Конспект лекций по дисциплине «Автоматизированный электропривод» icon

Конспект лекций по дисциплине «Автоматизированный электропривод»


3 чел. помогло.

Смотрите также:
Учебно-методический комплекс дисциплины автоматизированный электропривод...
Положение о рейтинговой системе оценке и знаний студента по дисциплине Автоматизированный...
Конспект лекций Конспект лекций по дисциплине "Организационное поведение"...
"Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка."...
"Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка."...
Конспект лекций для специальности 1804 «Электропривод и автоматика промышленных установок и...
Методические указания к проведению лабораторных работ по дисциплине «автоматизированный...
Автоматизированный электропривод...
Реферат Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов...
Краткий конспект лекций по дисциплине “ Особенности бухгалтерского учета в других отраслях”...
Конспект лекций по дисциплине информационные технологии на транспорте Нижний Новгород...
М. Е. Гольц и др. М.: Энергоатомиздат, 1972 112с...



страницы: 1   2   3   4   5   6
вернуться в начало
скачать

Лекция 11.

2.9. Механические и энергетические характеристики синхронных двигателей.


Синхронные трехфазные двигатели (СД) широко применяются в электроприводах самых разнообразных технологических машин. Схема включения СД приведена на рис. 2.21а, механические характеристики на рис. 2.21б.



Рис. 2.21. а) схема включения синхронного двигателя;

б) механические характеристики синхронного двигателя в режимах пуска и синхронного вращения.

Статор СД выполнен аналогично статору АД - три статорных обмотки расположены на статоре таким образом, что оси создаваемых ими потоков сдвинуты в пространстве на 1200. Подключение начал обмоток статора, которые на рис. 2.21а обозначены как С1, С2, С3, к трехфазной сети переменного тока со сдвигом напряжения между фазами на 120 электрических градусов приводит к появлению магнитного поля, вращающегося с синхронной скоростью ω0=2πf1/p. Здесь p – число пар полюсов статорных обмоток СД; f1 – частота питающей сети. При p=1 вращающееся поле представляет собой два диаметрально противоположно расположенных разноименных полюса северного (N) и южного (S), которые и вращаются со скоростью ω0.

Ротор СД выполняется с двумя обмотками: обмоткой возбуждения и короткозамкнутой пусковой обмоткой в виде «беличьей клетки». Обмотка возбуждения питается напряжением постоянного тока и при протекании в ней тока она превращается в электромагнит постоянного тока, разноименные полюса которого в зависимости от скорости вращения могут выполняться как явными, так и неявными, т.е. обмотка возбуждения распределяется по наружной поверхности ротора.

При неподвижном роторе разноименные полюса вращающегося поля статора и ротора не успевают притянуться. Вращающий момент двигателя равен нулю, а в обмотке возбуждения полем статора наводится столь большая э.д.с., что может наступить пробой изоляции обмотки возбуждения.

Для того, чтобы разноименные полюса статора и ротора притянулись (вошли в синхронизм) и при этом не появлялись существенно превышающие номинальные значения броски тока, ротор СД необходимо разогнать до подсинхронной скорости ωП, которая равна ωП=0,95ω0. Для этого предназначена пусковая короткозамкнутая обмотка, т.е. СД запускается как АД с короткозамкнутым ротором. Пусковые характеристики АД при различных вариантах пусковой обмотки приведены на рис. 2.21б

У характеристики 1 пусковой момент МП1 меньше пускового момента характеристики 2 - МП2 , однако момент вхождения в синхронизм МВ1 больше МВ2. Выбор вида пусковой характеристики определяется конкретными условиями работы СД. Обмотка возбуждения СД при пуске закорачивается на разрядное сопротивление, что защищает ее изоляцию от перенапряжений. К источнику напряжения постоянного тока она подключается после того, как скорость ротора ω достигнет подсинхронной ωП.

Пусковая обмотка СД во время пуска интенсивно нагревается, поэтому время тока СД ограничено.

После вхождения СД в синхронизм его скорость при изменении величины момента сопротивления на валу до некоторого максимального значения Ммакс остается постоянной и равной скорости вращающегося магнитного поля – синхронной скорости ω0. Поэтому его механическая характеристика, приведенная на рис. 2.21б, имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Если Мс превышает Ммакс, то СД может выпасть из синхронизма.

Для определения максимального момента СД Ммакс, до которого сохраняется синхронная работа СД, служит угловая характеристика СД. Она отражает зависимотсь вращающего момента М от внутреннего угла СД θ, представляющего собой угол сдвига между осью магнитного поля статора и осью поля ротора. Момент СД представляет собой синусоидальную функцию угла θ – М=Ммаксsinθ. Максимального значения вращающий момент СД достигает при θ=π/2. При больших значениях θ величина вращающего момента двигателя уменьшается и поэтому двигатель выпадает из синхронизма. Номинальному моменту двигателя Мном соответствует номинальный угол θном=250÷300. При таком значении θном коэффициент перегрузки СД по моменту кПмаксном=2÷2,5.

Синхронный двигатель может работать во всех режимах электрического торможения. Наиболее часто используется режим динамического торможения. Для его реализации обмотки статора СД отключают от сети и закорачивают на сопротивление динамического торможения RДТ, а обмотка возбуждения продолжает питаться постоянным током. Механические характеристики СД аналогичны характеристикам АД при динамическом торможении (см. рис. 2.20б).

Торможение противовключением используется редко из-за того, что перевод СД в этот режим сопровождается значительными бросками тока и требует применения сложных схем управления.

Работа системы электроснабжения характеризуется потреблением электроприемниками реактивной мощности. Это вызывает дополнительные потери энергии в элементах системы, снижение уровня напряжения и необходимость иметь повышенную пропускную способность подстанций и распределительных сетей, что снижает экономичность работы системы. В связи с этим для улучшения показателей работы системы электроснабжения необходимо производить компенсацию реактивной мощности, что может осуществляться несколькими способами.





Рис. 2.22. U-образные характеристики СД.


Один из эффективных способов компенсации реактивной мощности связан с использованием СД, который за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в электрическую сеть. В этом случае СД работает с опережающим коэффициентом cos φ. Возможность работы СД в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U-образные характеристики СД, приведенные на рис. 2.22. Эти характеристики показывают зависимости тока статора I1 и его cos φ от тока возбуждения IВ при U=const и Р=const.

Характеристики I1(IВ) показывают, что при увеличении от нуля тока возбуждения ток статора вначале уменьшается, что происходит за счет уменьшения его реактивной составляющей. При некотором токе возбуждения она становится равной нулю, а cos φ=1. При дальнейшем увеличении тока возбуждения вновь появляется и увеличивается реактивная составляющая тока статора, но уже с опережающей фазой. Синхронный двигатель начинает работать генератором реактивной энергии с отдачей ее в сеть.

Характеристики рис. 2.22 позволяют выявить также зависимость компенсирующей способности СД от мощности Р на его валу. Как видно из рис. 2.22 с ростом мощности Р область генерации реактивной мощности (опережающего cos φ) смещается в сторону больших токов возбуждения. Другими словами, при неизменном токе возбуждения с изменением мощности на валу отдаваемая в сеть реактивная мощность также меняется.

Из сказанного следует важный вывод: если СД работает с переменной нагрузкой на валу, то для полного использования его компенсирующих свойств требуется регулирование тока возбуждения.

Следует подчеркнуть, что при использования СД в качестве источника реактивной мощности необходимо обеспечивать повышенные токи возбуждения и увеличивать габаритную (полную) мощность СД, что не является ограничивающим фактором для такого применения СД. Покажем это следующим несложным расчетом.

Запишем отношение полной (габаритной) мощности ^ S к активной мощности Р


.

Пусть требуется, чтобы реактивная опережающая мощность составляла 40% активной мощности, т.е. ^ Q/P=0,4. Расчет выявляет, что при этом отношение S/Р составит 1,08, т.е. генерирование указанной реактивной мощности потребует увеличения габаритной мощности только на 8%. Это показывает, что использование СД для компенсации реактивной мощности является выгодным.

При использовании СД для компенсации реактивной мощности обычно требуется рассматривать в комплексе несколько вопросов. Одним из основных является технико-экономическое обоснование использования данного способа компенсации реактивной энергии. Как известно, кроме СД для этой цели могут использоваться также статические компенсирующие устройства (конденсаторы) и синхронные компенсаторы. Среди приемлемых вариантов экономически целесообразным будет тот, который обеспечивает минимум приведенных годовых затрат:


З=Кн,эК+Сэ=min,

где Кн,э – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений К; Сэ - эксплуатационные расходы.

Если в результате выполненных технико-экономических расчетов выявлена целесообразность использования СД для компенсации определенной реактивной мощности Q, то далее необходимо установить наиболее экономическое ее распределение между отдельными СД. Это достигается отысканием оптимального варианта возбуждения СД, участвующих в компенсации. Под оптимальным вариантом возбуждения СД обычно принимают такое распределение реактивной мощности Q между отдельными СД, при котором суммарные потери активной мощности, зависящие от выработки и распределения реактивной мощности, минимальны.

На практике распределение реактивной мощности между СД часто производят пропорционально либо их полной номинальной мощности Sном, либо пропорционально их активной мощности Рном. Этот принцип, как показывают расчеты, дает потери активной мощности, близкие к минимальному значению.

Токи возбуждения отдельных СД, компенсирующих заданную для них реактивную мощность, могут быть определены по кривым Q(IВ), снятым опытным путем.


Содержательный модуль 3. Типовые узлы схем автоматического двигателя.

^ 3.1. Принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей.


Наибольшее распространение во всех отраслях промышленности получили электроприводы, относящиеся к первой группе классификации по функциональному назначению и обеспечивающие автоматическое управление процессами пуска, торможения и реверса двигателей. Их долевое участие в общем количестве использующихся в Украине электроприводов превышает 80%. В таких системах применяют контактные и бесконтактные электрические аппараты релейного действия. В силовых цепях, которые питают обмотки двигателей, используются электромагнитные контакторы переменного и постоянного тока, электромагнитные пускатели, тиристорные переключатели. В цепях управления различные реле времени, напряжения, тока, частоты, мощности и др. Команды на выполнение той или иной операции подаются с помощью кнопочных постов управления и т.п. Кроме этого сигналы на пуск, остановку, реверсирование или изменение скорости двигателя могут поступить в систему управления от путевых или конечных выключателей, датчиков давления, температуры и других датчиков, контролирующих работу технологических машин.

В рассматриваемой группе электроприводов автоматизация процесса пуска наиболее просто осуществляется для АД с короткозамкнутым ротором: после подачи команды на пуск операции управления сводятся к включению обмоток двигателя на полное напряжение сети, т.е. к прямому пуску двигателя. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели большой мощности (больше 100кВт) запускаются при пониженном напряжении.

При пуске ДПТ и АД с фазным ротором автоматически выключаются ступени пускового реостата из цепи протекания тока якоря или ротора соответственно.

Автоматизация процесса торможения работающего двигателя при любом виде электрического торможения предусматривает выполнение двух основных операций управления: 1 – после подачи команды на торможение совершаются переключения в силовых цепях двигателя, приводящие к изменению направления вращающего момента двигателя, т.е. делающие его тормозным; 2 – в конце торможения при скорости близкой к нулю, двигатель, тормозящийся для остановки , отключается от сети и затормаживается механическим тормозом. В другом случае в главных цепях производятся переключения, необходимые для реверса двигателя, т.е. для разгона в противоположном направлении.

Системы автоматического управления пуском, торможением и реверсом, реализующие указанные ранее операции, конструктивно выполняют в виде комплектных стандартизованных устройств – станций управления. Кроме названного, станции управления обеспечивают возможность регулирования скорости двигателя, т.е. различные по величине скорости установившегося режима работы двигателя. На станциях управления устанавливаются аппараты электрической защиты главных цепей и цепей управления двигателем, командоаппараты, пускорегулировочные и тормозные резисторы, токоограничивающие реакторы и другие элементы располагают чаще всего вне станций управления.

У электрических аппаратов станций управления предусмотрены запасные контакты, которые могут быть использованы для сигнализации и различных блокировок. Возможно также подключение в цепи управления станций контактов конечных выключателей, технологических датчиков и аппаратов других автоматических устройств.

В электрических схемах станций управления широко применяются типовые узлы управления и защиты. Принципы построения типовых узлов рассмотрим на примере реостатного пуска ДПТ с независимым возбуждением с двумя ступенями пускового сопротивления. Схема включения двигателя приведена на рис. 3.1а, диаграмма скорости двигателя ω и тока якоря IЯ – на рис.3.1б.

В первую очередь подключается к источнику напряжения UВ обмотка возбуждения LM. Ток возбуждения IВ, протекая по LM, создает магнитный поток Ф. после этого к источнику якорного напряжения U подключается якорная цепь двигателя.

При разомкнутых контактах контакторов ускорения КУ1 и КУ2 в момент времени t=0 замыкается контакт контактора линейного КЛ. Пусковый ток якоря IЯ1 протекает по обеим ступеням пускового сопротивления RДП1 и RДП2. Если величина пускового сопротивления RП=RДП1+RДП2 выбрана правильно, то пусковой ток не будет превышать допустимого значения IЯ1≤IЯ доп≤2,5IЯ н. На якорь двигателя при скорости ω=0 начинает действовать пусковой момент МП. Если МП больше момента сопротивления Мс, момент динамический имеет положительную величину МД>0, то в соответствии с уравнением движения электропривода при пуске , величина углового ускорения будет положительна и скорость вращения якоря двигателя ω будет возрастать.





Рис. 3.1. а) схема включения двигателя;

б) диаграмма скорости двигателя ω и тока якоря IЯ.


В обмотке якоря двигателя, вращающейся в магнитном потоке Ф, будет находиться э.д.с. вращения Е=кωФ. Как следует из схемы включения двигателя на рис. 3.1а, э.д.с. вращения Е по отношению к источнику якорного напряжения U направлена встречно. Поэтому с увеличением ω будет увеличиваться Е и уменьшаться якорный ток . С уменьшением IЯ будет уменьшаться и вращающий момент двигателя М=кФIЯ. Это, в свою очередь приведет к уменьшению динамического момента

МД=М-Мс и скорости ω. Как следует из диаграммы на рис. 3.1б по истечении промежутка времени Δt1 двигатель достиг скорости ω1, а якорный ток величины IЯ2. Вращающий момент двигателя М стал равным Мс, т.е. МД=0 и поэтому увеличение скорости вращения якоря двигателя прекратилось. Двигатель из переходного режима работы с при ω=ω1 перешел в установившийся режим с .

Для того, чтобы продолжить разгон, необходимо замкнуть контакт первого контактора ускорения RДП1 КУ1 и зашунтировать первую ступень пускового сопротивления RДП1. При этом якорный ток практически мгновенно увеличится до значения IЯ1, что приведет к появлению положительного МД и росту скорости. По истечении промежутка времени Δt2 двигатель достигнет скорости ω2, а якорный ток уменьшится до величины IЯ2. Двигатель перейдет в установившийся режим работы со скоростью ω2. Для продолжения разгона необходимо замкнуть контакт второго контактора ускорения КУ2 и зашунтировать RДП2. Вновь увеличится IЯ, появится МД>0 и продолжится рост скорости, который прекратится при М=Мс.

Из графиков изменения во времени скорости и тока ДПТ при реостатном пуске с 2 ступенями пускового сопротивления видно, что автоматическое выключение (шунтирование) ступеней пускового сопротивления должно производиться:

1. через определенные промежутки времени (Δt1, Δt2);

2. при определенных значениях скорости (ω1, ω2);

3. при определенной величине тока IЯ2.

Таким образом, автоматическое управление пуском, суть которого заключается в шунтировании ступеней пускового реостата, может быть осуществлен:

1 – в функции времени;

2 – в функции скорости;

3 - в функции тока.

Управление в функции времени предполагает наличие в схеме автоматического управления реле времени, настраиваемых на отсчет заданных выдержек времени.

Управление в функции скорости производится при помощи реле, контролирующих скорость двигателя непосредственно или косвенно.

Управление в функции тока реализуется применением реле минимального тока. Все аппараты подают команды на включение контакторов ускорения.

Управление торможением может производиться в функции тех же самых величин и средств автоматизации, что и при пуске.

Все сказанное справедливо для ДПТ с последовательным возбуждением и АД с фазным ротором.


Лекция 13

^ 3.2. Типовые узлы схем автоматического управления пуском ДПТ.


Каждый из принципов автоматического управления пуском и торможением реализуется в схемах электроприводов типовыми узлами.




Рис. 3.2. Типовой узел управления пуском ДПТ в функции времени.




Рис. 3.3. а) механические характеристики ДПТ с независимым возбуждением;

б) механические характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.

Типовой узел, обеспечивающий автоматический пуск в функции времени ДПТ с независимым и последовательным возбуждением с двумя ступенями пускового сопротивления RДП1 и RДП2 приведен на рис. 3.2. Механические характеристики двигателей, соответствующие схеме включения на рис. 3.2, приведены на рис. 3.3.

При подаче напряжения на главные цепи и цепи управления включается электромагнитное реле времени первой ступени РУ1 и, размыкая свой контакт, исключает возможность включения контакторов ускорения КУ1 и КУ2.

При нажатии на КнП включается КЛ, который своим главным контактом подключает к напряжению якорную цепь двигателя, замыкающими контактами шунтирует КнП (КЛ становится на самопитание) и подготавливает цепь включения КУ, а размыкающим контактом разрывает цепь питания катушки реле РУ1 и реле начинает отсчет выдержки времени. Двигатель начинает разгоняться по реостатной механической характеристике 1. При протекании пускового тока по RДП1 срабатывает реле времени второй ступени РУ2, т.к. падение напряжения от пускового тока на RДП1 велико. Контакт реле РУ2 размыкается в цепи питания катушки контактора КУ2. Реле времени РУ1 по истечении заданной выдержки времени отключается и замыкает свой контакт. Получает питание катушка КУ1. Контактор КУ1 включается и закорачивает RДП1. Двигатель переходит на механическую реостатную характеристику 2. Катушка реле РУ2 теряет питание. Реле РУ2 отсчитав заданную выдержку времени отключается и замыкает свой контакт. Включается КУ2, закорачивает RДП2 и двигатель переходит на естественную характеристику. Достоинство управления в функции времени – простота и надежность реле времени, удобство регулировки их уставок, применение однотипных реле для двигателей различной мощности. Кроме того, при увеличении Мс до величины Мс' и той же выдержке времени реле РУ1 двигатель на первой характеристике разгонится до меньшей скорости, но бросок момента при переключении будет большим. Поэтому средний динамический момент при пуске останется приблизительно тем же и почти не изменится и общее время пуска. При управлении в функции времени в отличие от управления в функции скорости или тока, отсутствует опасность «застревания» двигателя на первой характеристике при Мс'с. Все это обусловило широкое распространение управления в функции времени.

Типовой узел, обеспечивающий автоматический пуск ДПТ с независимым возбуждением в функции скорости в две ступени, механические характеристики двигателя и диапазона напряжения на зажимах якоря двигателя приведены на рис. 3.4.

Катушки РУ1 и РУ2 подключены на зажимы якоря двигателя, т.е. на напряжение UЯ, которое отличается от Е только на величину падения напряжения от тока якоря на сопротивлении якоря RЯ. Следовательно РУ1 и РУ2 являются аппаратами, контролирующими э.д.с. вращения двигателя. Поскольку э.д.с. при постоянном магнитном потоке пропорциональна скорости вращения двигателя ω Е=кФнω, то рассматриваемый узел осуществляет управление пуском в функции скорости при ее косвенном контроле.

При нажатии КнП включается КЛ. Напряжение на катушках РУ1 и РУ2 мало и равно падению напряжения в якоре от начального броска пускового тока IПRЯ. Поэтому РУ1 и РУ2 сработать не могут, контакторы КУ1 и КУ2 отключены и в цепь якоря введено RДП1+RДП2. Двигатель запускается по характеристике 1. По мере увеличения скорости двигателя возрастает Е и UЯ.



Рис. 3.4. а) схема включения двигателя;

б) механические характеристики двигателя;

в) диаграмма напряжения на зажимах якоря.

При UЯ1=Uср. РУ1 включается РУ1 и включает КУ1, который закорачивает первую ступень сопротивления RДП. Двигатель переходит на характеристику 2. Скорость двигателя продолжает расти, поэтому возрастает и его э.д.с. При UЯ2=Uср. РУ2 включается РУ2, контактор КУ2, закорачивающий вторую ступень сопротивления RДП2 и двигатель выходит на естественную характеристику.

Типовой узел, обеспечивающий автоматический пуск ДПТ с независимым возбуждением в функции тока якоря IЯ и потока Ф приведена на рис. 3.5.



Рис. 3.5. а) схема включения двигателя;

б) диаграмма Ф, IЯ, ω.

Типовой узел применяется при разгоне ДПТ независимого возбуждения путем ослабления магнитного потока для расширения диапазона регулирования ω. На рисунке не показаны цепи управления контакторами КЛ, КУ1, КУ2. пуск до основной скорости может осуществляться одним из рассмотренных способов. Контроль IЯ осуществляется токовым реле РУП.

Работа типового узла начитается после включения контактора КУ2 при выходе М на естественную характеристику. При замыкании главного контакта КУ2 от броска якоря срабатывает реле РУП и замыкает свой контакт, шунтирующий реостат возбуждения RДВ. До этого он был закорочен размыкающим контактом КУ2. Следовательно магнитный поток двигателя Ф сохраняется равным ФН и двигатель продолжает разгон по естественной характеристике. Когда Iя снизится до Iвозв РУП, реле РУП отключается, размыкает свой контакт и в цепь LM вводится RДВ. Происходит ослабление Ф и рост ω. При этом ток якоря увеличивается и , когда он достигнет значения Iсраб РУП, контакт реле замыкается. Начинается усиление Ф и снижение Iя. Скорость М будет продолжать расти, т.к. за счет увеличения Iя М>Мс. При спадании Iя до величины Iвозв РУП реле РУП вновь откроет свой контакт, что повлечет за собой ослабление Ф и т.д. Реле РУП срабатывает несколько раз, прежде чем двигатель достигнет скорости, заданной положением ползунка реостата RДВ. Iя колеблется в пределах от Iвозв РУП до Iсраб РУП, поэтому способ управления получил название вибрационного. Он обеспечивается и в том случае, когда ползунок реостата RДВ быстро перемещается в сторону ослабления Ф.





Скачать 0,96 Mb.
оставить комментарий
страница5/6
В.Н. Гаряжа
Дата28.09.2011
Размер0,96 Mb.
ТипКонспект, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6
хорошо
  2
отлично
  15
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх