книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие

ление самоток при любом токе также остается неизменным, можно написать:

Сократив на R и исключив АР0, получим выражение для опреде­ ления эквивалентного тока:

Таким образом, по известной нагрузочной диаграмме определяют эквивалентный ток. Двигатель будет правильно выбран по нагреву, если соблюдено условие:

В практике расчета электроприводов нагрузочная диаграмма бывает обычно задана изменением не тока, а момента от времени. В этом случае вместо тока используют эквивалентный момент:

Двигатель выбирают по условию:

где Л1Н— номинальный момент двигателя.

В случае незначительного изменения скорости вращения в процессе работы вместо эквивалентного момента используют эквивалентную мощность, полагая, что развиваемый двигателем момент и мощность на валу пропорциональны друг другу:

+ ■■■+ Рп{п.

(17-28)

. - V *

Во всех случаях выбора двигателя производят проверку на пере­ грузочную способность:

где Мшах — максимальный момент по графику нагрузки; Ак — кратность максимального момента.

Во многих случаях все перемежающиеся и дополнительные повтор,- но-кратковременные режимы работы двигателей по конечным значениям температуры нагрева отдельных частей могут быть сведены к трем основным номинальным режимам работы. Поэтому массовый выпуск двигателей общепромышленного назначения производят в основном для продолжительного, повторно-кратковременного и кратковремен­ ного режимов работы.

240

В электроприводах сельскохозяйственного производства в настоя­ щее время наибольшее распространение имеют двигатели, предназна­ ченные для продолжительного режима работы. Реже применяют двига­ тели для повторно-кратковременного режима, а двигатели других режимов практически не используются.

Определение мощности двигателя при продолжительном режиме работы. Наиболее просто выбирают двигатель для продолжительного номинального режима. С постоянной нагрузкой работают электро­ приводы вентиляторов, насосов, токарных станков, ленточных транспортеров с постоянной нагрузкой и ряд других машин. Выбор мощности двигателя производят по заданной нагрузке с учетом к. п. д. машины и трансмиссии:

ЧмПг '

Например, мощность двигателя для привода вентилятора:

где Q — производительность вентилятора, м3/с; Н — напор вентилятора Н/м2;

Чв, Чт — к. п. д. вентилятора и передачи.

Выбор мощности двигателя для продолжительного режима с пере­ менной нагрузкой по величине наибольшей нагрузки машины влечет за собой превышение мощности и недоиспользование двигателя. В этом случае применяют обычно способ эквивалентных величин.

Выбор мощности двигателя при повторно-кратковременном режиме.

При многократном повторении циклов в двигателе наступит установив­ шееся тепловое состояние, и перегревы частей двигателя в начале и в конце каждого цикла будут одинаковыми. Заводы выпускают спе­ циальные двигатели для повторно-кратковременного режима работы, рассчитанные на стандартные продолжительности включения 15, 25, 40 и 60% с длительностью цикла не более 10 мин. Часто расчетная продолжительность включения отличается от стандартной, тогда пере­ счет допустимой мощности производят по упрощенной формуле:

где ПВ1 — действительная продолжительность включения по графику нагрузки;

ПВ2 — стандартная ПВ.

Если в нагрузочной диаграмме заданы величины моментов, то сна­ чала находят эквивалентный момент без учета продолжительности пауз, а затем — эквивалентную мощность:

„Мчп

Ps~955Ö'

где п — скорость вращения двигателя, об/мин.

241

Определение мощности двигателя при кратковременном режиме рабо­ ты. При кратковременном режиме работы двигателя мощность двига­ теля определяют, полагая, что наибольшая предельно допустимая температура в конце рабочего периода будет равна установившейся температуре при продолжительной работе с номинальной нагрузкой.

При отсутствии двигателей кратковременного режима работы иногда используют двигатели, предназначенные для повторно-кратко­ временного режима. В этом случае считают, что продолжительности

Выбираем двигатель для повторно-кратковременного режима с бли­ жайшей номинальной мощностью, равной 4,0 кВт, и, проверяем его на перегрузочную способность:

При отсутствии двигателя для повторно-кратковременного режима можно взять двигатель для продолжительного режима.

Контрольные вопросы

1.Что такое рабочая температура изоляции электродвигателей?

2.Какая существует связь между номинальной мощностью двигателя, рабочей температурой изоляции и температурой окружающей среды?

3.Что такое постоянная времени нагрева двигателя?

4.Почему постоянные времени нагрева и охлаждения одного и того же двига­ теля имеют различное значение?

5.Как определяют продолжительность включения и режим работы электро­ двигателя?

6.Для чего определяют^эквивалентные величины тока, момента и мощности электродвигателей?

7.Как по известной величине эквивалентного тока выбирают двигатель?

242

18. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

18.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Понятие управление электроприводами включает в себя операции по осуществлению пуска, торможения, регулирования скорости вра­ щения, реверсирования и отключения электроприводов.

При автоматическом управлении электроприводами используются релейно-контактные аппараты, электромашинные и магнитные уси­ лители, полупроводниковые управляемые вентили, электронно-ионные приборы и логические элементы. В последнее время все большее при­ менение находит программное управление, при котором работа меха­ низмов совершается в соответствии с заранее заданной программой при одновременном выборе рациональных режимов.

Внедрение автоматического управления электроприводами создает необходимые условия для повышения производительности механизмов и улучшения качества продукции. При этом облегчаются условия труда рабочего, уменьшается расход электроэнергии и повышается надеж­ ность работы механизмов. Автоматизация упрощает обслуживание механизмов, дает возможность управлять ими дистанционно и позво­ ляет одному человеку управлять целой технологической линией или процессом.

18.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ. ИЗОБРАЖЕНИЕ И ОБОЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Для автоматического управления электроприводами применяются различные аппараты: контакторы, автоматы, реле, кнопки управ­ ления и т. д. Каждый из аппаратов управления состоит из отдельных элементов: контактов, электромагнитных катушек, устройств защиты и т. п., которые в схеме управления электроприводом выполняют определенные операции в необходимой последовательности. Сложность современных схем управления, имеющих большое количество отдель­ ных элементов, предъявляет определенные требования к изображению схем, которые должны легко читаться.

В схемах управления электроприводами можно выделить ц е п и г л а в н о г о т о к а (силовые цепи) и в с п о м о г а т е л ь н ы е ц е п и (цепи управления). Цепи главного тока, включающие силовые цепи электродвигателей и генераторов, вычерчиваются жирными линиями. Вспомогательные цепи, состоящие из катушек реле и кон­ такторов, блок-контактов, контактов реле, цепей защиты и сигнали­ зации и т. д., изображаются тонкими линиями.

Схемы управления подразделяются на принципиальные, развер­ нутые, или элементные, и монтажные. Н а п р и н ц и п и а л ь н ы х

243

управления асинхронным короткозамкнутым двигателем в однолиней­

схема и которые размещены на схеме для удобства чтения независимо от их действительного территориального расположения. Каждый элемент в развернутой схеме имеет свое условное графическое изобра­ жение; каждому аппарату в схеме присваивается буквенное обозна­ чение, которое указывает на назначение данного аппарата и сохра­ няется одинаковым для всех его элементов. Условные обозначения

244

наиболее употребляемых элементов схем управления показаны в при­ ложении.

Н а м о н т а ж н о й с х е м е аппараты изображаются в соот­ ветствии с территориальным расположением на панелях управления, в пультах, шкафах или внутри корпуса самого механизма с указанием внешних соединений. Разводка силовых и вспомогательных проводов изображается с указанием их марок, сечения и способов прокладки. На рис. 107, в приведена монтажная схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем с помощью магнитного пускателя.

На всех схемах электромагнитные аппараты изображаются в поло­ жении, когда на их катушки не подано напряжение. Переключающие аппараты показывают в отключенном положении, то есть при отсутствии воздействия на их рукоятки или кнопки. Такое положение аппаратов называется н о р м а л ь н ы м . Если на схеме элементы аппарата изобра­ жаются не в нормальном положении, то это должно оговариваться особо.

18.3. ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Автоматическое управление пуском электропривода наиболее просто осуществляется для асинхронного короткозамкнутого двигателя, так как оно здесь сводится к прямому включению двигателя на полное напряжение сети. Пуск других двигателей (постоянного тока и асин­ хронных двигателей с фазным ротором) производится постепенным выключением пусковых сопротивлений, регулирующих величину пускового тока в допустимых пределах. В этом случае, чтобы точно выдержать заданные условия пуска, система управления должна следить за ходом пускового процесса и своевременно выполнять выключение ступеней пускового реостата.

Рассмотрим, в функции каких величин можно осуществить автомати­ ческое управление пуском двигателя. На рис. 108 показана пусковая диаграмма двигателя постоянного тока с двумя ступенями пускового реостата. Из диаграммы следует, что выключение ступеней реостата должно происходить при определенной скорости двигателя (сщ и ш2). определенной величине тока (/2) и через определенные промежутки времени (tx и /2). Поэтому управление пуском двигателя может быть осуществлено: 1) в функции скорости; 2) в функции тока; 3) в функции времени.

Управление пуском в функции скорости. Управление в функции скорости требует наличия устройства, контролирующего скорость вращения электродвигателя. В качестве такого устройства может быть использован тахогенератор, соединенный с валом двигателя. Однако наличие тахогенератора усложняет схему, ипоэтому измерение скорости обычно выполняется косвенным методом, то есть измерением (фикси­ рованием) других параметров, однозначно связанных со скоростью. Для двигателей постоянного тока таким параметром является э. д. с. якоря, а для асинхронных двигателей с фазным ротором — частота тока роторной цепи.

245

На рис. 109 изображена схема автоматического пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции э. д. с. Е.

первую ступень пускового сопротивления. Таким же образом сработает контактор КУ2 при достижении двигателем скорости вращения со2. Будет зашунтирована вторая ступень пускового реостата, и двига­ тель выйдет на естественную характеристику. Пуск будет закончен.

246

Поскольку напряжение на катушках контакторов ускорения равно сумме э. д. с. двигателя и падения напряжения на якоре, то

напряжение срабатывания контакторов может быть определено по формулам:

Недостатком схемы является разное напряжение срабатывания, на которое должны быть настроены контакторы ускорения, и низкая точность срабатывания контакторов. Поэтому обычно на место кон­ такторов ставятся промежуточные реле напряжения, уставки которых настраиваются по выражению (18-1), а контакторы ускорения вклю­ чаются блок-контактами реле напряжения.

Автоматический пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

вфункции скорости основан на том, что между частотой тока ротора /2

искоростью его вращения существует зависимость:

Любой скорости ротора со, при которой должно произойти выклю­ чение определенной ступени пускового реостата, соответствует опре­ деленная частота /2. Применение реле частоты, включаемых в цепь ротора асинхронного двигателя, позволяет осуществить своевременное выключение ступеней пускового реостата. Уставки срабатывания реле частоты могут быть определены по выражению (18-2) путем под­ становки в него скорости со, равной скорости переключения сох или ю2.

до /2 (тока переключения). Величина тока К определяется требуемым пусковым моментом и лежит в пределах допустимого тока двигателя. По мере увеличения скорости двигателя его ток снижается. Когда он достигнет величины / 2, произойдет выключение части пускового сопротивления, и ток снова возрастет до значения І ѵ Ток переключе­ ния / 2 выбирают из условия получения в приводе необходимого уско­ рения, поэтому его величина должна быть всегда выше тока / уст, опре­ деляемого моментом сопротивления.

Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции тока показана на рис. ПО. Управляющие пуском токовые реле РУ1 и РУ2 настроены таким образом, что их ток отпускания равен току переключения / 2. При включении линейного контактора КЛ катушки токовых реле РУ1 и РУ2 получают питание и размыкают свои контакты

вцепи контакторов ускорения КУ1 и КУ2. Пуск двигателя начинается

сполностью введенными сопротивлениями. При этом контакт блоки­ ровочного реле РБ не позволяет контакторам ускорения включиться сразу после включения контактора КЛ, так как блокировочное реле РБ выбирается с несколько большим собственным временем срабатыва­

247

ния, чем время включения токовых реле РУ1 и РУ2. При снижении тока до величины / 2 реле РУ1 отпускает свой якорь и закрывает контакт в цепи контактора ускорения КУ1, который шунтирует первую

на естественную характеристику, и пуск заканчивается.

Для того чтобы не происходило одновременное отпускание токовых реле РУ1 и РУ2 при первом снижении тока и соответственно одновре­ менное шунтирование обеих ступеней реостата, ток отпускания реле

времени связано с отсчетом времени, через которое надо зашунтировать определенную ступень пускового реостата. На диаграмме (см. рис. 108) это интервалы времени ty и /2. Отсчет времени в схемах автоматического управления электроприводами выполняется с помощью реле времени.

В электроприводах переменного тока обычно применяют маят­ никовые реле времени, а для управления приводами постоянного тока — электромагнитные реле времени. Электромагнитные реле создают выдержку времени только при отпускании за счет постепен­ ного исчезновения тока в замкнутой накоротко обмотке. Закорачива­ ние обмотки осуществляется контактами других аппаратов схемы управления. Существуют также электромагнитные реле с медной гиль­ зой на сердечнике, в которых нет необходимости закорачивать обмотку.

На рис. 111 показан один из вариантов схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции времени с использованием двух электромагнитных реле времени, одно из которых имеет гильзу

248

(реле РВ1). Для получения выдержки времени реле РВ2, не имеющим гильзы, его катушка подключена параллельно сопротивлению первой ступени реостата. Шунтирование ступени реостата контактором уско­ рения КУ1 приводит одновременно к закорачиванию обмотки реле, которое с этого момента начинает отсчет времени.

При пуске двигателя размыкающий блок-контакт КЛ снимает напряжение с реле РВ1, которое с выдержкой времени 4 (см. рис. 108)

функции скорости и тока является то, что процесс пуска при колебании момента сопротивления протекает

с одинаковыми токами. При этом обеспечивается правильный пусковой режим двигателя и исключается его перегрузка по току. Однако чрез­ мерное увеличение момента сопротивления или глубокое снижение сетевого напряжения могут привести к продолжительной работе двигателя на реостатной характеристике и выходу из строя пусковых сопротивлений.

Управление пуском в функции времени свободно от этого недо­ статка, так как независимо от величины момента сопротивления и напряжения сети реле времени отсчитают расчетные выдержки времени, произведут необходимые переключения, и двигатель выйдет на есте­ ственную характеристику. Но при этом в случае переменного момента сопротивления процессы пуска будут происходить по-разному. Если момент сопротивления будет меньше расчетного значения, то каждый последующий бросок тока после шунтирования ступени реостата будет меньше предыдущего; при моменте сопротивления больше рас­ четного каждый последующий бросок тока больше предыдущего.

249