МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(Минсельхоз России)

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. ПРОФ. И.И.ИВАНОВА»

Кафедра Электротехники и МЖ

Лабораторная работа №3

Изучение автоматического торможения асинхронных электродвигателей

по дисциплине «Электропривод»

КУРСК – 2007

Составили: профессор Серебровский В.И.

преподаватель Назаренко Ю.В.

Лабораторная работа №3

Изучение автоматического торможения асинхронных электродвигателей

Цель работы: Изучить принцип работы и схемы автоматического управления торможением асинхронного короткозамкнутого электродвигателя

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Асинхронный двигатель (АД) может работать в следующих тормозных режимах:

а) генератором;

б) противовключения;

в) динамического торможения.

Изучение работы асинхронного двигателя в режиме генераторного торможения

Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть возможно при частоте вращения ротора АД выше синхронной, при этом АД создает момент, противодействующий моменту вращения приводной машины. Тем самым, пытаясь затормозить приводной двигатель, АД загружает его, забирает с его вала механическую энергию и превращает ее в электрическую, становясь генератором (отсюда название тормозного режима). Механические характеристики асинхронного двигателя в координатах М и n имеет вид (рис. 3.1)

По мере приближения частоты вращения АД, работающего в двигательном режиме, к синхронной (n _c) момент его приближается к нулю.

При дальнейшем увеличении частоты вращения ротора воздействием внешнего момента, когда частота вращения ротора больше частоты вращения магнитного поля (n > n _o), двигатель работает генератором параллельно с сетью, в которую он может отдавать электрическую энергию, потребляя при этом реактивную мощность для возбуждения.

Генераторному торможению с отдачей энергии в сеть соответствуют участки характеристики, расположенной в квадрате II (рис.3.1). В этом режиме критический момент имеет большую величину, чем в двигательном режиме. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть применяется практически в двигателях с переключением полюсов, а также в приводах грузоподъемных машин, тормозных стендах (подъемники, экскаваторы и т.д.).

Изучение работы асинхронного двигателя в режиме торможения противовключением

Испытуемый двигатель оборудован устройством – реле контроля скорости (РКС) (иначе – реле контроля частоты вращения вала).

Механические характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя

1-естественная; 2, 3, 4-искуственные характеристики; 5-характеристика торможения противовключением ; 6, 7- характеристика динамического торможения. линия перехода из двигательного режима в генераторный.

Рис. 3.1.

Схема подсоединения обмоток асинхронного двигателя

при изучении работы АД в режиме противовключения

а- с промежуточным реле; б- без промежуточного реле.

Рис. 3.2.

Торможение противовключением имеет большее применение на практике. Режим торможения противовключением может быть получен изменением порядка следования фаз в обмотке статора, т.е. изменением направления вращения магнитного потока. Для ограничения тока и получения соответствующего момента при торможении необходимо у двигателей с контактными кольцами включить в роторную цепь дополнительное сопротивление R_т. Ротор при этом вращается против поля и постепенно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен до сети, иначе он может вновь перейти в двигательный режим, тогда ротор его будет вращаться в направлении обратном предыдущему. Таким образом, схема автоматического торможения асинхронного электродвигателя должна, во-первых, после отключения асинхронного электродвигателя автоматически подключать обмотку статора электродвигателя «на реверс», во-вторых, автоматически отключать обмотку статора от питающей сети при снижении частоты вращения ротора до нуля.

Автоматизация торможения противовключением АД достигается с помощью реле контроля скорости. Оно состоит из постоянного магнита P, помещенного внутри подвижного кольца С (статор). Постоянный магнит наглухо соединен с валом электродвигателя и вращается вместе с ним. Кольцо С имеет обмотку в виде беличьего колеса и жестко соединено с рычагом K. При вращении вала электродвигателя, а, следовательно, и магнита P, в статоре реле появляется ток, поле которого, взаимодействуя с полем магнита, создает вращающий момент, стремящийся повернуть статор в сторону вращения магнита. Величина этого момента зависит от частоты вращения ротора (вала) электродвигателя.

Схема работы РКС

Рис. 3.3.

При достижении электродвигателем определенной частоты вращения момент на реле становится достаточным, чтобы повернуть статор РКС с рычагом K и отжать пружину, действующую на контактную систему. Контактная система РКС в электрической схеме управления автоматическим торможением асинхронного электродвигателя производит соответствующие переключения, чем и достигается автоматизация торможения. При остановке электродвигателя рычаг K возвращается в исходное положение. Характеристика перехода из двигательного режима работы АД в тормозной приведена на рис. 3.1.

Торможение противовключением используют для быстрой остановки механизмов с большими моментами инерции или же для сокращения непроизводительного времени работы механизмов при естественном торможении и ускорение времени замены обрабатываемой детали.

Пуск и автоматическое торможение противовключением асинхронного электродвигателя осуществляются по схеме, показанной на рис. 3.2, а. В ней используются два контактора — линейный KЛ и тормозной КТ, промежуточное реле РП, реле контроля скорости РКС, кнопки КнП — «пуск» и КнС — «стоп».

Контакторы КЛ и КТ включены по обычной реверсивной схеме. Защита двигателя осуществляется либо автоматическим выключателем, либо предохранителями и тепловыми реле.

Для пуска двигателя нажимают кнопку «Пуск». При этом срабатывает линейный контактор КЛ и включает двигатель в сеть. Контактор КЛ имеет два замыкающих и один размыкающий блок-контакты. Один замыкающий, блок-контакт шунтирует кнопку «пуск», другой подготав­ливает цепь катушки реле РП. При достижении валом двигателя некоторой скорости контакты реле РКС замы­каются и реле РП срабатывает. При этом один его замыкающий контакт шунтирует блок-контакт КЛ в цепи катушки реле РП, другой контакт реле РП также замыкается и подготавливает цепь питания катушки тормозного контактора КТ. При работе двигателя катушка контактора КТ не может получить питания, так как размыкающий блок-контакт КЛ в цепи катушки КТ разомкнут.

При нажатии кнопки «стоп» контактор КЛ отключается, его размыкающий блок-контакт в цепи катушки контактора КТ замыкается, контактор КТ срабатывает и подает на статор двигателя питание с обратной последовательностью фаз. Двигатель затормаживается, и при скорости ротора, близкой к нулю, реле РКС размыкает свои контакты, реле РП обесточивается и отключает кон­тактор КТ. Торможение на этом заканчивается.

Схема на рис. 3.2, б отличается от предыдущей тем, что в ней отсутствует промежуточное реле РП, но для управления требуются кнопки «пуск» и «стоп» как с замыкающими, так и с размыкающими контактами.

Изучение работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения

Динамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется обычно подключением обмотки статора на сеть постоянного тока. Для перехода их двигательного режима в режим динамического торможения контактор КЛ

(рис. 3.4) отключает статор от сети переменного тока, а контактор КТ присоединяет обмотку статора к сети постоянного тока. Для ограничения тока и получения различных тормозных характеристик в цепь статора включается дополнительное сопротивление.

Проходя по обмотке статора, постоянный ток образует неподвижное поле, основная волна которого дает синусоидальное распределение индукции. Во вращающемся роторе возникает переменный ток, создающий свое поле, которое также неподвижно относительно статора. В результате взаимодействия суммарного магнитного потока с током возникает тормозной момент, величина которого зависит от намагничивающей силы статора, сопротивления ротора и скорости двигателя.

Механические характеристики для этого режима приведены в нижней части квадрата П (рис. 3.1). Они проходят через начало координат, так как при скорости равной нулю, тормозной момент в этом режиме также равен нулю. Критическое скольжение зависит от сопротивления, включенного в ротор. Оно увеличивается пропорционально росту сопротивления. Величина максимального момента при этом не изменяется (Мкр).

Динамическое торможение асинхронного электродвигателя с возбуждением статора постоянным током. Торможение противовключением получается резким, что для ряда приводов недопустимо. При динамическом торможении с возбуждением статора постоянным током тормозной момент нарастает плавно, максимальный тормозной момент получается при низкой скорости (20—30% номинальной).

Для осуществления динамического торможения асинхронного двигателя необходимо двигатель отключить от сети и подать на статор постоянный ток. Хорошие тормозные характеристики асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором получаются при подаче в статор постоянного тока, в 3-4 раза превышающего ток холостого хода I_х двигателя. Постоянный ток подают либо от сети (если есть заводская сеть постоянного тока), либо от выпрямителя.

Так как при постоянном токе ток в обмотках статора двигателя ограничивается только их омическим сопротивлением, напряжение источника постоянного тока должно быть значительно ниже номинального переменного напряжения (U^__<10%U_н~). После окончания торможения питание статора постоянным током должно отключаться.

Схема управления динамическим торможением асинхронных электродвигателей зависит от источника постоянного тока (заводская сеть постоянного тока или выпрямитель) и времени затухания магнитного потока двигателя после отключения статора от сети переменного тока. В двигателях с фазным ротором (которые включаются и отключаются с введенным сопротивлением в цепь ротора) магнитный поток статора спадает практически мгновенно. В двигателях с короткозамкнутым ротором магнитный поток спадает замедленно (для малых двигателей в течение 1—1,5 с).

Постоянный ток для возбуждения статора двигателя от заводской сети подается сразу же после отключения статора от сети переменного тока (независимо от типа ротора двигателя).

При питании статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором от выпрямителя нельзя сразу после отключения статора от сети переменного тока подавать питание от выпрямителя, так как исчезающий в статоре магнитный поток индуктирует в его обмотках большую э. д. с, которая может повредить выпрямитель.

Поэтому подают постоянный ток на статор с некоторой выдержкой времени, пока не спадет магнитный поток статора.

Схема подсоединения обмоток асинхронного двигателя

при изучении работы АД в режиме динамического торможения

Рис. 3.4.

Пуск и динамическое торможение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляются по схеме, показанной на рисунке 3.4. В ней используются два контактора —линейный КЛ и тормозной КТ. Для управления двигателем, служит ключ КУ, а для осуществления нулевой блокировки — реле РП. Для управления торможением используются два электромагнитных реле времени РДТ1 и РДТ2. Постоянный ток на статор подается от выпрямителя Вп, питающегося от понижающего трансформатора Тр.

Для пуска двигателя подают напряжение на схему и ставят ключ КУ в нулевое положение. При этом через его контакты 1—2 катушка реле РП получает питание, реле срабатывает, один его замыкающий контакт шунтирует контакты 1—2 ключа КУ, другой замыкающий контакт включает трансформатор Тр. После этого поворачивают ключ КУ в положение I и через его контакты 2—3 подается питание на катушку контактора КЛ. Контактор КЛ срабатывает и главными контактами подключает статор электродвигателя к сети. Размыкающие блок-контакты КЛ в цепи катушки контактора КТ размыкаются, а замыкающий контакт в цепи катушки реле РДТ1 замыкается, реле РДТ1 срабатывает и своим замыкающим контактом включает реле РДТ2. Реле РДТ1 и РДТ2 своими контактами готовят цепь катушки контактора КТ к торможению. В таком положении схема находится при работе двигателя.

Для остановки двигателя нужно повернуть ключ управления КУ в нулевое положение. При этом катушка контактора КЛ отключается и статор двигателя отключается от сети. Также лишается питания катушка реле РДТ1. Размыкающий контакт КЛ в цепи катушки контактора КТ замыкается. Лишившись питания, реле РДТ1 с выдержкой 1—1,5 с (достаточной для затухания магнитного потока двигателя) отпускает свой якорь, и через его замкнутые размыкающие контакты подается питание на катушку контактора КТ. Контактор КТ срабатывает и подает постоянный ток от выпрямителя на статор двигателя. Ротор двигателя быстро затормаживается.

Одновременно с этим реле РДТ1 своим замыкающим контактом, который размыкается, лишает питания катушку реле РДТ2. Это реле отпадает с выдержкой, достаточной для полного торможения двигателя. При этом замыкающие контакты реле РДТ2 размыкаются и контактор КТ отключается, прекращая подачу постоянного тока в статор двигателя. Реле РДТ2 должно отключить контактор КТ через 2—3 с после остановки двигателя.

Задание на опыты для изучения работы ад в режиме торможения противовключением

1. Изучить устройство, принцип действия и назначения частей реле контроля скорости. Подключить двигатель к клеммам «Фазные провода», «Нулевой провод» (расположены на нижней панели стенда справа).

2. Подключить тормозные резисторы R_т к клеммам 3-4, 5-6. Подключить реле контроля скорости к клеммам 8-9.

3. Пустить асинхронный двигатель в работу нажатием кнопки «Пуск» КнП. Заметим здесь, что АД подключен к сети посредством автоматического выключателя ВА.

4. Затормозить асинхронный двигатель нажатием кнопки «Стоп» КнС. Заметим время торможения двигателя.

5. Повторить п.5. для 3-х других значений R_т

6. Отчет по этой части работы должен содержать схему рис. 3.2, данные опытов, наблюдаемые студентами, кривые, выводы.

Задание на опыты для изучения работы ад в режиме динамического торможения

1. Собрать схему. Подключить двигатель к клеммам «Фазные провода», «Нуль».

2. Подключить клеммы 4 и 6 через резистор R_т к источнику положительного тока 24 В.

3. Подключить катушку и контакт реле времени РВ к клеммам 8-9.

4. Переменный ток 220 В подать на клеммы «Переменный ток».

5. Пустить асинхронный двигатель в работу.

6. Осуществить динамическое торможение А.

7. Повторить п.6 при другом сопротивлении резистора R_т.

8. Повторить п.6 при двух-трех различных установках реле времени РВ.

9. Отчет по этой части работы должен содержать схему рис.3.4, данные

опытов, наблюдаемые студентами описание принципов торможения и выводы.

Контрольные вопросы

1. Как осуществляется динамическое торможение электродвигателя?

2. Как осуществляется торможение электродвигателя противовключением?

3. Как изменится тормозная механическая характеристика электродвигателя при введении добавочного тормозного сопротивления?

4. Какой вид торможения является наиболее эффективным способом остановки привода?

12

11

3

10

4

9

5

8

6

7