4.1.1 Подготовка к пуску

Замыкаем автоматы QF1 и QF2 получает питание силовая цепь и цепь управления. Срабатывает реле обрыва поля КАМ и реле напряжения KV1. Реле напряжения KV1 замыкает свой контакт в цепи управления и на этом подготовка к пуску окончена.

4.1.2 Пуск в функции тока

Нажимаем кнопку SB2 и срабатывает линейный контактор вперед KMF, который имеет восемь контактов (три из них силовые и пять в цепи управления). Первый контакт ставит кнопку SB2 на самоподхват. Второй замыкается и не дает потерять питание линейному контактору вперед KMF. Третий и четвертый контакты подают питание в силовую цепь. Пятый обрывает питание реле KТ. Шестой размыкается и предотвращает включение линейного контактора назад KMR. Седьмой подает питание на реле противовключения KVCF. Восьмой подает питание на тормозной контактор КМВ, который своими контактами подает питание на тормозные колодки YB и они разжимаются. Реле противовключения KVCF замыкает свой контакт и подает питание на КМС. От броска тока срабатывают два реле токовое KAV и напряжения K1, при чём специально подобраны так, чтобы КАV сработало раньше K1, в результате КМV1 не получит питание, а двигатель начинает разгон по характеристике R1+R2+R3, во время разгона ток двигателя снижается и в точке А достигает тока срабатывания реле КАV, в результате контакты КАV возвращаются в первоначальное положение и подаётся питание на контактор ускорения KМV1 и выводится первая пусковая ступень, при этом снова срабатывает КАV и не даёт сработать реле ускорения KМV2, двигатель разгоняется до точки В, в которой КАV снова отпускает свои контакты и срабатывает контактор ускорения KМV2 и выводится вторая ступень пускового сопротивления, при этом снова срабатывает КАV и не даёт сработать реле ускорения KМV3, двигатель разгоняется до точки С, в которой КАV снова отпускает свои контакты и срабатывает контактор ускорения KМV3 и выводится третья ступень пускового сопротивления и двигатель разгоняется по естественной характеристике.

4.1.3 Реверс

Допустим, что двигатель работал в установившемся режиме в условном направлении “вперёд”. Для реверса двигателя необходимо нажать кнопку SB3. Отключается контактор KMF, размыкаются его главные контакты. Теряют питание реле KVCF и контакторы KMC, KMV1, KMV2 и KMV3. Подаёт питание на катушку KMR, который своими главными контактами присоединяет якорь двигателя на напряжение противоположной полярности. Двигатель переходит в режим противовключения. Замыкающий блок-контакт KMR в цепи катушки KVCR также закрывается. Однако реле KVCR не срабатывает, т.к. в начальный момент напряжение на его катушке будет близко к нулю. Это достигается соответствующим выбором точки присоединения правого по схеме вывода катушки KVCR. Поэтому контакт KVCR остаётся разомкнутым, предотвращая включение контакторов KMC, KMV1, KMV2 и KMV3, т.е. обеспечивая процесс торможения при полностью введённых в цепь якоря добавочных сопротивлениях.

По мере снижения скорости двигателя возрастает напряжение на катушке реле реле KVCR и при скорости, близкой к нулю, реле сработает. Его контакт замкнётся и включит контактор KMC, который закоротит своим главным контактом ступень противовключения Rпр. Двигатель перейдёт на пусковую реостатаную характеристику, его скорость снизится до нуля, а затем начнётся разгон в функции тока в направлении “назад”, аналогичный описанному выше в п.4.1.1. Аналогично работает схема и при реверсе с направления “назад” на направление “вперёд”. Здесь управляет процессом торможения реле KVCF.

4.1.4 Торможение

В схеме предусмотрено два вида торможения: динамическое и с помощью механического тормоза.

Торможение при помощи механического тормоза происходит тогда, когда контактор КМB теряет питание (при обесточенной системе управления). Его контакты размыкаются в цепи контактора YB и он теряет питание, колодки зажимают вал двигателя.

Динамическое торможение.

Нажимаем кнопку SB3 и линейный контактор назад KMR или вперед KMF теряют питание. Реле динамического торможения KVD получает питание и замыкая свой контакт подают питание на КТ, который с выдержкой времени замыкает свой контакт и получает питание контактор динамического торможения KMD. После падания питание на контактор КМD замыкается контакт в силовой цепи, обеспечивая динамическое торможение т.е. двигатель включается в контур динамического торможения с сопротивлением Rд.

4.1.5 Виды защиты

В схеме предусмотрены следующие виды защит:

- нулевая защита (реле напряжения KV2);

- максимально-токовая (предохранители FU1-FU4, автоматы QF1-QF2 и реле тока КА1);

- ограничение хода механизма (концевые выключатели SQ1-SQ2);

- от одновременного включения контакторов вперед и назад (KMF,KMR);

- от обрыва поля двигателя (KAM);

- от перенапряжений на обмотке возбуждения двигателя (VD,R4);

- тепловое реле (КА2);

- превышения максимальной допустимой скорости ЭП(KV2).

Максимально-токовая защита срабатывает при достижении тока пикового значения. При достижении током такого значения предохранители FU1-FU4 отключают оперативную часть схемы.

Нулевая защита отключает двигатель при исчезновении или недопустимом снижении напряжения питающей сети. В случае возникновения данной ситуации реле напряжения KV2 срабатывает на размыкание своих контактов, которое разрывают цепь питания оперативной схемы. Схема обесточивается и двигатель останавливается.

Ограничение хода механизма. При достижении механизмом крайних недопустимых положений концевые выключатели SQ1 или SQ2 размыкают цепь питания контактора напряжения KV2, которое своими контактами разрывает цепь питания оперативной схемы. Схема обесточивается и двигатель останавливается.

Обрыв поля двигателя защищает реле минимального тока KAM, которое при снижении тока возбуждения ниже допустимого значения отключается и, размыкая свой контакт в цепи реле нулевой защиты KV2 отключает его. Реле KV2 размыкает свой контакт и отключает контакторы направления, что приводит к отключению двигателя от сети

Защита от перенапряжения на обмотке возбуждения при ёё отключении обеспечивается путём создания контура, состоящего из обмотки возбуждения LM1, диода VD и сопротивления гашения R4, на котором гасится ЭДС, наводимая при отключении обмотки.

От одновременного включения контакторов вперёд и назад вводится в цепь контакторов одного направления, размыкающего блок-контакта контакторов противоположного направления, а также размыкающего контакта кнопки противоположного направления.

Тепловое реле защищает двигатель от перегрева. Настройка реле осуществляется таким образом, чтобы при протекании через якорь двигателя тока на 20 % больше I_н (1,2 I_н), двигатель должен отключиться через 20 минут.

Защита от превышения максимальной допустимой скорости электропривода обеспечивается реле напряжения KV2, которое контролирует напряжение на якоре двигателя и при достижении им значения соответствующего максимальной допустимой скорости электропривода, срабатывающим и отключающим реле KV2.

4.2 Расчёт электромеханических характеристик системы

Данные двигателя:

Тип-исполнение – быстроходное Д808; U_н=220 В; P_н=26 кВт; n_н=810 об/мин: ПВ=100%; I_н=134 А; N_я=210: 2а=2: r_я+:r_дп=0.0295 Ом: W_в=1250: r_в=44.4 Ом: i_вн=3.93 А: Ф_н=3.72∙10^-2 Вб: r_ст=0.0037 Ом: J_дв=2 кг∙м²; n_max=2300 об/мин.

Для построения характеристик системы рассчитаем пусковые и тормозные сопротивления.

Номинальное сопротивление двигателя:

Ом

Сопротивление якорной цепи в абсолютных единицах:

Ом

Сопротивление якорной цепи в относительных единицах:

Отношение пускового момента к переключающему:

,

где m – число пусковых ступеней;

- максимальный пусковой момент в относительных единицах.

По условию: m = 3: .

.

Переключающий момент:

т.е. переключающий момент больше статического момента.

Сопротивления пусковых ступеней:

Ом;

Ом;

Ом;

Сопротивления якорной цепи на каждой ступени пуска:

Ом;

Ом;

Ом.

Электромеханические характеристики пуска и естественную характеристику системы электропривода построим по выражению:

,

где - сопротивление якорной цепи на i-ой ступени пуска (для естественной характе­ристики );

,

с^-1,

Вб.

Скорость на каждой ступени пуска:

с^-1

с^-1

с^-1

Определим максимальным пиковым током I_max и током переключения I₁ :

Пусковые характеристики и естественная характеристика системы электропривода изо­бражены на рисунке 4.1 .

Рассчитаем сопротивление ступени противовключения.

Сопротивление ступени противовключения равно:

где - максимально возможная величина ЭДС двигателя, соответст­вующая статической скорости :

с^-1

В;

- максимально допустимый тормозной ток:

по условию А.

Таким образом получаем

Ом.

Полное сопротивление якорной цепи в режиме противовключения:

Ом

Характеристику противовключения рассчитаем по выражению

Рассчитаем сопротивление ступени динамического торможения.

Сопротивление ступени динамического торможения равно:

, Ом

Таким образом получаем:

Ом

Полное сопротивление якорной цепи в режиме динамического торможения:

Ом.

4.3 Расчёт и выбор элементов схемы

4.3.1 Расчёт и выбор элементов силовой цепи

В качестве рубильника QS ввыбираем рубильник типа Р21 со следующими парамет­рами:

• номинальный ток – 100 А;

• число полюсов – 2.

В качестве реле KA1 выбираем реле максимального тока типа РЭВ571 со следующими параметрами:

• номинальный ток – 160 А;

• ток срабатывания реле А;

• число контактов (замыкающие/размыкающие) – 1/1:

• время срабатывания – 0.05 сек;

• мощность катушки – 25 Вт.

В качестве реле КА2 выбираем тепловое реле типа РТТ-3 со следующими парамет­рами:

• номинальный ток – 160 А;

• ток уставки нагревательного элемента - А;

• время срабатывания реле при токе - 20 мин;

• число контактов – 1 размыкающий.

В качестве реле KVCF и KVCR выбираем реле напряжения типа РЭВ821 со следую­щими параметрами:

• номинальное напряжение – 220 В;

• число контактов – 1/1;

• время срабатывания – 0.1 с;

• мощность катушки – 25 Вт.

Рассчитаем точку присоединения реле противовключения (рисунок 4.3).

KVC

r_пр

R_x

Рисунок 4.3 – Определения точки присоединения реле противовключения

Точка присоединения определяется величиной сопротивления , которое должно быть таким, чтобы при наибольшей скорости двигателя в режиме противовключения напря­жение на реле было равно нулю. В этом случае исключается опасность втягивания реле при высокой скорости торможения:

Ом

Определим уставку реле KVCF и KVCR:

В

Диод VD выбираем типа КД203В со следующими параметрами:

• максимальный прямой ток – 10 А;

• максимальное обратное напряжение – 800 В.

4.3.2 Расчёт и выбор элементов оперативной схемы

В качестве контакторов KMF, KMR, KMV1, KMV2, KMV3, KMС и KMD выбираем контакторы типа КПД131Е со следующими параметрами:

• номинальный ток – 100 А;

• ток включения – 160 А;

• ток отключения – 100 А;

• число включений в час – 600;

• собственное время срабатывания:

• втягивание – 0.12 сек;

• отпускание – 0.08 сек:

• число главных контактов – 1 замыкающий, 1 размыкающий;

• ток, потребляемый катушкой – 0.118 А.

В качестве реле KAМ выбираем реле минимального тока типа РЭВ830 со следующими параметрами:

• номинальный ток А;

• ток уставки реле - А;

• число контактов – 1/1;

• время срабатывания – 0.01 сек;

• ток потребляемый катушкой - А.

В качестве реле KV2 выбираем реле напряжения РЭВ821 со следующими параметрами:

• номинальное напряжение – 220 В;

• напряжение срабатывания реле - В;

• число контактов – 1/1;

• время срабатывания – 0.1 с;

• ток, потребляемый катушкой – 0.12 А.

Электромеханический тормоз выбираем, исходя из условия:

,

где - тормозной момент электромеханического тормоза;

- максимальный тормозной момент двигателя

Н∙м

Выбираем электромеханический тормоз типа ТКП1000 с электромагнитом типа МП301 со следующими параметрами:

• тормозной момент – 1000 Н∙м;

• режим работы – ПВ=100%;

• ток, потребляемый катушкой –0.77 А.

Контактор KMB выбираем типа КПД110Е со следующими параметрами:

• номинальный ток – 25 А;

• ток включения – 100 А;

• ток отключения – 25 А;

• число включений в час – 1200;

• собственное время срабатывания:

• втягивание – 0.1 сек;

• отпускание – 0.07 сек:

• число главных контактов – 2 замыкающих;

• ток, потребляемый катушкой – 0.16 А.

Выбираем конечные выключатели SQF и SQR типа КУ503Б, не имеющие ограничения на скорость передвижения рабочего механизма.

Выбираем предохранители FU1 и FU2 типа ПР-2 со следующими параметрами:

• номинальный ток – 6.3 А;

• номинальный ток плавких вставок – 4 А.

4.3.3 Расчёт и выбор резисторов

4.3.4.1 Расчёт и выбор тормозных и пусковых сопротивлений

За номинальный ток резистора принимаем статический ток двигателя:

А

Для пусковых и тормозных резисторов принимаем средний режим работы ПВ=25%, тогда ток продолжительного режим будет равен:

А

Подбор резисторов производим из стандартных ящиков.

Для пусковых ступеней и ступени противовключения выбираем ящик резисторов типа ЯС-101 № 200 с чугунным элементами НС-400 со следующими параметрами:

• длительный ток – 54 А;

• сопротивление ящика (холодное) – 1.6 Ом;

• сопротивление элемента (холодное) – 0.08 Ом;

• количество элементов – 20.

Схема соединения элементов ящика изображена на рисунке 4.4 (число над сопротивлением указывает число элементов, применённых для формирования ступени).

r₃ r₂ r₁ r_пр

0.1 0.2 0.7 1.6

Рисунок 4.4 – Схема соединения элементов ящика резисторов

В качестве сопротивления динамического торможения выбираем ящик резисторов типа ЯС-101 № 105 с чугунным элементами НС-400 со следующими параметрами:

• длительный ток – 54 А;

• сопротивление ящика (холодное) – 1.6 Ом;

• сопротивление элемента (холодное) – 0.08 Ом;

• количество элементов – 20.

Для сопротивления динамического торможения используем 20 элементов.

4.3.4.2 Расчёт и выбор разрядного резистора

Принимаем согласно [5, §2.12]:

Ом

Для выбора резистора по нагреву определим электромагнитную статическую постоянную времени контура, состоящего из обмотки возбуждения, разрядного резистора и диода (сопротивлением диода пренебрегаем):

с.

Найдём эквивалентное время неизменного разрядного тока:

с

Применим трубчатый резистор, имеющий постоянную времени нагрева с.

Считая три подряд разряда обмотки возбуждения на разрядный резистор, получим время рабочего периода:

с.

Ток рабочего периода: А.

Отношение .

По кривым [5, рис.5.6] для и ПВ =0 находим:

Эквивалентный по превышению температуры продолжительный ток:

А

Мощность, рассеиваемая на разрядном резисторе:

Вт.

По значениям и выбираем резистор типа ПЭВ (R=45 Ом; P=2 Вт).