книги из ГПНТБ / Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. Устройство и эксплуатация учебник

А . П у с к в ф у н к ц и и э. д . с.

При этом способе автоматизации частоту враще­ ния разгоняющегося электродвигателя контролируют по изменению его э. д. с.

ротивления Рх — Р 2— Р 3. По мере разгона электродвигателя по ха­ рактеристике 1 (рис. 103, б) увеличивается э. д. с. якоря и напряже­ ние на клеммах катушек контакторов 1У и 2У. При определенной частоте вращения пх последнее становится равным уставке первого

контактора:

сопротивления Рх — Р 2. Разгон электродвигателя продолжается по характеристике 2. При достижении им частоты вращения п2 э. д. с.

2У ступень сопротивления Р 2 — Р 3. Электродвигатель' продолжает

180

разгон по естественной характеристике 3 и достигает частоты вращения

п.сз, соответствующей статической нагрузке на валу / с. Рассмотренный метод пуска очень прост, требует минимального

количества аппаратов управления, но имеет вместе с тем существен­ ные недостатки.

1.Возможность одновременного срабатывания контакторов ускоре­ ния при их даже небольшой разрегулировке, поскольку разница напряжений уставок невелика. Это ведет к недопустимому увеличению пускового тока.

2.Пуск электродвигателя при повышенном напряжении сети вы­ зывает прогрессивное увеличение пиков тока по мере выключения сту­ пеней пускового сопротивления.

3. Пуск электродвигателя при пониженном напряжении сети или

сувеличенным моментом статического сопротивления может привести

кслучаю, когда какой-либо из контактов ускорения не сработает, электродвигатель будет работать с включенным пусковым сопротивле­ нием. Последнее перегреется и сгорит, так как оно не рассчитано на дли­ тельный режим работы.

4.Регулировка катушек контакторов ускорения на ту или иную величину напряжения срабатывания не учитывает фактора нагрева их. В то же время изменение температуры влечет за собой изменение сопро­ тивления и тока катушки контактора. В результате работа схемы пуска электродвигателя при катушках контакторов ускорения холодных или нагретых будет соответствовать случаям пуска при повышенном и по­

ниженном напряжении сети.

Б. Пуск в функции тока

Этот способ пуска отличается от предыдущего тем, что контроль за частотой вращения электродвигателя здесь ве­ дется не по э. д. с., а по току якоря.

Схема пуска электродвигателя постоянного тока в функции тока приведена на рис. 104. В приведенной схеме контроль затоком осущест­ вляется при помощи двух минимальных реле тока, которые играют роль реле ускорения — 1РУ и 2РУ. Они воздействуют на контакторы уско­ рения 1У и 2У. В схеме участвуют также два реле напряжения — про­ межуточные реле 1РП и 2РП.

При нажатии на пусковую кнопку срабатывает контактор Л и пода­

ет главными контактами ток на цепь якоря электродвигателя, а блокконтактом — на реле 1РП. По главной цепи проходит пусковой ток, ограниченный сопротивлением Р1 — РЗ. Из-за этого срабатывает реле 1РУ и размыкает свой контакт, причем раньше, чем успевает зам­ кнуться контакт 1РП в той же цепи. По мере разгона электродвигате­

ля пусковой ток снижается. -Когда он достигает заданного тока пере­ ключения, на который настроено реле 1РУ, последнее отпускает свой якорь и замыкает контакт 1РУ. Вследствие этого срабатывает контак­ тор 1У и шунтирует своим главным контактом ступень сопротивления

181

PI — P2. Одновременно он замыкает свой блок-контакт и подает на­ пряжение на катушку 2РП'. В результате выключения части пускового

сопротивления в цепи якоря возникает второй толчок пускового тока, из-за которого срабатывает реле 2РУ. Оно размыкает свой контакт раньше, чем замыкается контакт 2РП. По мере дальнейшего разгона

электродвигателя пусковой ток снова снижается. Когда он уменьшает­

шенной нагрузке на валу, окажется больше, чем ток уставки реле. Оно не от­ пустит якорь, контактор ускорения не сработает, и пусковые сопротивления через некоторое время перегорят. Дру­ гой недостаток этого метода заключает­

ся в сравнительно сложной и громоздкой схеме— здесь на каждый контактор ускорения приходится по два реле, одно из которых — про­ межуточное — необходимо только для того, чтобы не допустить прежде­ временного срабатывания контактора ускорения.

В. Пуск в функции времени

Принцип пуска в функции времени широко рас­ пространен в судовом электроприводе. Сущность принципа заклю­ чается в том, что последовательность пусковых операций подчинена строго установленному графику времени и не зависит ни от изменения частоты вращения электродвигателя, ни от изменения тока в главной цепи. Управление пуском в функции времени иначе называется управ­ лением с независимой выдержкой времени.

Пуск в функции времени осуществляется при помощи реле времени или контакторов с выдержкой времени (таймтакторов).

Схема пуска в функции времени электродвигателя постоянного тока показана на рис. 105, а соответствующая ей пусковая диаграмма и график изменения тока — на рис. 106. В данной схеме выдержки време­ ни создаются двумя электромагнитными реле времени, играющими

182

здесь роль реле ускорения, 1РУ и 2РУ. Оба они включены по перво­

му из способов, указанных в § 35, т. е. выдержки времени у них по­ лучаются при обесточивании катушек.

При подаче напряжения получает питание катушка 1РУ, и реле

размыкает свой контакт. Это называется подготовкой схемы. Затем включают контактор Л. На­

нагрузку, успел за это время разогнаться до частоты вращения /гх и что­ бы его пусковой ток / п упал в связи с этим до величины принятого в расчете переключающего тока /„.

Рис. 106. Пусковая диаграмма (а) и график изменения тока (б) при пуске шунтового электродвигателя в функции времени с нормаль­ ной и повышенной нагрузкой

В результате замыкания контакта 1РУ получает питание катушка контактора ускорения 1У. Контактор срабатывает и шунтирует глав­ ным контактом ступень сопротивления Р1 — Р2. Электродвигатель

183

переходит на искусственную характеристику 2 и продолжает разгон. Размыкающийся блок-контакт 1У при срабатывании контактора обес­ точивает катушку 2РУ. По истечении выдержки времени L этого реле,

определенной таким же образом, как выдержка времени первого реле, контакты 2РУ замыкаются. Этим включается второй контактор уско­ рения, который шунтирует своим главным контактом 2У ступень со­ противления Р2 — РЗ и выводит электродвигатель на естественную ха­ рактеристику 3 при частоте вращения /?„. Процесс пуска заканчивается,

когда электродвигатель достигает частоты вращения /гс.

На рис. 107 показана схема пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Автоматизация пуска осуществлена при помощи реле

его контакты замыкаются и подают питание на катушку У. Кон­ тактор срабатывает и шунтирует пусковое сопротивление.

Способ пуска электродвигателей в функции времени нашел широкое распространение благодаря присущим ему положительным качествам.

1. При пуске с повышенной нагрузкой электродвигатель не може застрять на пониженной частоте вращения с включенным в цепь якоря пусковым сопротивлением, как это может иметь место при пуске в функ­ ции тока или э. д. с. В то же время часто в эксплуатации пуск двигателя проходит в тяжелых условиях, вызываемых застыванием смазки в под­ шипниках механизмов, обледенением шестерен и т. д. Подобные явле­ ния могут иметь место в палубных механизмах. При пуске в функции времени контакторы ускорения включаются в определенной последо­ вательности с выдержкой времени независимо от тока нагрузки. Если момент, развиваемый двигателем при включенном в цепь якоря пуско­ вом сопротивлении,меньше момента сопротивления, двигатель не нач­ нет разгоняться, но контакторы ускорения независимо от этого после установленной выдержки времени будут срабатывать, шунтируя ступе­ ни пускового сопротивления. Ток двигателя будет возрастать до тех пор, пока момент вращения не превысит момента сопротивления и двигатель не начнет разгоняться либо ток возрастает до такой величины, что сра-

184

батывает максимальная защита. В последнем случае производится по­ вторный пуск для завершения разгона двигателя.

2. Колебания напряжения сети при пуске электродвигателя в функ ции времени практически не влияют на пусковую диаграмму, посколь­ ку выдержка времени контакторов и реле при этом почти не меняется.

К недостаткам способа пуска в функции времени можно отнести зависимость выдержки времени от температуры втягивающих катушек, что в некоторых случаях нежелательно.

§ 45. Автоматизация торможения электроприводов

При автоматическом и полуавтоматическом управлении электродвигателями используются в основном динамичес­ кое торможение, торможение противовключением и реже рекуператив­ ное.

Автоматизация динамического торможения шунтового электродви­ гателя состоит в том, что в момент отключения электродвигателя от сети аппараты управления автоматически присоединяют параллельно якорю сопротивление динамического торможения, а затем отключают его, чтобы при новом пуске электропривода оно в схеме не участ­ вовало. Его можно отсоединить сразу после окончания процесса тор­ можения или перед новым пуском.

Схемы автоматизации торможения изображены на рис. 108. В пер­ вой схеме (рис. 108, а) наряду с аппаратами, описанными выше, при­ менены контактор торможения Т и реле торможения РТ, являющееся

минимальным реле напряжения. Во время работы электродвигателя блок-контакт Л в цепи катушки Р Т разомкнут. При нажатии на кнопку КнС — «стоп» катушка Л обесточивается, контактор отключает якорь

185

электродвигателя от сети и подает своим замкнувшимся блок-контактом питание на катушку РТ. Так как э. д. с. электродвигателя в этот момент велика, реле срабатывает и замыкает свой контакт в цепи катушки Т.

Контактор срабатывает и своим контактом подключает к якорю тормоз­ ное сопротивление СТ. Начинается динамическое торможение электро­

двигателя. Когда его частота вращения снижается почти до нуля, на­ пряжение на зажимах катушки Р Т уменьшается и оно отпускает свой якорь. Контакты Р Т размыкаются, контактор Т отключается, и схема

готова к новому пуску.

Здесь автоматизация выполнена в функции э. д. с. Ее можно выпол­ нить и в функции времени (рис. 108, б). При пуске блок-контакты Л

Рис. 109. Схема автоматизации динамического торможения асинхронного короткозамкнутого электродвигателя

размыкают цепь катушки Т и подают питание на катушку Р Т — в данном случае это реле времени. Контакт РТ замыкается. При обес­ точивании катушки линейного контактора блок-контакт Л замыкает­ ся и подает напряжение на катушку Т. Начинается торможение. Второй блок-контакт Л отключает катушку РТ, но ее контакт размы­

кается не сразу, а через выдержку времени, достаточную для того, что­ бы торможение закончилось.

Автоматизация динамического торможения нереверсивного асин­ хронного электродвигателя заключается в том, что в момент отключе­ ния электродвигателя от сети на статорную обмотку подают постоян­ ный ток, а после окончания торможения отключают его. Последняя операция чаще всего автоматизируется в функции времени. Соответ­ ствующая схема показана на рис. 109. Она действует точно так же, как схема на рис. 108, б. Блок-контакт Т в цепи катушки Л осуществляет

блокировку, не допускающую пуск электродвигателя во время торможе­ ния, когда по его обмоткам протекает постоянный ток.

Автоматизация торможения реверсивного электродвигателя посто­ янного тока методом противовключения состоит в том, что при тормо­ жении в цепь якоря вводится сопротивление противотока, а по оконча­ нии торможения оно из этой цепи выводится.

186

На рис. ПО приведены элементы схемы управления торможением реверсивного двигателя постоянного тока. Включение и отключение ступени противовключеппя г1[В производится в функции э. д. с. (скорос­ ти) с помощью двух реле противовключения РПВ и РПН электро­

магнитного типа и контактора противовключения Я. Элементы управ­ ления пуском и реверсом электродвигателя на схеме не показаны.

При работе электродвигателя, например, «вперед» замкнутся кон­ такты 1В и 2В в главной цепи. Блок-контакт 1В замыкает цепь питания реле противовключения РПВ.

Якорь РПВ притянут, и кон­

такт реле в цепи контактора

Язамкнут, что обеспечивает замкнутое состояние контакта

Я, шунтирующего ступень сопротивления противовклю­ чения гпа.

При осуществлении ревер­ са прежде всего разомкнутся главные контакты 1В и 2В,

отключающие электродвига­

и катушку реле РПН. При этом на катушку РПН будет подано на­

пряжение

^ рп и ~ U н ’ Ппв,

где Дн — напряжение сети;

I — ток, идущий по сопротивлению.

Это напряжение меньше напряжения втягивания РПН, реле не сработает, вследствие чего катушка контактора КП будет обесточена и

контакт Я разомкнут. Таким образом, электродвигатель работает в ре­ жиме противовключения при введенном сопротивлении гпв.

По мере снижения частоты вращения электродвигателя ток / умень­ шается, а напряжение Ярпн на зажимах катушки реле РПН растет.

При частоте вращения двигателя, близкой к нулю, напряжение Дрпя достигает величины напряжения уставки реле РПН, реле срабатывает

и замыкает свой контакт. Катушка контактора Я получает питание, контактор срабатывает и шунтирует ступень сопротивления противо­ включения гпв.

187

При обратном реверсе, т. е. при переходе электродвигателя с хода «назад» па ход «вперед», действие схемы совершенно аналогично.

При обычном пуске остановленного двигателя сопротивление г11П сразу же шунтируется. Это обеспечивается тем, что напряжение втяги­ вания реле противовключения принимается ниже напряжения, полу­ чающегося на.катушке реле при неподвижном якоре электродвигателя.

Автоматизация торможения протнвовключеннем реверсивных фаз­ ных асинхронных электродвигателей предусматривает те же операции,

что и в описанном случае, но управление ступенью противотока, вклю­ ченной в цепь ротора, осуществляется здесь так называемым частотным реле или реле напряжения постоянного тока, питающимся через селе­ новый выпрямитель. В обоих случаях катушка реле подключена к фа­ зам ротора непосредственно или через выпрямитель.

Второй вариант схемы представлен на рис. 111. Схема действует аналогично предыдущей. Реле противотока РП Т срабатывает и раз­

контакт реле остается замкнутым. Промежуточное реле РП перед нача­ лом торможения обесточивает катушку П, а затем после срабатывания

второго контактора направления снова замыкает свой контакт. Однако к этому времени успевает разомкнуться контакт РПТ, и ступень про­

тивотока не выключается из цепи ротора, пока не закончится тормо­ жение.

188

Автоматизацию генераторного торможения многоскоростных асин­ хронных двигателей осуществляют при его остановке путем искусствен­ ного подключения обмотки статора на меньшую частоту вращения. Данный процесс изложен в § 19.

Применение генераторного торможения в этом случае облегчает работу электромагнитного тормоза.

§ 46. Выбор основных параметров аппаратуры в схемах автоматического управления электроприводами

В процессе эксплуатации возможна замена элек­ трических аппаратов и других элементов схем вследствие выхода последних из строя. Выбор параметра новой аппаратуры должен произ­ водиться таким образом, чтобы действие схемы не нарушалось, а элек­ тропривод после восстановления обладал теми же основными качест­ вами.

Выбор контакторов производится по роду тока; по количеству полюсов; по соответствию главных и вспомогательных контактов; по номинальной силе тока; по напряжению втягивающей катушки; по ком­ мутационной способности, которая характеризуется: наибольшим зна­ чением тока — предельная разрывная способность, наибольшим пиком тока— предельная способность включения и термическая устойчивость; по режиму работы (продолжительный, прерывисто-продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный).

Силовые контроллеры характеризуются номинальным током, на­ пряжением, числом цепей с дугогашением и без дугогашения и преде­ лом регулирования реле максимального, тока, если таковое входит в конструкцию контроллера.

Выбор командоаппаратов производится в зависимости от величины длительного тока, максимального допустимого тока включения, вели­ чины разрывного тока при индуктивной нагрузке, допустимой частоты включений в час, числа контактов, напряжения и исполнения. Конеч­ ные выключатели характеризуются также требуемым усилием нажатия на штифт или ролик.

Электромагнитные реле выбираются по числу контактов, роду тока, напряжению втягивающей катушки и коммутационной способности (току включения и отключения). Для реле максимального тока допол­ нительным критерием является предел регулирования уставки на ток срабатывания.

Реле времени характеризуется уставкой времени срабатывания. Для случая определения уставки реле времени при пуске нужно сначала найти время разгона электропривода на пусковых характери­ стиках. Если считать, что пуск шунтового электродвигателя происхо­ дит при неизменном статическом моменте М с, и принять во внимание

только механическую инерцию электропривода, то время разгона по

189