книги из ГПНТБ / Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник

Если момент сопротивления приводимого в движение меха­ низма увеличился, то вращающий момент двигателя окажется меньше и частота вращения начнет уменьшаться. При этом умень­ шается э. д. с. тахогенератора ТГ, а следовательно, уменьшается

иток в обмотке управления дросселя насыщения, что, в свою очередь, вызовет увеличение напряжения, подводимого к статору,

иувеличение вращающего момента двигателя. Частота вращения

ротора начнет расти, а вращающий момент двигателя уменьшать­ ся до величины момента сопротивления. При установившемся режиме частота вращения двигателя будет несколько меньшей, чем до увеличения момента сопротивления.

Вместо обратной связи по частоте вращения может быть ис­ пользована отрицательная обратная связь по напряжению и по­ ложительная обратная связь по току, но схемы с этими связями более сложны.

На рис. 59 приведена схема автоматического регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором с обратными связями по току и напряжению и с промежуточным магнитным усилителем ПМУ.

Обратная связь по току в этой схеме осуществляется тран­ сформатором тока ТТ, выпрямителем 1В и обмоткой ОТ, а обрат­ ная связь по напряжению — трансформатором напряжения ТН, выпрямителем 2В и обмоткой управления ОН. Определенное зна­ чение частоты вращения задается ползунком реостата R03. При перемещении ползунка изменяется сила тока в задающей обмот­

70

ке управления 03. Магнитодвижущие силы (м. д. с.) задающей

частоты вращения осуществляется следующим образом. При уве­ личении нагрузки на валу двигателя увеличивается сила тока и увеличивается падение напряжения на дросселях. При этом уменьшаются напряжение на статоре и частота вращения двига­ теля. М. д. с. обмотки ОТ растет, а м. д. с. обмотки ОН уменьша­ ется. Результирующая м. д. с. промежуточного магнитного усили­ теля ПМУ увеличивается, и увеличивается ток подмагничивания трехфазного дросселя насыщения ДН. В результате увеличива­ ются напряжение на статоре, момент и частота вращения дви­ гателя.

При уменьшении нагрузки на валу двигателя автоматически уменьшается подмагничивание дросселя. Обмотка смещения ОС дросселя насыщения создает небольшую м.д. с. для компенсации влияния на дроссель тока холостого хода промежуточного маг­ нитного усилителя ПМУ.

Система асинхронного электропривода с дросселем насыще­ ния дает возможность плавно, практически бесступенчато авто­ матически регулировать частоту вращения двигателя. Посредст­ вом применения сильных обратных связей может быть получена повышенная жесткость механических характеристик. Дроссели, включенные в цепь статора, улучшают качество переходных про­ цессов, сглаживая толчки тока при изменении режима работы двигателя. Асинхронный электропривод с дросселем насыщения целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо обес­ печить надежность и простоту привода. В настоящее время эта система применяется при продолжительном режиме работы для привода конвейеров, центробежных насосов, вентиляторов. При­ мером применения дроссельного привода, работающего в крат­ ковременном и повторно-кратковременном режимах работы, яв­ ляются краны, лифты.

Автоматическое регулирование частоты вращения электродви­ гателей можно осуществлять симметричным включением тиристо­ ров в цепь статора. Тиристор — это кремниевый управляемый выпрямитель или управляемый полупроводниковый вентиль. При тиристорном управлении энергетические показатели двигателя такие же, как и при дроссельном регулировании, но система ти­ ристорного регулирования имеет более высокий к. п. д., меньшие размеры, массу, незначительную инерционность цепи управления, более широкий диапазон регулирования вращающего момента двигателя.

Частоту вращения асинхронного электродвигателя можно ре­ гулировать тиристорами, изменяя напряжение в статоре или ис­ пользуя тиристорные преобразователи частоты, но первый способ

71

проще и дешевле. Простейшая схема включения тиристоров в статорную цепь двигателя приведена на рис. 60.

Принципиально для реверсивной работы достаточно 8 тири­ сторов. Как следует из схемы, в каждую фазу статора двигателя включена встречно-параллельная пара тиристоров, управление которыми осуществляется изменением угла отпирания а. При увеличении а искажается форма кривой напряжения, подведен­ ного к статору, и момент двигателя уменьшается. Механические характеристики при этом получаются мягкими.

Рис. 60. Схема включения тиристоров в статорную цепь реверсивного электро­

Для получения жестких механических характеристик необхо­ димо при изменении нагрузки на валу двигателя автоматически сдвигать управляющий импульс, что дает соответственно увеличе­ ние или уменьшение напряжения, подводимого к статору двига­ теля. Это достигается применением обратной связи по частоте вращения при помощи тахогенератора ТГ и промежуточного маг­ нитного усилителя. Управление тиристорами осуществляется бло­ ком управления БУ, функциональная схема которого приведена на рис. 60. Тиристоры могут использоваться не только для регулиро­ вания частоты вращения, но и в качестве бесконтактных комму­ таторов, которые более надежны, чем контакторы.

На рис. 61 приведена схема системы синхронный генератор — асинхронный двигатель. Применение отрицательной обратной связи по частоте вращения или напряжению ротора позволяет получить жесткие регулировочные характеристики. В этой схеме

72

при увеличении нагрузки благодаря обратной связи по напряже­ нию автоматически увеличивается ток возбуждения синхронного генератора, и частота вращения асинхронного двигателя поддер­ живается постоянной. До включения двигателя обмотка возбуж­

Рис. 61. Принципиальная схема системы синхронный генератор — асинхронный двигатель

каются. В этом случае ток в обмотке возбуждения ОВГ опреде­ ляется разностью выпрямленного напряжения и э. д. с. возбудите­ ля. При уменьшении нагрузки уменьшается скольжение двигате­ ля АД, что приводит к уменьшению э. д. с. ротора, тока возбуждения генератора СГ и напряжения на статоре двигателя. Это, в свою очередь, вызывает еще большее уменьшение э. д. с. ротора и уменьшение вращающего момента до величины, равной моменту сопротивления. Такая схема работает надежно и устой­ чиво на естественной и регулировочных характеристиках.

Для автоматического регулирования частоты вращения асинх­ ронного электродвигателя может применяться тормоз, регулиру­ емый вихревыми токами (рис. 62).

Многополюсный статор тормозного генератора ТВТ имеет лишь одну кольцеобразную обмотку, а ротор представляет собой полый цилиндр из мягкой стали, торцевые диски которого наса­ жены на вал. При вращении ротора внутри многополюсного ста­ тора в нем индуктируются сильные вихревые токи, которые вы­ зывают тормозной вращающий момент. При торможении энергия преобразуется в теплоту, но охлаждение ротора благодаря его конструкции происходит очень эффективно. Совместная работа

73

двух машин позволяет регулировать скорость двигателя. Управ­ ление тормозом вихревого тока осуществляется переключателем, при этом каждое положение переключателя управления соответ­ ствует определенному сопротивлению ротора и степени намагни­ чивания тормоза.

При работе двигателя на номинальной скорости тормоз, вра­ щающийся вместе с двигателем, размагничен. Наилучшие эксп­ луатационные характеристики по­ лучаются при автоматическом ре­ гулировании степени намагничива­ ния тормоза с помощью, например, магнитного усилителя, частота вра­ щения ротора при этом контроли­ руется его напряжением. Регулиро­ вание частоты вращения вихревы­ ми токами производится бесступенчато, но при переходе от малых регулируемых частот вращения к полной частоте вращения прихо­ дится роторное сопротивление из­ менять контакторами. Контакты контакторов в этом случае работа­ ют в облегченном режиме. По срав­ нению с дроссельным и тиристор­ ным регулированием применение регулирования частоты вращения

Рис. 62. Схема регулирования вихревыми токами уменьшает поте­

частоты вращения двигателя вих­ ри мощности и способно восприни­

ревыми токами мать большие тормозящие мо­ менты.

Регулирование частоты вращения может также осуществлять­ ся изменением частоты тока, которое является плавным и эконо­ мичным, но требует специального генератора с регулируемой ча­ стотой тока и напряжением для каждого из исполнительного двигателей. Частотное регулирование приемлемо для асинхрон­ ных электродвигателей как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором.

Частотное регулирование основано на пропорциональности частоты вращения частоте поля. При этом, чтобы магнитный поток в двигателе был постоянным, необходима также пропор­ циональность изменения напряжения частоте поля.

Этот способ регулирования успешно применяется в электро­ приводах некоторых передвижных дизель-электрических кранов, многодвигательных конвейеров и в других перегрузочных ма­ шинах.

Существуют и другие способы автоматического регулирова­ ния частоты вращения, например система генератор — двигатель (Г—Д) для двигателей постоянного тока, которая обеспечивает плавную экономичную регулировку в широких пределах частоты

74

вращения с небольшими потерями при разгоне. Но применение си­ стемы связано с удорожанием, увеличением размера и массы установок.

§ 8. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ И РЕВЕРСИРОВАНИЕ

Торможение двигателей постоянного тока может осуществ­ ляться тремя способами: генераторным, динамическим и противовключением.

Генераторное торможение осуществляется автоматически без каких-либо переключений, когда частота вращения якоря двига­

пи якоря двигателя (питание яко­ ря отключается) и замыкаются контакты Л в цепи катушки Т.

Катушка Т получает питание, срабатывает контактор, и замыка­ ются силовые контакты Т, якорь двигателя оказывается подклю­ ченным на тормозное сопротивление ТС. Якорь тормозится. По мере торможения напряжение на катушке РТ уменьшается, и при определенном его значении контакты реле РТ размыкаются,

При торможении двигателей постоянного тока противовключением необходимо своевременно ввести в цепь якоря ступень соп­

75

тывает и замыкает свои силовые контакты Л. Если цепь катушек контакторов 1В и 2В замкнута, их контакты замыкаются, якорь двигателя начинает вращаться, и двигатель выходит на режим естественной характеристики (ступени ускорения на схеме не по­ казаны). В процессе разгона двигателя, когда напряжение на якоре оказывается достаточным, чтобы реле направления враще­

Рис. 64. Схема торможения двигателя постоянного тока противовключением

полярность питания якоря двигателя. При этом катушка РПВ обесточивается и размыкает свои контакты РПВ, а напряжение, поступающее на катушку РПН, недостаточно, чтобы реле срабо­ тало. Вследствие этого катушка контактора Я обесточивается, и контактор размыкает свои силовые контакты Я. В цепь якоря двигателя автоматически вводится ступень противовключения. Сложность торможении противовключением является необходи­ мость своевременной остановки двигателя, в противном случае якорь двигателя начнет вращаться в противоположном направ­ лении.

Торможение асинхронных двигателей также осуществляется тремя способами: генераторным, динамическим и противовключе­ нием. Режим генераторного торможения наступает автоматиче­ ски, когда частота вращения ротора становится больше синхрон­ ной. Динамическое торможение асинхронных двигателей осуществ­ ляется отключением обмотки статора от питания переменным то­ ком и подачей на две фазы постоянного тока.

На рис. 65 дана схема автоматического динамического тормо­ жения, которая приемлема для двигателей как с короткозамкну­ тым, так и с фазным ротором.

Пуск двигателя осуществляется кнопкой «Пуск». Срабатыва­ ет контактор Л, который замыкает силовые контакты Л, подклю­

76

чая статор двигателя к сети, и замыкаются блок-контакты Л в цепи катушки реле времени РВ. Реле замыкает свои контакты в цепи катушки тормозного контактора Т. Для динамического тор­ можения нажимают на кнопку «Стоп». Катушка контактора Л обесточивается, а катушка контактора Т получает питание. Кон­ тактор Т срабатывает, и в две фазы статора подается постоян­ ный ток от выпрямителя В. Происходит интенсивное торможение двигателя. Через некоторую выдержку времени, равную величине уставки реле и времени торможения, реле РВ размыкает свои контакты в цепи катушки контактора Т. Двигатель снова готов к пуску.

Для получения режима динамического торможения некоторые зарубежные фирмы выпускают асинхронные двигатели с корот­ козамкнутым ротором, в который встроена специальная тормоз­ ная обмотка. Она состоит из двух, частей, представляет собой индуктивно не связанную со статорной многополюсную обмотку. Одна часть ее либо замыкается накоротко, либо для получения максимального пускового момента присоединяется к конденса­ тору. Вторая часть тормозной обмотки подключается к двум фа­ зам сети, и число пар полюсов ее в два-три раза больше числа пар полюсов рабочей обмотки статора двигателя. В процессе торможения первая часть обмотки создает динамическое тормо­ жение с самовозбуждением переменным током, а вторая — реку­ перативное торможение. В этом случае эффективность торможе­ ния в 5—10 раз больше по сравнению с обычным динамическим торможением.

Автоматическое управление торможением двигателя с тор­ мозной обмоткой осуществляется по схеме, данной на рис. 65, которая упрощается за счет исключения трансформатора и вы­ прямителя. Для уменьшения тормозного момента можно ввести со­ противление в цепь второй части обмотки, подключенной к двум фазам сети.

77

Схема автоматического торможения противовключением дви­ гателя с короткозамкнутым ротором представлена на рис. 66.

При нажатии на кнопку «Пуск» получает питание катушка кон­ тактора Л, которая замыкает свои силовые контакты Л, и ста­ тор двигателя подключается к сети. Ротор двигателя начинает вращаться, и связанное с ним центробежное реле скорости за­ мыкает свои контакты PC в цепи катушки контактора Т, подго­ тавливая ее включение. При нажатии на кнопку «Стоп» катушка контактора Л обесточивается, а катушка контактора Т оказыва­ ется лод напряжением. Силовые контакты Л размыкаются, а кон-

Рис. 66. Схема автоматического торможения двигателя с короткозамкнутым ротором противовключением

такты Т замыкаются. Двигатель интенсивно тормозится. При часто­ те вращения, близкой к нулю, контакты PC размыкаются, контак­ тор Т выключается и срабатывает механический тормоз.

схеме показанное пунктиром), и ограничивается тормозной ток. Существует также способ торможения асинхронных электро­ двигателей с короткозамкнутым ротором способом трехфазного короткого замыкания. Сущность этого способа заключается в том, что до отключения двигателя от сети обмотки статора замыются накоротко. При этом магнитные потоки, связанные с обмот­ ками статора и короткозамкнутого ротора, затухают не мгновен­ но, и благодаря этому происходит торможение. Этот способ может применяться для торможения электродвигателей небольшой мощности, которые работают с частыми пусками и приводят в дви­

жение малоинерционные механизмы.

Схема торможения противовключением асинхронного элект­ родвигателя с фазным ротором приведена на рис. 67.

Автоматическое торможение может осуществляться по прин­ ципу контроля тока или контроля э. д. с. в роторе двигателя. Ес­ ли, например, замкнуты силовые контакты В и двигатель вра­

78

щается в одну сторону, для торможения его противовключением необходимо разомкнуть силовые контакты В, замкнуть силовые контакты Я и одновременно ввести в цепь ротора ступень проти­ вовключения Я. После того как две фазы поменялись местами, катушка реле противовключения РП испытает толчок тока и ра­ зомкнет свои размыкающие контакты РП. Катушка контактора противовключения Я потеряет питание и разомкнет свои силовые контакты Я, вводя в цепь ротора ступень противовключения Я. Двигатель будет интенсивно тормозиться. Сила тока в роторе при этом станет уменьшаться.

Чтобы предотвратить разгон двигателя в противоположную сторону, необходимо своевремен­ но отключить питание статора.

Автоматическое торможение по принципу контроля э. д. с. осуществляется по аналогичной схеме, но вместо токовой катушки РП, подключенной последователь­ но со ступенью противовклю­ чения, параллельно ей подклю­ чается катушка реле напряже­ ния РП. В момент размыкания, например, контактов В и замы­ кания контактов Я в цепи рото­ ра двигателя будет наблюдаться

увеличение частоты тока, а следовательно, и увеличение э. д. с. на­ столько, что реле РП сработает и разомкнет свои размыкающие

ния частота вращения и частота тока в роторе будут уменьшать­ ся и, если своевременно не отключить питание статора, реле РП может снова замкнуть свои контакты в цепи катушки контак­ тора Я.

Очень плавное торможение асинхронных двигателей достига­ ется применением тормозного генератора вихревых токов. В этом случае генератор обеспечивает плавную остановку без инерцион­ ных колебаний, так как при частоте вращения двигателя, близкой к нулю, тормозной момент генератора уменьшается и окончатель­ ная остановка без толчков осуществляется механическим тор­ мозом.

Реверсирование можно рассматривать как сумму двух про­ цессов: торможения до остановки и разгона двигателя в противо­ положную сторону. Автоматизация этих процессов уже была рас­ смотрена. Следует только оговорить, что для редко реверсируе­

жение, которое характеризуется значительно меньшими потерями.

79