книги из ГПНТБ / Электрические подъемные установки учебное пособие для студентов горных вузов проф. В. Б. Уманский ; под редакцией Барамидзе К. М. 1960- 20 Мб

176 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

При генераторном торможении мы не имели возможности довести опускающийся груз до остановки. При торможении противотоком такая возможность имеется. Пусть груз опу­ скается со скоростью и.

Переведя рукоятку управления во второе положение, мы получаем увеличение тормозящего усилия, развиваемого дви­ гателем до величины О'Т (см. рис. 104).

Теперь развиваемая двигателем тормозящая сила больше силы, развиваемой опускающимся грузом FCT, на величину ST. Под действием этой разности система движется с замедлением

до остановки. С уменьшением скорости, соответственно харак­ теристике 2, уменьшается тормозящее усилие, уменьшается и

'замедление. Его можно увеличить, переставив рукоятку управ­ ления в третье положение (точка U).

В момент остановки машины двигатель должен быть отклю­ чен рт сети и включен тормоз, в противном случае после оста­ новки машина тотчас же снова придет в движение, но в обрат­

ном направлении и уже при двигательном режиме.

Работа на неустойчивой ветви характе­

ристики. Выше было показано, что при торможении про­ тивотоком необходимо пользоваться лишь теми характеристи­ ками, которые попадают в четвертый квадрант в своей устой­ чивой части. Это соотвествует положениям рукоятки управле­

ния, близким к среднему. Если машинист по ошибке переведет

рукоятку в положение противотока дальше, чем это допустимо, и попадет, скажем, на неустойчивую ветвь характеристики 7 (пунктир на рис. 104), то такая ошибка будет сопровождаться весьма большим броском тока.

Это ясно видно из круговой диаграммы асинхронного дви­ гателя (рис. 105). На этой диаграмме положение рукоятки управления (сопротивление, включенное в цепь ротора) опре­

замкнутому ротору. Для каждого положения рукоятки управ­ ления рабочие точки процесса, лежащие на круге слева от со­

ответствующей линии отдаваемой мощности, отвечают двига­ тельному режиму, а рабочие точки, расположенные справа от этой линии (отдаваемая мощность отрицательна), — режиму

■торможения противотоком. Из диаграммы видно, что режим

торможения противотоком может быть получен при любом по­ ложении рукоятки управления, но для всех положений после

178 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

тывание этого короткозамыкателя в случае применения проти­ вотока.

включающего контакторы короткозамыкателя, включены пере-

направления, и в переключателе направления замкнуты соот­ ветствующие пары контактов 1 — 1 и 3 — 3, или 2 — 2 и 4 —• 4.

В противном случае (режим противотока) в обоих аппаратах замкнуты несоответствующие друг другу контакты (/—1 и 4—4,

или 2—2 и 3—3) и цепь контакторов, замыкающих накоротко ротор, оказывается разорванной, даже если сработает центро­ бежное реле. Теперь автоматическое замыкание ротора при ре­ жиме противотока невозможно.

В настоящее время режим торможения противотоком (или

как его называют противовключением) в схемах управления не предусматривается, поэтому описанный выше режим проти­

вовключения так же как и схема блокировки, представленная на рис. 106, имеет лишь теоретический интерес.

Баланс энергии. При двигательном режиме подъемного

двигателя рабочая точка на круговой диаграмме всегда нахо­ дится слева от линии отдаваемой мощности 4 (см. рис. 105). Опуская из этой точки перпендикуляр на линию подводимой мощности, мы можем получить наглядное представление о ба­ лансе энергии системы (рис. 107).

Из сети забирается мощность, соответствующая отрезку ТА. Часть этой мощности АВ теряется в двигателе. Отрезок ВС со­

ответствует мощности, теряемой в реостате СТ — полезная мощ-.

180 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

щий момент, так и при торможении противотоком, когда двига­ тель создает тормозящий момент. В первом случае часть этой мощности (соответствующая разнице между максимальной и действующей скоростями) теряется в реостате; остальная часть

(соответствующая действующей скорости) превращается в ме­ ханическую работу. Во втором случае вся мощность, подводи­ мая из сети, теряется в реостате. Но кроме этой мощности,

в реостате теряется еще мощность, развиваемая опускающимся грузом. Общая мощность, поглощаемая реостатом, пропорцио­ нальна в этом случае сумме максимальной скорости и действую­

щей.

^ = ^(2 + 0)). (BD^AT^DT)

Очевидно, что поглощение такой мощности связано со значи­ тельным нагревом реостата. Если реостат жидкостный, то при­ менение торможения противотоком обычно сопровождается кипением реостата, так как нормальное охлаждение реостата

вэтом случае оказывается недостаточным.

Сэнергетической точки зрения режим противотока является

самым неблагоприятным из всех тормозных режимов. В самом д^ле, при генераторном торможении энергия опускающегося

расходовалась на нагрев колодок; при торможении противото­ ком энергия опускающегося груза также бесполезно расходуется на нагрев реостата. Но кроме того, из сети еще поглощается энергия, равная по своей абсолютной величине энергии, которая потребовалась бы для двигательного режима работы двигателя при аналогичных условиях, причем вся эта энергия также рас­ ходуется на нагрев реостата.

Сравнение торможения противотоком и механического торможения. Мы уже выявили ряд недостатков режима торможения противотоком по сравнению с генераторным торможением (недостаточно устойчивая ра­ бота благодаря крутизне характеристик, значительное потреб­ ление энергии, сильный нагрев реостата и т. д).

Но генераторное торможение имеет весьма ограниченную область применения — спуск груза со скоростью, несколько превышающей нормальную (практически — с максимальной скоростью). В этих случаях совершенно очевидно, что тормо­ жение противотоком не может конкурировать с генераторным торможением. В тех же случаях, когда необходимо произвести спуск груза с пониженной скоростью или применить торможе­ ние для остановки машины, генераторный режим не может быть использован, — это область применения торможения про­

тивотоком и механического торможения. Именно эти два спо­ соба торможения могут конкурировать между собой, как имею­ щие одну и ту же область применения. Сравним эти два вида торможения с точки зрения эксплуатационных преиму­ ществ.

Мы уже показали, что саморегулирование при режиме про­ тивотока недостаточное. Благодаря крутизне характеристик, на которых происходит работа машины при противотоке, в преде­ лах практически реальных значений скоростей, тормозящий момент, развиваемый двигателем при данном положении ру­ коятки управления, мало изменяется. Поэтому регулирование тормозящего момента должно производиться искусственно, пу­ тем перемещения рукоятки управления и, следовательно, пере­ хода с одной характеристики на другую.

Здесь нужно различать два случая. Если установка снаб­

жена жидкостным реостатом, то число возможных характери­ стик практически не ограничено, так как сопротивление жид­ костного реостата может регулироваться с любой степенью точности. Соответственно при жидкостном реостате можно по­

лучить необходимый тормозящий момент с любой, достаточной

для практики, точностью. Иначе обстоит дело, если установка снабжена металлическим реостатом, управляемым обычным

контроллером или контакторами. В этом случае число рабочих характеристик ограничено числом ступеней реостата, которых практически может быть не свыше ■ восьми — девяти. Из них только три, самое большее четыре, характеристики попадут в своей устойчивой части в область торможения противотоком.

Очевидно, что регулирование тормозящего момента в этом слу­ чае оказывается чрезвычайно грубым. Часто может оказаться невозможным подобрать необходимый тормозящий момент и установить требуемый скоростной режим при спуске груза или в период замедления машины. Казалось бы, что это обстоя­

тельство говорит только в пользу жидкостного реостата. Но металлический реостат имеет перед жидкостным ряд преиму­

ществ. Металлический реостат с контакторным управлением получил большее распространение. В этих условиях приходится

констатировать невозможность осуществить достаточно тонкую регулировку тормозящего момента при противотоке и рассма­ тривать это обстоятельство как существенный недостаток этого

режима.

Дозировка механического торможения при наличии соответ­ ствующих устройств (см. главу X) может производиться го­ раздо более тонко. В этом, несомненно, существенное преиму­ щество механического торможения по сравнению с торможе­ нием противотоком.

182 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

Даже в том случае, когда машина снабжена жидкостным реостатом, возникают затруднения с применением противо­ тока. Минимальное значение тормозящего момента, развивае­ мого электродвигателем при торможении противотоком, опре­ деляется пересечением первой наиболее крутой характеристики, отвечающей наибольшему сопротивлению реостата, с осью абсцисс.

По специальным соображениям, эта величина не может быть

выбрана слишком малой. Дело в том, что при установке руко­ ятки управления в нулевое положение двигатель отключается от сети, но в это время в цепь его ротора введено максимальное

сопротивление реостата. Как известно выключение двигателя

при значительном сопротивлении цепи ротора сопровождается перенапряжением в обмотках, связанным со слишком быстрым уничтожением магнитного поля. Чтобы это перенапряжение не достигало опасных пределов, необходимо ограничить вели­ чину максимального сопротивления реостата, а вместе с нею и крутизну первой характеристики. Обычно максимальное со­

противление реостата выбирают с таким расчетом, чтобы при неподвижном двигателе в первом положении рукоятки управ­

ления развивался момент вращения, равный около одной трети нормального. Этим и определяется низший предел тормозя­ щего момента при режиме противотока. Тормозящий момент меньшей величины получить при этом режиме практически не­ возможно.

Чтобы сделать окончательный выбор между механическим торможением и торможением противотоком, посмотрим, в ка­ ких случаях возникает необходимость в применении одного из этих способов торможения.

Спуск груза в большинстве случаев может производиться с максимальной скоростью. Современные шахты чаще оборуду­ ются двумя подъемными машинами, дифференцированными по своим функциям. Их обычно проектируют так, что все основные операции (в том числе спуск и подъем людей) оказывается воз­ можным производить с одной и той же максимальной скоростью.

В этих условиях в период равномерного хода при спуске груза всегда возможно применение генераторного торможения. Таким образом, если не говорить о специальных случаях, то о применении торможения противотоком или механического мо­ жет идти речь лишь в период замедления как при подъеме, так

и при спуске груза. Но как раз в этом случае механическое тор­ можение имеет явные преимущества перед торможением про­ тивотоком.

В период замедления прежде всего нужна особо тщательная дозировка тормозящего момента, так как в этот период регули­

184 Подъемная машина с асинхронным подъемным двигателем

Эта схема наиболее удобна при соединении фаз статора В звезду.

Форма механических характеристик асинхронного двигателя,

работающего в режиме динамического торможения (рис. 109), одинакова с формой характеристик двигательного режима, так

как электромагнитные процессы в обоих случаях подобны. При двигательном режиме мы имеем вращение магнитного поля ста­ тора относительно ротора, тогда как при динамическом тормо­ жении ротор вращается относительно неподвижного поля ста-

-М, кгм 0 Пи 'Н.кгм

Рис. 109. Примерные механические характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме и в режиме динамического торможения

тора. Таким образом, в обоих случаях наблюдается перемеще­ ние поля статора относительно ротора. Наряду с этим между ме­ ханическими характеристиками обоих режимов имеются суще­ ственные различия: семейство механических характеристик

в двигательном режиме начинается в точке, соответствующей

синхронной скорости и нулевому значению момента, а при ди­ намическом режиме — в точке начала координат; величина опро­ кидывающего момента в двигательном режиме не зависит от роторных сопротивлений, а при динамическом торможении, как

видно из рис. 109, с увеличением роторных сопротивлений опро­ кидывающий момент несколько увеличивается.

Как видно из этих характеристик, полная остановка подъ­ емной машины динамическим торможением невозможна без

применения механического тормоза, так как при нулевой ско­

рости тормозной момент также равняется нулю. Поэтому подъ­ емные установки с динамическим торможением должны снаб­

жаться механическими тормозами.

Регулирование тормозного момента при динамическом тор­ можении возможно двумя способами — изменением постоянного тока, подаваемого в статор (ток возбуждения, величина кото-

рого ограничивается нагревом статора), и изменением добавоч­ ных сопротивлений в цепи ротора.

Оба эти способа имеют большие недостатки, создающие не­ удобства в управлении подъемной машиной. При включении до­ бавочных сопротивлений характеристики становятся мягкими и колебания момента — внешних'сил (например, изменение веса

каната при неуравновешенном подъеме или изменение угла на­ клона в наклонной шахте) вызывают значительные колебания скорости. В этом случае для поддержания необходимой скорости машинист должен соответственно переключить сопротивлениеротора.

Регулирование момента изменением величины тока статора также имеет свои недостатки. Если установить ток, соответст­ вующий спуску максимального груза, то при спуске легких гру­ зов скорость движения будет слишком малой даже при значи­ тельном добавочном сопротивлении. Если же установить вели­

чину тока для спуска легких грузов, то при спуске тяжелых гру­ зов может произойти опрокидывание двигателя.

Поэтому машинист должен или регулировать величину тока статора реостатом, или производить периодическое включение и выключение динамического торможения при спуске легких грузов.

Помимо этого, характеристики динамического торможения,,

представленные на рис. 109, имеют неустойчивые ветви, работа

на которых должна быть исключена. Неустойчивые ветви име­

ются при обоих способах регулирования и с ними связаны неко­ торые усложнения в управлении машиной. В самом деле, если переключение двигателя на динамическое торможение произве­ сти при максимальной скорости и выключенном реостате, то точка' режима попадает не неустойчивую ветвь характеристики. Во избежание этого при переводе на динамическое торможение не­ обходимо включить сопротивление в цепь ротора и выключать его с необходимой выдержкой времени, по мере снижения ско­ рости с тем, чтобы работа всегда производилась на устойчивых: ветвях.

Такое управление машиной до некоторой степени сложно' и требует от машиниста соответствующего навыка.

Все это привело к необходимости автоматического регули­ рования тока статора посредством обратной связи от ротора подъемного двигателя к обмотке возбуждения ГДТ и через по­ следний— к обмотке статора подъемного двигателя.

В настоящее время известно два способа осуществления обратной связи:

1. От ротора подъемного двигателя к статору при помощи трансформаторов тока, включенных в цепь ротора.