книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

«вперед».

Контактор КВ срабатывает в свою очередь и главными кон­ тактами подключает якорь двигателя к сети, а блок-контактом размыкает цепь катушки реле^времени РВ1. Далее происходит пуск двигателя в функции времени в три ступени. В процессе пу­ ска катушка контактора перегрузки КП получает питание, и контактор шунтирует регулировочное сопротивление гр в цепи возбуждения двигателя. Благодаря этому пуск двигателя всегда протекает при наибольшем токе возбуждения двигателя независи­ мо от положения ползунка регулировочного реостата, а значит, и при наибольшем вращающем моменте, что ускоряет разгон дви­ гателя. Частота вращения электропривода регулируется за счет изменения тока возбуждения двигателя реостатом гр.

Как известно, при работе двигателя с ослабленным потоком возбуждения ток якоря двигателя превышает номинальное зна­ чение даже при номинальном моменте сопротивления на валу двигателя. В этом случае срабатывает реле перегрузки РП и за­

250

Для реверсирования электропривода необходимо нажать кноп­ ку Нз «назад». Размыкается цепь катушки реле В и замыкается цепь катушки реле Н. После отключения реле В включается ре­ ле Н. Реле В размыкает цепь катушки контактора КВ, а реле Н замыкает цепь катушки контактора КН. Контактор КВ отключа­ ется и размыкает свои главные контакторы в цени якоря двига­ теля, блок-контакт, включенный параллельно' с блок-контактами РТ и КН в цепи собственной катушки, и замыкает вспомогатель­ ный контакт в цепи катушек РВ и Т. Контактор КН не может сработать до тех пор, пока разомкнут размыкающий контакт реле торможения РТ, катушка которого включена параллельно якорю двигателя. Это реле будет удерживать притянутым свой якорь, пока вращается двигатель и, следовательно, пока в обмотке яко­ ря двигателя индуктируется э. д. с. Срабатывает контактор Т и своим главным контактом подключает параллельно якорю дви­ гателя сопротивление ДтДвигатель переходит в режим динами­ ческого торможения, и скорость вращения его резко уменьшается, что приводит к соответствующему уменьшению э. д. с. двигателя. Реле РТ отпускает свой якорь, размыкает цепь катушки Т и за­ мыкает цепь катушки КН. Контактор КН срабатывает и замыкает

При коротком замыкании в главной цепи двигателя или при заклинивании привода срабатывает реле максимального тока РМ

Рис. 166. Схема управления двухскоростным асинхронным дви­ гателем

и размыкает цепь катушки реле напряжения PH, что приводит к немедленному отключению якоря двигателя от сети.

Реле обрыва цепи возбуждения двигателя РО предотвращает пуск двигателя при отсутствии возбуждения и отключает двига­

контакты которого Kl, К2, КЗ, К4 замыкаются и размыкаются в зависимости от положения рукоятки поста.

В нулевом положении командоконтроллера замкнут контакт /<7, через который срабатывает реле напряжения PH и своими контактами подает питание на оставшуюся часть схемы управле­ ния, шунтируя контакт К1.

При переводе рукоятки поста управления, например, в первое положение «вперед» замыкается контакт К2. Через него получит питание и сработает реле. В, замкнув цепь катушки контактора КВ, который, сработав, замкнет свои главные контакты в цепи обмоток статора двигателя, а блок-контактом подаст питание на катушки контактора малой скорости М и электромагнитного реле времени РВ. Контактор М подключает к сети обмотку ма­ лой скорости двигателя. Одновременно через замкнувшиеся блок-контакты В и М и полупроводниковый выпрямитель ПВ2 получит питание контактор КТ, который, в свою очередь, сраба­ тывает и подключает к сети обмотку тормозного электромагнита ТЭМ. Электромагнит притягивает диск, сжимает тормозные пру­ жины и тем самым растормаживает двигатель. Реле РВ срабаты­ вает с выдержкой времени и своим замыкающим контактом го­ товит цепь катушки контактора Б. Двигатель работает на малой скорости.

При переводе поста управления во второе положение замыка­ ется контакт К4 и подключает к сети катушку контактора Б большой скорости двигателя. Контактор Б срабатывает и блокконтактом отключает контактор М и реле РВ, а главными кон­ тактами подключает к сети обмотку большой скорости. Частота вращения двигателя увеличивается.

Работа схемы в положениях «назад» происходит аналогично,

стой лишь разницей, что вместо контакта К2 замкнут контакт КЗ

исрабатывает реле Я и контактор КН, который своими главными контактами меняет порядок чередования фаз в цепи обмоток ста­ тора двигателя.

При быстром переводе командоконтроллера из нулевого поло­ жения во второе двигатель вначале включается на малую ско­ рость и только после срабатывания реле РВ (0,5-М с) переклю­ чается на большую скорость.

252

размыкают свои контакты в цепи катушек КВ, КН и КТ. Однако контактор КВ или КН некоторое время продолжает получать пи­ тание через размыкающий контакт реле времени РВ, благодаря чему двигатель от сети не отключается, а переключается на об­ мотку малой частоты. Поскольку ротор первое время продолжа­ ет еще вращаться с большой частотой, то двигатель переходит в режим рекуперативного торможения. Реле РВ с выдержкой вре­

реле РТ1 и РТ2.

Нулевая защита обеспечивается с помощью реле напряжения РН\ суть ее заключается в следующем. Если при работе электро­ привода напряжение в сети чрезмерно снизится или исчезнет сов­ сем, то все реле и контакторы, в том числе и реле PH, отключатся. При появлении напряжения вновь двигатель не получит питания, несмотря на то, что пост управления находится в рабочем поло­ жении. Его нужно вернуть в нулевое положение и после сраба­ тывания реле PH запустить двигатель вновь.

Рассмотренные две схемы управления электроприводами по­ стоянного и переменного тока не исчерпывают всего многообра­ зия современных схем управления судовыми электроприводами. На примере приведенных схем показан подход к изучению схем и порядок рассмотрения их принципа действия.

§ 61. Выбор мощности электродвигателя

Правильный выбор мощности электродвигателя имеет боль­ шое технико-экономическое значение. ЕсЛи установленный элект­ родвигатель имеет завышенную мощность, то он работает с по­ ниженным к. п. д., а асинхронный двигатель переменного тока, кроме того, и с пониженным коэффициентом мощности. Неоправ­ данно увеличивается и первоначальная стоимость электропривода.

Еще более нежелательные последствия для судна возникают в том случае, если электродвигатель выбирается заниженной мощ­ ности. При этом увеличивается вероятность аварии электроприво­ да, которая в отдельных случаях может привести и к аварии суд­ на. Преждевременный же выход из строя электродвигателя в дан­ ном случае совершенно закономерен. Кроме того, нарушается нормальный режим работы приводного механизма и уменьшается его производительность.

Каковы же критерии, по которым следует выбирать мощность? Как известно, при работе электродвигателя в нем выделяются

253

в виде тепла потери энергии. Мощность этих потерь можно найти по формуле

v„ — переменные потери, при номинальной нагрузке;

Ро

х= -н-; Р н — номинальная мощность двигателя.

Ин

Зависимость к. п. д. двигателя от развиваемой мощности для большинства электродвигателей выражается кривой (рис. 167). Если максимальный к. п. д. т)н двигателя соответствует его номи-

Для пояснения уравнений (97), (98), (99) следует напомнить, что переменные потери в двигателе — это потери в меди его обмо­ ток и они пропорциональны квадрату тока нагрузки, а так как в большинстве случаев двигатели работают при постоянном напря­ жении, то переменные потери пропорциональны квадрату разви­ ваемой мощности.

Тепло, выделяемое в двигателе, частично отдается в окружаю­ щую среду, а частично затрачивается на нагрев самого двигателя. Температура, до которой может нагреваться двигатель, зави­ сит от качества изоляции его обмоток. В зависимости от допусти­ мой температуры нагрева все изолирующие материалы разбиты на шесть классов. Если в процессе работы двигателя его темпе­ ратура будет превышать допустимую температуру нагрева изоля­

254

Существуют различные методы выбора мощности двигателя для тех случаев, когда он должен работать с переменной нагруз­ кой.

Метод средних потерь. Двигатель выбирается предварительно по каталогу. Например, можно найти среднюю мощность по на­ грузочной диаграмме:

и умножить ее на поправочный коэффициент k — l,l-f-l,3.

Для выбранного двигателя строится зависимость r\=f(P), а если такой зависимости в каталоге нет, то можно воспользовать­ ся приближенной формулой

Каждой мощности Pi нагрузочной диаграммы соответствуют определенные потери в двигателе, которые находятся по формуле

где rji — к. п. д. двигателя, соответствующий мощности Pi и най­ денный по формуле (100) или по кривой ц=1(Р).

Далее находятся средние потери в двигателе за весь период работы:

правильно, в противном случае необходимо выбрать из каталога другой двигатель и весь расчет повторить для него.

Таким образом, метод средних потерь является методом посте­ пенных приближений, что и обусловливает его относительную тру­ доемкость. Вместе с тем этот метод достаточно точный, так как он основан на анализе всех потерь в двигателе.

Метод эквивалентного тока. Если задана нагрузочная диаг­ рамма J— f3(t), то по ней можно определить эквивалентный ток двигателя. Эквивалентным называется такой неизменный по ве­ личине ток, который, протекая по обмоткам двигателя, выделил бы столько же тепла,. сколько и действительный, меняющийся по величине ток.

Полные потери в двигателе при любой величине тока h мож­ но выразить формулой .

ДPi = k + Ij R,

256

тогда средние потери за весь период работы составят

^Рср — k + / э Rt

где k — постоянные потери;

R — сопротивление обмоток двигателя.

Подставляя оба выражения в формулу (101), получим

Двигатель выбран правильно, если /эг=Пн-

Метод эквивалентного момента. У двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и у асинхронных двигателей при работе на прямолинейной части механической характеристики по­ ток Ф почти не зависит от нагрузки, и, следовательно, на основа­ нии (88) и (92) можно в уравнении (102) токи заменить момен­ тами. Таким образом, получается уравнение для эквивалентного момента двигателя

Выполнение неравенства Л4э^Л1ц в этом случае позволяет сделать вывод о правильности выбора .двигателя по условиям нагрева.

Следует отметить, что метод эквивалентного момента не при­ меним для двигателей последовательного и смешанного возбуж­ дения и для асинхронных двигателей, работающих с частыми пусками и торможением; Во всех этих случаях поток Ф не остается постоянным.

Метод эквивалентной мощности. Если в процессе работы элек­ тропривода частота вращения изменяется незначительно, то на основании соотношения (83) в уравнении (103) моменты можно заменить мощностью:

Ограничения в применении метода эквивалентного момента, естественно, распространяются и на метод эквивалентной мощ­ ности. Кроме того, метод эквивалентной мощности не применим и для расчета электроприводов, работающих с переменной ча­ стотой вращения.

Ни один из рассмотренных методов не учитывает того обстоя­ тельства, что если самовентилируемый двигатель работает отно­

257

сительно долго при пониженной скорости, то условия охлаждения его значительно ухудшаются.

Все рассмотренные методы основаны на анализе потерь в дви­ гателе, а это значит, что двигатель выбирается по условиям его нагрева. Поэтому выбранный двигатель всегда следует проверять по его механической перегрузочной способности, выбрав из на­ грузочной диаграммы наибольшую (пиковую) нагрузку.

При выборе двигателя для повторно-кратковременного режи­ ма одновременно с определением его мощности по одному из рассмотренных методов определяется и значение ПВ, с которым будет работать двигатель. Если окажется, 4jo расчетное значение ПВ отличается от стандартного, то мощность двигателя следует пересчитать на ближайшее стандартное ПВ по формуле

пуски, особенно асинхронных короткозамкнутых двигателей. Поэ­ тому для двигателей повторно-кратковременного режима в ката­ логах указывается допустимое число включений двигателя в час. Действительное число включений двигателя в час не должно превышать каталожных данных.

§ 62. Нагрев и охлаждение электродвигателей

Физическая картина нагрева и охлаждения двигателя до­ статочно сложна. В каждый данный момент времени температу­ ра различных частей машины неодинакова. Неодинаково и на­ правление потоков тепла в разных режимах работы двигателя. При нагрузке обмотки двигателя нагреты больше железа, а на холостом ходу, наоборот, больше нагрето железо. Все это затруд­ няет анализ нагревания и охлаждения двигателя, и поэтому при­ ходится делать ряд допущений. Двигатель принимается за одно­ родное тело, теплопроводность которого равна бесконечности. Благодаря этому можно считать, что температура всех его точек в каждый данный момент одинакова. Количество тепла, отдавае­ мое в окружающую среду, пропорционально разности температур двигателя и среды.

Дифференциальное уравнение теплового баланса двигателя с учетом сделанных допущений записывается следующим образом:

258

т0 — начальный перегрев двигателя.

В частном случае, если в начальный момент времени темпера­

шейся температуре перегрева двигателя ту. Величина 7% является постоянной времени нагрева.

98% Ту. Допустимый перегрев двигателя определяется допустимой температурой нагрева его изоляции и температурой окружающей среды, т. е.

^доп = ^ д о п Я *

Двигатель, с точки зрения нагрева, будет выбран правильно, ес­ ли выполняется условие ту = ^ т доп. Причем надо.помнить, что когда ту намного меньше т доп, то двигатель завышен по мощности и не­ доиспользуется по нагреву. И тем более двигатель выбран непра­ вильно, если ту > тдоп.

259