4.2. Расчет переходных процессов при торможении противовключением

1) зависимость (t) (рис. 2)

нач

нач

,

г

нач

де – механическая постоянная времени при торможении противовключением;

М₂^’ – момент двигателя на характеристике противовключения при заторможенном роторе.

2) зависимость М(t)

_,

3. время торможения противовключением

.

Задаваясь значением времени t, по найденным точкам строят тормозную диа­грамму (рис. 2б).

4.3. Расчет переходных процессов при динамическом торможении

1) зависимость (t) на i-й ступени торможения

начi

начi

;

2) зависимость М(t) на i-й ступени торможения

_,

г

начi

де – механическая постоянная времени при торможении противовключением;

3. время торможения на i-й ступени

.

Задаваясь значением времени t, по найденным точкам строят тормозную диа­грамму (рис. 2б). Начальные значения скорости при расчете переходных процес­сов определяют из рис. 2а.

Расчет переходных процессов реверса можно произвести, представив процесс реверсирования как сумму двух процессов торможения противовключением и по­следующего разгона двигателя в другом направлении.

Расчет уставок различных реле

1. Уставки токовых реле РМ, РМ1-РМ2: I_УСТ = I_МАХ ^.К, где I_МАХ = I_{Н ,}

К = 1,3 - коэффициент запаса.

2. Уставки реле времени РУ1-РУ3: t_УСТ= t_{РАСЧ i} - t_СОБС,

где t_{РАСЧ i}-расчетное время работы АД на i-й ступени; t_СОБС = 0,05 с - собственное время срабатывания реле;

3. Уставки реле РН: U_СР = 0,8U_Н; U_В = 0,6U_Н;

4. Уставки реле РП: U_СР = 1,8^.Е_РН/ ; U_В = 1,05^.Е_РН/ ;

5. Уставка реле РД: t_РАСЧ = t_ДТ - t_СОБС.

Описание принципиальной схемы лабораторной установки

За основу схемы принята типовая панель управления ПУ-6520 с питанием цепей управления постоянным током.

Схема (рис. 3) осуществляет управление асинхронным двигателем с фазным рото­ром: пуск и динамическое торможение в функции времени, торможение противовк­лючением в функции скорости (ЭДС ротора), движение привода в функции пути. Управление движением привода можно осуществлять, как вручную так и автома­тически - ”челночное” движение. Защита двигателя от токов к.з. осуществляется ав­томатами F1 и F3(при динамическом торможении), а цепей управления автоматами F1 и F2. Уставки тока у автомата F2 - I_У = 4,5 А, у F1 - I_У = 10 А. Защита двигателя от перегрузок осуществляется максимальными реле РМ1 - РМ3 (РЭВ - 201). При динами­ческом торможении эту функцию выполняет реле РМ (РЭВ - 571). Защита от повтор­ного включения при исчезновении или снижении напряжения обеспечивается реле РН (РЭВ - 826). Для настройки уставок реле в схему введен узел настройки реле - блок контроля. Блок контроля содержит несколько отдельных цепей: цепь контроля ус­тавок реле напряжения, цепь контроля реле постоянного и переменного тока, цепь контроля уставок реле времени. Для настройки нужного элемента, последний, с по­мощью переключателя из цепи управления включается в цепь контроля. Автомат F2 цепи управления должен быть выключен, а выключатель S16 блока контроля включен. Контроль уставок реле напряжения производится подключением реле РН (РП) с по­мощью тумблера S10 (S11) к выводам 87 - 88 выпрямительного моста В3, напряжение на котором изменяется с помощью автотрансформатора Т1. Контроль уставок реле переменного тока производится подключением реле (РМ1, РМ2, РМ3) с помощью пакетных переключателей (S6, S7, S8) к выводам 83 - 84 прогрузочного трансформа­тора Т2. Прогрузка реле осуществляется изменением напряжения на первичной об­мотке трансформатора Т2 с помощью автотрансформатора Т1. Контроль уставки реле постоянного тока производится подключением реле РМ с помощью переклю­чателя S9, к выводам 85 - 86 выпрямительного моста В2, подключенного к вторич­ной обмотке погрузочного трансформатора Т2. Погрузка реле осуществляется также с помощью автотрансформатора Т1 Контроль уставок реле времени произ­водится подключением нужного реле, например, реле РУ1 (РУ2, РУ3, РД) к схеме контроля с помощью переключателя S12 (S13, S14, S15). Питание на катушку про­веряемого реле подается с помощью промежуточного реле К1, включение которого производится кнопкой S4 ”Пуск реле”. Выдержка времени проверяемого реле заме­ряется с помощью секундомера Е1, ведущего отсчет времени, пока замкнута цепь питания секундомера. Начало отсчета определяется нажатием кнопки S5 ”Пуск се­кундомера”, которая рвет цепь питания промежуточного реле К1. Контакты этого реле отключают питание катушки проверяемого реле времени и одновременно включают секундомер. Пока якорь реле времени не отпал, секундомер ведет отсчет времени уставки.

Ручное управление движением привода

Переключатель S2 ставится в положение “Управление - ручное”. По заданию преподавателя пуск двигателя производят в 2 или 3 ступени. Предварительно настраиваются реле на заданные уставки. Пуск в две ступени идет так. Отключается блок контроля выключателем S16, включаются автоматиче­ские выключатели F1, F2, F3. Командоконтроллер ставится в нулевое положение. Через нормально замкнутые контакты П, У1, У2 включаются реле ускорения РУ1, РУ2, РУ3. При нулевом положении командоконтроллера S1 включается и самобло­кируется реле защиты РН, через контакты которого будет осуществляться питание всех контакторов. Переключатель ступеней S3 ставится, к примеру, в положение” 2 ступени”. При этом в роторной цепи собирается нужная схема соединений контактов контакторов У1 и У2 к пусковому реостату.

Для пуска двигателя ”Вперед” рукоятка командоконтроллера поворачивается в положение” Вперед”. Включается контактор В, затем Л которые подсоединяют ста­тор двигателя к сети и включают контактор Т, который снимает механический тормоз и включает контактор П, шунтирующий в роторной цепи двигателя ступень противовключения R_ПР. Начина­ется пуск двигателя с полностью введенными сопротивлениями в роторе. Контак­тор П, включившись, размыкает свой блок-контакт, управляющий электромагнит­ным реле времени РУ1. По истечении нужной выдержки времени, якорь реле вре­мени РУ1 отпадет, включится контактор У1, зашунтируется первая ступень пускового сопротивления R₁. Двигатель продолжит раз­гон на новой механической характеристике. Контактор У1, включившись, размы­кает свой блок-контакт, управляющий электромагнитным реле времени РУ2. По ис­течении нужной выдержки времени, якорь реле времени РУ2 отпадет, включится контактор У2, которой зашунтирует вторую ступень R₂ - по­следнюю в этом режиме пуска. Двигатель продолжит разгон на ме­ханической характеристике без добавочных сопротивлений в цепи ротора до установившейся скорости.

Динамическое торможение

Останов двигателя осуществляется поворотом рукоятки командоконтроллера S1 в нулевое положение, что вызывает переход двигателя в режим динамического торможения. В зависимости от выбран­ного режима пуска, торможение будет 2^х или 3^х ступенчатым.

При установке S1 в ну­левое положение выключаются контакторы В, Л, Т, П, У1 - У3, отключается статор двигателя от сети переменного тока и вводится в роторную цепь полное сопротив­ление. Снимается напряжение с катушки реле РД, якорь которого с выдержкой времени t_ДТ отпадет. Включаются реле ускорения РУ1 – РУ3. Блок-контакты контакторов Л, В, Н и контакт РУ1 включают контактор динамического торможения Д. (В цепи контактора Д предусмотрена защитная бло­кировка. Она осуществляется контактами РУ1 и блок-контактом Д и не до­пускает подачу постоянного напряжения на статор двигателя при закороченном роторе, что вызвало бы боль­шие тормозные токи.)

Силовые контакты Д подключают статор к источнику постоянного тока. В статор двигателя подается постоянный ток, величина которого ограничи­вается добавочным сопротивлением R_ДТ. Блок-контакт Д включает контактор П, который оставляет в цепи ротора только пусковые сопротив­ления. Момент двигателя становится отрицательным, электропривод переходит в режим динамического торможения. При включении контактора П рвется цепь РУ1. Как только якорь реле РУ1 от­падет, его контакт включит контактор У1, который закоротит первую ступень сопро­тивления в роторной цепи. Происходит новый бросок тока в роторной цепи, двига­тель будет тормозится на новой механической характеристике и т.д. Момент окончания торможения определяется уставкой времени реле РД. Схема электропривода преду­сматривает возможность прерывания динамического торможения до его полного окончания и пуск в ту или иную сторону. Это возможно благодаря наличию в цепи контакторов В, Н, Л блокировочного реле РБД, сопротивление катушки кото­рого значительно больше сопротивления катушек В, Н, Л.

Торможение противовключением

Реверсирование привода осуществляется переводом рукоятки командоконтроллера S1 из положения ”Вперед” в положение ”Назад”. При этом происходит изменение направления вращения магнитного поля и двигатель переходит в режим торможения противовключением. В этом режиме в цепь ротора включены все сопротивления, в том числе и ступень противовключения R_ПР. Торможение происходит в функции скорости (ЭДС ротора). Автоматическое управление процессом торможения осуще­ствляет реле противовключения РП.

При переключении S1 из положения, на­пример, ”Вперед” в положение ”Назад” отключаются все контакторы В, Л, Т, П, У1 - У3. Включается контактор Н, затем Л, напряжение на роторе увеличивается почти вдвое по сравнению с неподвижным двигателем, поэтому срабатывает реле РП и в ротор вводится полное сопротивление. Контак­тор Л включает контактор Т, блок контакт которого в обычных режимах обеспечи­вает питание контакторов П, У1 - У3. Но реле РП своим контактом разрывает цепь управления этими контакторами, поэтому двигатель тормозится с полностью введенными сопротивлениями в роторной цепи, и значительно быстрее чем при ди­намическом торможении. Момент отключения реле РП определяется напряжением отпускания. При достижении двигателем скорости близкой к нулю, отпадает реле РП, включается П и далее процесс торможения противовключением идет с зашунтированной ступенью R_ПР, т.е. только с пусковыми ступенями. После останова двигателя начнется пуск в противоположном направлении.

Автоматическое управление движением привода (“Челночное” движение привода)

Схема установки позволяет осуществить автоматическое управление движе­нием привода в функции пути. Управление осуществляется с помощью путевых конечных выключателей ВКВ и ВКН (рис. 3).

Установив выключатель S2 в положение: “Управление автоматическое” и нажав кнопку КнВ или КнН осуществляется пуск привода (в 2-или 3-ступени в зависимости от по­ложения переключателя S3) в нужном направлении. При нажатии кнопки КнВ питание через ее контакты подается на защитное реле РН, которое шунтирует импульсное воздействие КнВ и одновременно замыкает цепь управления контак­тором В. Привод начинает разгон вперед. При подходе к крайнему положе­нию ”Вперед” размыкающийся контакт конечного выключателя ВКВ отключает контактор В, а замыкающий - включает контактор Н (импульсное действие конеч­ных выключателей шунтируется блок-контактами соответствующих контакторов В или Н). Привод переходит в режим торможения противовключением, по завершении которого происходит пуск двигателя в другом на­правлении. Отработав заданное перемещение назад, привод вновь реверсируется и т. д. Остановка привода в режиме ”челночного” движения производится нажатием кнопки ”Стоп” - КнС.

Методические указания к выполнению работы

Включение установки и настройка реле производится только с разрешения пре­подавателя и под контролем лаборанта. При этом включается только вводной ав­томатический выключатель F1, а F2 и F3 отключаются. Уставка реле регулируется с помощью органов настройки (рис. 1). Для снятия осциллограмм используется шлейфовый осциллограф или осциллограф с запоминанием на базе персонального компьютера (ПК). Входы шлейфового осциллографа подключены к соответствующим гнездам ”Ток” и ”Скорость” на панели управления установки. Эти же сигналы на входы ПК подаются через индивидуальные узлы гальванической развязки. Момент пуска соответствующего переходного процесса необходимо связать с началом движения луча на экране, поэтому в начале необходимо нажать кнопку ”Съемка” на шлейфовом осциллографе, или кнопку Enter на ПК а затем уже осуществить исследуемый режим.

Технические данные асинхронного двигателя МТО11-6

Номинальная мощность - Р_Н = 1,4 кВт;

номинальная скорость вращения - n_Н = 885 об/мин;

перегрузочная способность -  = М_МАКС/М_Н = 2,3;

номи­нальный момент - M_Н = 15 Нм;

номинальный ток статора при соединении звездой - I_CН= 5,3 А;

ток холостого хода - I_CХ = 3,9 А;

активное сопротивление об­мотки фазы статора - R_С = 5,98 Ом;

индуктивное сопротивление об­мотки фазы статора - х_С= 3,93 Ом;

номинальная ЭДС ротора - Е_РН= 112 В;

номи­нальный ток ротора - I_РН = 9,3 А;

активное сопротивление фазы ротора - R_Р = 0,695 Ом;

индуктивное сопротивление фазы ротора - х_Р= 0,5 Ом;

коэффициент трансформации напряжения - К_Е= 3,14;

момент инерции ротора - J= 0,0212 кг· м².

Момент сопротивления - Мс = 0,6 Нм