двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя показана на рис.9

Рис.9.

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.10, 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.

Схема динамического торможения асинхронного двигателя в функции времени

Рис.10, а.

Схема торможения АД в функции времени с прямым её контролем индукционным реле (Рис.10, 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.10, б.

3.2.Типовые схемы управления электрическими двигателями постоянного тока

3.2.1 Пуск в ход двигателей 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 Iпус=U/Rя. 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.

IRя=(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.

Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым реостатом показана на.

Рис.11.

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 Imax не превышал номинальный ток более чем в 1,72,5 раза, т.е. Rn=(U/Imax)--Rя. 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 (Мпуск>Мт), то якорь машины придет во вращение.

Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения Imin, движок пускового реостата переводится на контакт 2, при этом сопротивление реостата уменьшится на одну ступень. Ток в якоре снова возрастет до значения Imax, 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.

3.2.2 Регулирование частоты вращения 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.

3.2.3 Автоматическое управление двигателями постоянного тока

Типовая схема автоматического пуска двигателя в функции времени в две ступени показана на рис.12

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.

Рис.12.

После включения контактора КМ1 двигатель работает на искусственной характеристике 1 (см.рис.13).

Рис.13.

Реле КТ1 (Рис.12) 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 (Рис.13) 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 (см.рис.13), на которой двигатель разгоняется до установившейся угловой скорости wуст.

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. Типовая схема управления динамическим торможением двигателем постоянного тока в функции ЭДС показана на рис.14

Рис.14.

В исходном состоянии перед торможением двигатель работает с установившейся угловой скоростью wуст. 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 Veд, 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 (Рис.14). При снижении скорости двигателя уменьшается его ЭДС, катушка реле KV отключается и контактор КМ2 теряет питание. Реле KV должно срабатывать при минимально Возможном напряжении.

3.2.4 Реверсирование двигателя постоянного тока

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.

Простейшая схема реверсирования двигателя приведена на Рис.15.

Рис.15.

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.

Список используемой литературы:

1. «Справочник молодого электромонтера» М.Б. Зевин, Е.П. Парини

2. «Справочник молодого электротехника» А.И. Глаз

3. «Устройство и обслуживание электрооборудования промышленных предприятий» А.Ф. Голыгин, Л.А. Ильяшенко

4. «Электротехника с основами промышленной электроники» В.Е. Китаев

5. «Электрический привод» В.В. Москаленко

6. «Электромашины и электропривод автоматических устройств» М.М. Кацман

Размещено на Allbest.ru