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

первой пусковой характеристике (рис. 112) можно определить по фор­ муле, вытекающей из уравнения движения электропривода.

Время разгона сериесных и компаундных электродвигателей опре­ деляют точно так же. Если статический момент при пуске изменяется, то пользоваться формулами (138) нельзя; нужно определить время разгона на каждой характеристике по фор­

Выбор поплавкового реле и реле давления производится по напря­ жению цепи управления и по крайним предельным значениям уставок (по уровню — для поплавкового реле и по давлению — для реле дав­ ления).

Тепловые реле выбираются по номинальному току защищаемой це­ пи и коммутационной способности контактов.

Выбор сопротивлений производится по следующим параметрам: допускаемой силе тока, режиму работы и величине омического сопро­ тивления.

Рассмотрим приближенные расчеты по определению сопротивлений.

▲. Расчет пусковых резисторов

Расчет пусковых сопротивлений состоит в опре­ делении числа ступеней пускового сопротивления и величины каждой из них в омах. При расчете исходят из мощности электропривода, его режима работы, статической нагрузки при пуске, допустимой перегру­ зочной способности и других факторов, влияющих на работу электро­ двигателя при разгоне. Для шунтового электродвигателя расчет можно выполнить графическим или аналитическим путем. Для этого нужно задаться числом пусковых ступеней т. Рекомендуемое количество

ступеней пускового сопротивления приведено в табл. 6.

190

Т а б л и ц а 6

Затем следует задаться величиной пускового или переключающего момента. Если предусматривается формированный пуск (для электро­ приводов повторно-кратковременного или кратковременного режима), то сначала выбирают величину пускового момента. Обычно его прини­ мают близким к предельно допустимому— порядка 250% и больше. При нормальном пуске (электроприводы длительного режима), когда продолжительность разгона не играет роли, задаются переключа­ ющим моментом. Он должен быть на 10— 20% больше статического момента.

Для шунтового двигателя при аналитическом расчете величины пусковых сопротивлений различных ступеней т определяются выраже­

ниями:

где

(141)

Л4П

Для расчета пускового сопротивления сериесных и компаундных электродвигателей применяют графоаналитический метод, основанный на свойстве характеристик этих электродвигателей — при неизмен­ ном токе разность между частотами вращения при работе на естествен­ ной и на любой из искусственных характеристик пропорциональна добавочному сопротивлению, включенному в цепь якоря во время работы на этой искусственной характеристике.

Для расчета пускового сопротивления фазного электродвигателя применяют метод лучевой диаграммы. Этот метод основан на следу­ ющем положении: если пересечь механические характеристики фазного электродвигателя двумя прямыми, параллельными оси ординат, и про­ вести через точки пересечения этих прямых с каждой характеристи­ кой прямые, то последние пересекутся в одной точке, лежащей на прямой, параллельной оси абсцисс, ордината которой равна синхрон­ ной частоте вращения электродвигателя.

191

Расчет выполняют следующим образом. Имея естественную характе­ ристику фазного электродвигателя и зная активное сопротивление од­ ной фазы ротора R v, задаются числом пусковых ступеней (обычно т — = 2 ч- 3), пусковым моментом М п и переключающим М„- При этом М -nдолжен быть не более 0,85 М П!<. Затем строят лучевую диаграмму

При расчете пускового сопротивления короткозамкнутого электро­ двигателя определяющим является коэффициент а, показывающий,

во сколько раз нужно уменьшить ток при пуске через сопротивление по сравнению с током при прямом пуске. Очевидно, что для уменьше­ ния пускового тока в а раз нужно во столько же раз увеличить полное

сопротивление Z K каждой фазы статора неподвижного электродвига­ теля. Задача расчета состоит в том, чтобы найти такое активное сопро­ тивление R, при включении которого в цепь статора будет выполнено

предыдущее условие. Для этого сначала нужно по техническим данным электродвигателя, взятым из каталога, определить ZK. При соединении фаз звездой

где UB— номинальное линейное напряжение сети, В;

/ п — пусковой ток в цепи статора при прямом пуске, А. Пусковой ток указывается в каталогах непосредственно или в виде

кратности пускового тока kt = у1. Затем нужно определить величину

coscpK— коэффициент мощности при коротком замыкании (при прямом пуске). В каталогах эта величина не приводится. С достаточной для

192

практики точностью ее можно определить по одной из следующих формул:

Все величины, входящие в эти формулы (кроме у), приводятся в катало­

гах электродвигателей. Коэффициент распределения потерь в электро­

Наконец, зная R и ZK, можно найти индуктив­

ное сопротивление той же фазы статора при прямом пуске:

точку D. Отрезок BD в принятом при постро­

ении масштабе дает искомую величину R s . Треугольник ACD — это

Задаваясь величиной а, нужно помнить, что пусковой момент элек­ тродвигателя при включении пускового сопротивления R n уменьшает­ ся в а2 раз. Поэтому предварительно следует проверить, выполняет­

ся ли условие ^ > М с, где М„ — пусковой момент при прямом пус­

ке, а М с — статический момент. Для уменьшения длительности пуска

разность между величинами, указанными в неравенстве, должна быть по возможности больше. В связи с этим не следует без особой необхо­ димости принимать большое значение а.

Б. Расчет тормозных резисторов

Сопротивление динамического торможения для шунтовых электродвигателей определяют исходя из условия создания наибольшего тормозного момента при токе, допустимом по условиям коммутации. При этом'считают, что торможение начинается с наиболь-

шей возможной частоты вращения, т. е. при наибольшей э. д. с. Для упрощения расчета полагают, что эта э. д. с. равна напряжению сети, иначе говоря, принимают, что торможение начинается с частоты вра­ щения идеального холостого хода. В этом случае искомое сопротивле­ ние равно

При расчете тормозных сопротивлений для компаундного и сериесного электродвигателей считают, что динамическое торможение элект­ ропривода начинается c/fmax, соответствующей минимально возможной

Сопротивление противотока для шунтовых электродвигателей опре­ деляют исходя из тех же положений, какие были приняты при выборе сопротивления динамического торможения:

где R n — пусковое сопротивление, включаемое в цепь якоря при тор­

можении.

Для серпесных и компаундных электродвигателей эта формула приобретает другой вид, так как торможение начинается с //niilx:

U,i + (Uii-ki/,,/?„)

где R п — пусковое сопротивление, включаемое в цепь ротора при тор­

можении.

В. Расчет резисторов в цепях возбуждения

Для расчета регулировочного сопротивления, включенного в цепь возбуждения электродвигателя, необходимо знать его кривую намагничивания для серии электродвигателей, изображен­ ную на рис. 115. По этой кривой I можно построить характеристику

194

п = f (гn) — кривая 2, если пренебречь падением напряжения в обмот­

ке якоря при регулировании. В этом случае, согласно уравнению (20), частота вращения обратно пропорциональна потоку возбуждения. При­ нятое допущение, а также пренебрежение влиянием реакции якоря приводят к отклонениям, приемлемым в практических расчетах. При расчете задаются птах%, которую нужно получить при регулировании, и находят по кривой 2 соответствующий этой частоте вращения мини­ мальный ток возбуждения iu Затем fie­

ляемое по условиям нагрева.

Величину разрядного сопротивления, включаемого для уменьше­

По формулам (154) и (155) определяются также величины экономи­ ческих и разрядных сопротивлений катушек электромагнитных аппа­ ратов, включаемых в цепь управления.

§ 47. Особенности включения контакторов в схемы силовых цепей электродвигателей

Под силовой цепью подразумевается цепь якоря электродвигателя постоянного тока и цепи статора и ротора асинхрон­ ного электродвигателя. При релейно-контактном управлении в силовые цепи включают в различных комбинациях сопротивления и главные контакты линейных контакторов, контакторов ускорения, торможения,

направления и частоты вращения (последнее при управлении много­ оборотными короткозамкнутыми электродвигателями). Рассмотрим раз­ личные способы включения этих элементов.

Ступени пускового сопротивления электродвигателей постоянного тока обычно соединяют последовательно, хотя возможно п параллель­ ное соединение. Главные контакты контакторов ускорения могут быть соединены между собой последовательно, как па рис. 116, а, и парал­ лельно, как на рис. 116, б. В первом случае все контакты должны быть

U7

' сз

Рис. 116. Схемы соединения пусковых сопротивлений и контактов контакторов ускорения:

а — последовательное; б — параллельное; а, е, ж — симметричное; г — несимметричное; д — полным треугольником

196

одной величины, соответствующей номинальному току электродвигате­ ля. Во втором случае, после срабатывания контактора ЗУ, шунти­ рующего все пусковое сопротивление, контакторы 1У и 2У можно от­

ключить. Так как процесс пуска протекает кратковременно, эти кон­ такторы по условиям нагрева могут быть выбраны меньшей величины, чем длительно включенный на все время работы электропривода кон­ тактор ЗУ. Кроме того, они могут быть без дугогаептельных устройств,

так как этим контакторам не приходится отключать ток главной цепи. Вместе с тем в первом случае при приваривании контактов любого из

контактов 2У приведет к пуску с двумя зашунтированными ступенями, а приваривание контактов З У — к прямому пуску электродвигателя.

Поэтому при параллельном включении контактов контакторов ускоре­ ния приходится применять электрическую блокировку, исключа­ ющую возможность пуска электродвигателя, если контакты хотя бы одного контактора приварились.

Последовательное включение контактов контакторов ускорения применяется при управлении электроприводами повторно-кратковре­ менного режима, поскольку последние могут сравнительно долго рабо­ тать на любой ступени пуско-регулировочного сопротивления. В этом случае все контакторы должны быть одной величины и с дугогашением независимо от способа соединения их контактов, а необходимость в указанной блокировке отпадает. Для электроприводов длительного режима экономичнее применять параллельное включение контактов контакторов, так как это приводит к уменьшению стоимости и га­ баритов станции управления и снижает потери энергии па питание катушек, контакторов промежуточных ступеней.

Пусковые сопротивления фазных электродвигателей включают в цепь ротора, во все фазы и соединяют по схеме звезды. Отдельные сту­ пени в каждой фазе соединены при этом последовательно. Встречается симметричное и несимметричное включение сопротивлений (рис. 116, б и а). Второй способ применяют в контроллерных схемах. Контакты контакторов ускорения обычно соединяют по схеме неполного треуголь­ ника (см. рис. 116, б), что дает возможность применять двухполюсные контакторы. Иногда контакты соединяют полным треугольником, хотя для этого нужны трехполюсные контакторы (рис. 116, д). Такой

способ соединения применяют, если вследствие уменьшения тока, про­ текающего через каждый из контактов, становится возможным вы­ брать контакторы меньшей величины по сравнению с теми, какие нужны для того же электропривода при соединении контактов непол­ ным треугольником.

Пусковое сопротивление асинхронных короткозамкнутых электро­ двигателей включают во все фазы обмотки статора симметрично. Кон­ такты линейного контактора и контактора ускорения можно включить по схеме, показанной на рис. 116, е, но чаще их соединяют по схеме, приведенной на рис. 116, ж. Это дает возможность включать контактор Л после срабатывания контактора У. Первый может быть меньшей ве­

личины, чем последний, поскольку он работает кратковременно —

197

только во время пуска. В связи с таким построением схемы линейным обычно называют второй контактор, тот, который работает длительно (буквенные обозначения в скобках).

Для реверса электродвигателей постоянного тока главные контакты контакторов направления В и И соединяют в так называемый реверсив­

ный четырехугольник, в диагональ которого включают якорь электро­ двигателя. Этот четырехугольник может быть создан двумя двухпо­ люсными контакторами (рис. 117, «), двумя однополюсными двусторон­ ними контакторами (рис. 117, и) или четырьмя однополюсными контак­

торами (рис. 117, е). В последнем, наиболее распространенном случае катушки одноименных контакторов 1В и 2В, 1Н и 2Н соединяют па­

раллельно, и контакторы срабатывают одновременно. Применение пер­ вых двух схем ограничено но­

ты включаемых контакторов одного направления успели замкнуться раньше, чем погасла дуга на контактах выключенных контактов вто­ рого направления. Это приведет к короткому замыканию в сети. Сопро­ тивления же, помещенные вне контура, ограничат ток короткого замыкания.

В силовых цепях реверсивных электродвигателей переменного тока могут применяться два трехполюсных контактора (рис. 118, а) , пять однополюсных (рис. 118, б), три двухполюсных (рис. 118, ё) и два двух­ полюсных (рис. 118, г). Наиболее распространена первая схема. Она

обеспечивает отклонение всех фаз статора при обесточивании катушек контакторов. Вторая схема применяется, если катушки контакторов предназначены для питания постоянным током, — контакторы посто­ янного тока, рассчитанные на большие токи, обычно однополюсные. Недостаток схемы состоит в том, что при обрыве в цепи любой из кату­ шек электродвигатель работает на двух фазах. Третья схема лишена этого недостатка и равноценна первой, так как при отключении ли­ нейного контактора Л обычно обесточиваются и контакторы направле­

ния. Четвертая схема часто применяется для управления палубными электроприводами. Преимущество ее перед предыдущей — меньшее количество контакторов, но зато при отключении их одна фаза элек­ тродвигателя остается под напряжением, что создает неудобства.

198

Судовые многоскоростные асинхронные короткозамкнутые электро­ двигатели серии МАП имеют две независимые статорные обмотки — тихоходную и быстроходную (рис. 119). При раздельном подключении к сети этих обмоток электродвигатель работает с разными частотами

Рис. 118. Схемы соединения контактов контакторов направления вращения (переменный ток):

а — с двумя трехполюсными контакторами; б — с пятью однополюсными; в — с тремя трех- (1олюснымИ; г — с двумя двухполюсными

вращения: малыми и большими. Тихоходную обмотку подключает кон­ тактор первой скорости 1C, а быстроходную — контактор второй ско­ рости 2С (рис. 119, а). В качестве контакторов скорости применяют как

трехполюсные, так н двухполюсные аппараты. В последнем случае их контакты включают в разные фазы так, чтобы они обеспечивали сов-

Рнс. 119. Схемы соединения контактов, контакторов скорости и обмоток асин­ хронных короткозамкнутых электродвигателей серин МАП:

а, б — двухскоростиых; в — трехскоростных

местно с контактами контакторов направления или линейного контактора возможность отключения от сети всех трех фаз обеих обмоток элек­ тродвигателя. В приведенной схеме могут быть два варианта переклю­ чения скоростей. В первом случае сначала выключается один из контак­

199