Атанов АЭП Лекции 2008

В некоторых случаях, когда не требуется большая точность, предпочтительной является простота. Сигнал, пропорциональный скорости может сниматься непосредственно со щеток ДПТ или фазного ротора АД.

Центробежное реле скорости, выполненное по принципу центробежного регулятора скорости, вследствие своей громоздкости невысокой надежности в схемах ЭП применяется редко.

UC κ C ω

Рисунок 4 – Схема тахометрического моста

Датчики тока. В качестве датчиков тока в релейно-контактных разомкнутых схемах используются главным образом реле тока, их катушки, изготовленные из толстого провода с малым числом витков, непосредственно включаются в цепь контролируемого (регулируемого) тока двигателя. При достижении этим током уровней срабатывания или отпускания происходит коммутация контактов реле тока, которые производят соответствующие переключения в схемах управления двигателем.

Наиболее широко для этих целей применяются реле минимального и максимального токов серий РЭВ 830, РЭВ 312, РТ 40.

Датчики положения. К датчикам положения, которые широко используются в разомкнутых схемах управления ЭП, относятся путевые и конечные выключатели различных типов (рис.5).

SQ

Рисунок 5 – Условное графическое и SQ буквенное обозначение путевых вы-

ключателей

При достижении ЭП или исполнительным органом рабочей машины определенных положений эти выключатели выдают сигналы, которые затем поступают в цепи управления, защиты и сигнализации. Конечные вы-

31

ключатели применяются для предотвращения выхода исполнительных органов из рабочей зоны (например, моста подъемного крана за пределы подкрановых путей). Путевые выключатели используются для подачи команд управления в схему в определенных точках пути исполнительных органов (например, при подходе кабины лифта к этажу).

Путевые и конечные выключатели могут быть бесконтактными и контактными. Последние в зависимости от вида привода их контактной системы делятся на вращающиеся, рычажные и нажимные.

Вращающиеся путевые и конечные выключатели имеют привод от валика, соединенного с валом двигателя непосредственно или через редуктор. На валике располагаются кулачковые шайбы, воздействующие на контактную систему выключателя при достижении валиком определенного положения. При вращении вала двигателя в определенном его положении кулачковые шайбы осуществляют переключение контактов выключателя.

Рычажные конечные и путевые выключатели имеют привод своей контактной системы от поворотного рычага, соединенного с движущейся частью ЭП или исполнительного органа. Возврат рычага и контактов в исходное положение осуществляется с помощью пружины.

В нажимном выключателе переключение контактов происходит при нажатии на его шток, возврат которого в исходное положение осуществляется под действием пружины. В качестве нажимных выключателей применяются также микропереключатели, у которых при воздействии на шток происходит переключение упругого контакта.

Выпускаемые контактные путевые и конечные выключатели серий КУ 700; ВУ 150 и ВУ 250; ВК 200 и ВК 300; ВПК 1000,2000, 3000 позво-

ляют коммутировать одну или две цепи переменного тока до 10 А и напряжении до 500 В и постоянного тока до 1,5 А при напряжении до 220 В.

6 ~U

Рисунок 6 – Индукционный датчик положения

Бесконтактный индукционный датчик положения (рис.6) состоит из разомкнутого магнитопровода с катушкой 2, параллельно которой включен конденсатор 6. Катушка с конденсатором в свою очередь включены в цепь переменного тока вместе с обмоткой 4. Когда якорь датчика 3, закрепленный на подвижной части ЭП или исполнительного органа рабочей

32

машины, не замыкает магнитопровод (пунктирное изображение), индуктивное сопротивление катушки мало, в ее цепи проходит большой ток и реле 4 включено. Когда якорь 3 переместится и займет положение над магнитопроводом индуктивное сопротивление катушки 2 возрастет и в цепи (за счет подбора емкости конденсатора 6) наступит резонанс тока и резкое его снижение. Реле 4 в результате снижения тока отключается, вызывает переключение его контактов 5 в цепи управления ЭП.

Потенциометрические, сельсинные и цифровые датчики положения применяются главным образом в замкнутых ЭП.

2 Бесконтактные логические элементы

Бесконтактные логические элементы используются при реализации различных логических законов управления и для осуществления блокировок и защит в ЭП. Они долговечны, так как не имеют движущихся механических частей, отличаются высоким быстродействием, небольшими массой, габаритными размерами, энергопотреблением и малой чувствительностью к вредному влиянию окружающей среды. Наибольший эффект их использования достигается при создании схем управления средней сложности, когда число контролируемых и преобразуемых сигналов составляет несколько десятков.

Логический элемент выполняет те же функциональные операции, что и электромагнитное контактное реле. Он имеет два устойчивых состояния - «включено» и «выключено», которые обозначаются соответственно цифрами 1 и 0.

Для электромагнитного реле цифра 1 обозначает, что его контакт замкнут, а цифра 0 - разомкнут. Для бесконтактного логического элемента цифра 1 указывает на наличие напряжения на его выходе, а цифра 0 - на отсутствие.

Логический элемент НЕ (см. рис. 7,а) выполняет операцию отрицания (инвертирования). При наличии входного сигнала, т. е. при X = 1, выходной сигнал отсутствует (Y = 0), а при отсутствии входного сигнала (X = 0) выходной сигнал Y = 1.

Логический элемент ИЛИ. Сигнал на выходе этого элемента появляется при наличии хотя бы одного входного сигнала Х1 или Х2 (рис.7,б). Операция ИЛИ может выполняться для любого числа входных сигналов.

Логический элемент И. Сигнал на выходе этого элемента Y = 1 (рис. 7, в) появляется только в том случае, когда оба входных сигнала равны 1. В остальных случаях Y = 0.

Логический элемент ИЛИ - НЕ (см. рис. 7, г). В этом более сложном элементе при наличии хотя бы одного сигнала на входе (Х1, Х2= 1) сигнал на выходе Y = 0, а при отсутствии входных сигналов (Х1, Х2= 0) выходной сигнал Y = 1.

33

Рисунок 8 – Логические модули: а) – типовой узел памяти; б) – типовой узел реверсивной схемы управления электродвигателем

34

Кроме рассмотренных примеров, логические элементы могут выполнять запоминание уровня входного сигнала (операция ПАМЯТЬ), блокировку (операция ЗАПРЕТ), выдержку времени на включение и отключение электрических аппаратов и другие операции.

В большинстве схем управления на логических элементах используется типовой узел «Память». Этот узел образуется соединением двух элементов ИЛИ - НЕ (рис. 8, а) и работает следующим образом.

Логические элементы выпускаются в составе серии «Логика И», основой которой являются интегральные микросхемы серий К 155 и К511.

Допустим, что требуется запомнить информацию, характеризующуюся верхним уровнем дискретного сигнала Uвх1 = 1, и иметь возможность «стереть» из памяти эту информацию. Запоминаемый сигнал UВХl = 1 подается на вход 1 первого элемента ИЛИ - НЕ. Так как элементы этого узла осуществляют функцию НЕ, то сигнала на выходе первого элемента не будет, а на выходе второго появится напряжение UВЫХ . Этот сигнал по цепи обратной связи поступит на вход 2 первого элемента. Теперь сигнал включения UВХ = 1 можно снять с входа 1, а сигнал на выходе узла UВЫХ будет существовать сколь угодно долго.

Для «стирания» из памяти записанной информации надо подать сигнал UВХ2 = 1 на вход 4 второго элемента схемы, который снимет сигнал UВЫХ с его выхода, и память будет «очищена».

Рассмотрим типовой узел реверсивной схемы (см. рис. 8, б) управлением двигателем, реализованный на логических элементах. В ней использованы два узла «Память» (элементы П1...П4, ИЛИ - НЕ) два согласующих усилителя А1 и А2, от которых питаются катушки контакторов КМ1 и КМ2, обеспечивающие включение двигателя в условных направлениях его скорости «Вперед» и «Назад».

Включение двигателя осуществляется кнопками «Вперед», «Назад» (SB2, SB1), воздействие на которые запоминается соответствующими узлами памяти. При этом кнопки SB1 и SB2 взаимно заблокированы, а нажатие кнопки SB3 («Стоп») приводит к отключению любого из включенных в данный момент контакторов КМ1 и КМ2.

35

Лекция № 5 Аварийные режимы и средства защиты в ЭП

Вопросы

1)Условия работы электроприводов в сельском хозяйстве

2)Основные аварийные режимы и их функциональные связи

3)Виды и аппараты защит электродвигателей в с.х.

1 Условия работы электроприводов в сельском хозяйстве

Число электродвигателей в сельском хозяйстве непрерывно увеличивается. Среднестатистическое распределение электродвигателей по видам работ представлено в таблице 1. Распределение по мощности представлено в таблице 2.

Таблица 1 – Распределение электродвигателей по видам выполняемых работ

Таблица 2 – Распределение электродвигателей по мощности в с.-х. производстве

Из таблицы 1 видно, что больше всего электродвигателей используется в животноводстве (43%), а также в различных мастерских (30%). На

36

производственных участках, связанных с полеводством (например, таких, как пункт первичной обработки зерна), применяется всего 17 % электродвигателей. Условия работы указанных основных групп электродвигателей различны. Это следует учитывать при выборе способов их защиты.

Вс.х. в основном применяются электродвигатели мощностью 0,6...

13 кВт, а мощность большинства сельскохозяйственных электродвигателей 1,5...5,5 кВт. Это следует учитывать при приобретении устройств защиты для хозяйств.

Условия эксплуатации электродвигателей в сельском хозяйстве отличаются от условий их работы в промышленности. На промышленных предприятиях большинство электродвигателей находится в нормальных условиях окружающей среды и двигатели обычно оптимально загружены, напряжение трехфазной сети при этом стабильно и симметрично. Обслуживают эти электродвигатели и питающие их сети, как правило, электрики высокой квалификации.

Всельскохозяйственном производстве многие электродвигатели находятся в сложных условиях, они неправильно загружены (обычно недогружены), работают кратковременно — во многих случаях с большими перерывами; подведенное напряжение трехфазной сети часто нестабильно, с переменной асимметрией, что обусловлено смешанным подключением одно- и трехфазных потребителей. К тому же обслуживание электродвигателей и питающих внутрихозяйственных сельских электрических сетей находится на весьма низком уровне.

Все эти факторы отрицательно влияют на эксплуатационную надежность электродвигателей, применяемых в сельском хозяйстве. Поэтому, прежде чем анализировать причины аварий электродвигателей, следует более подробно остановиться на условиях их работы.

Влияние условий окружающей среды. Многие технологические процессы в сельскохозяйственном производстве выполняются в тяжелых условиях окружающей среды, неблагоприятных для работы электродвигателей. Пыль на мельницах, пунктах первичной обработки зерна и в комбикормовых цехах; большая влажность и присутствие агрессивных газов в животноводческих помещениях; резкие колебания температуры и значительное понижение температуры в зимнее время на открытой территории ферм, высокая температура в котельных и зерносушилках усложняют эксплуатацию электродвигателей в сельском хозяйстве.

Максимальная допустимая мощность электродвигателя определяется по допустимой температуре статорной обмотки при температуре окружающей среды 40°С. Очевидно, что реальная температура окружающей среды значительно влияет на допустимую мощность электродвигателя. Влажность и агрессивные газы также наносят большой вред, снижая сопротивление изоляции статорной обмотки, вызывая окисление контактных зажимов и всего корпуса электродвигателя. Особенно неблагоприятно на электродвигатели влияет среда животноводческих помещений.

37

В воздухе всех животноводческих помещений образуется повышенная концентрация аммиака, например в свинарниках она в 10 раз выше санитарной нормы — 20 мг/м3. Такое положение особенно опасно для электроустановок, в том числе и для электродвигателей. Летом в помещениях естественная вентиляция улучшается, в результате снижаются относительная влажность и концентрация аммиака. Хотя летом температура в животноводческих помещениях увеличивается, она в большинстве зон страны не превышает 20... 25 °С .

Отсюда следует, что электродвигатели в животноводческих помещениях работают при пониженной температуре окружающей среды по сравнению с 40°С, поэтому они могут развивать большую максимальную мощность. В то же время они находятся в помещениях с химически активной средой, повышенной относительной влажностью, что разрушает изоляцию обмоток и электродвигатель в целом.

Нагрузка электродвигателей. Разнообразие сельскохозяйственных машин определяет несходные режимы работы электродвигателей. Так, например, у электродвигателей вентиляторов, калориферов, центробежных насосов постоянные нагрузки, и поэтому ток электродвигателей меняется только при изменении напряжения питания. В свою очередь, у электродвигателей некоторых станков в механических мастерских, пилорам, кормодробилок нагрузки резко переменные и частые кратковременные перегрузки. Однако электродвигатели некоторых кормодробилок могут быть длительно и опасно перегружены. Это обычно происходит при использовании дробилок для измельчения кормов, не соответствующих данному типу машины, например сырых зерен и соломы. Но если разумно уменьшить их подачу, то дробилку можно и в этом случае успешно применять. Аналогичное положение наблюдается и на пилорамах, если подача бревен выбрана неправильно.

Допустимая нагрузка электродвигателя зависит от длительности непрерывной работы и температуры окружающей среды, так как определяющим фактором мощности является допустимая температура статорной обмотки. Если температура обмотки превышает допустимую, электродвигатель выходит из строя. Если электродвигатель работает при пониженной температуре окружающей среды, то при номинальной нагрузке температура статорной обмотки ниже допустимой. Это значит, что в таких условиях электродвигатель может длительно работать с перегрузкой. Так, например, в животноводческих помещениях температура обычно ниже 40°С на 20...25°С. Следовательно, электродвигатели без ущерба для срока службы могут постоянно работать с 25 ... 30 %-ной перегрузкой. Еще большая перегрузка разрешается для электродвигателей насосов, установленных в колодцах, и для всех электродвигателей, работающих на открытом воздухе или в неотапливаемых помещениях в зимнее время.

В то же время электродвигатели часто выбирают с, явно завышенной мощностью, при этом двигатели недогружены, их мощность используется недостаточно.

38

Врезультате снижаются КПД и коэффициент мощности.

Внекоторых случаях электродвигатели в сельскохозяйственном производстве могут получать длительную опасную перегрузку, например в нориях, когда транспортируется слишком сырое зерно. Все это следует учитывать при определении вероятности возникновения аварийных режимов.

Время работы электродвигателей. Сельскохозяйственное производство отличается сезонностью и в основном односменной работой. Поэтому электродвигатели в сельском хозяйстве сравнительно мало используются как в течение суток, так и в течение года. Время работы электродвигателей зависит от объема производства, технологии, числа работающих машин и их производительности, а также от уровня электромеханизации данного технологического процесса

Вхозяйствах в течение года особенно мало эксплуатируются электродвигатели станков в мастерских. К тому же они обычно имеют весьма малую продолжительность непрерывной работы. Напротив, электродвигатели на зерносушилках в период уборки зачастую работают круглосуточно, но это чаще всего бывает не более 3 ... 4 недель в году.

Продолжительность работы электродвигателей с автоматическим управлением, используемых для водоснабжения, зависит от потребления воды. Аналогично в зависимости от параметров микроклимата работают электродвигатели некоторых калориферов и вентиляторов. Но вытяжные вентиляторы, применяемые в животноводческих помещениях, работают длительное время и непрерывно.

Таким образом, электродвигатели в сельском хозяйстве резко различаются по продолжительности непрерывной работы в течение суток и года.

Продолжительность непрерывной работы и время соответствующих перерывов следует принимать во внимание при выборе защиты. Часто электродвигатели работают так кратковременно (например, для привода транспортеров навоза), что за это время температура статорной обмотки очень мало повышается, не достигая допустимой. Такие электродвигатели могут работать со значительными перегрузками.

2 Основные аварийные режимы электродвигателей в сельском хозяйстве и их функциональные связи

Чтобы правильно защитить электродвигатели, необходимо знать причины их отказов. По данным статистики основные аварийные режимы возникают из-за:

•обрыва фазы (ОФ) — 40...50 %;

•остановки ротора (ОР) — 20...25 %;

•технологических перегрузок (ТП) —8...10 %;

• понижения сопротивления изоляции (ПСИ) — 10...15%;

• нарушения охлаждения (НО) —8...10 %.

39

Приведенные цифры основаны на большом статистическом материале и отражают среднее распределение причин отказов. Однако причины отказов асинхронных двигателей, используемых для привода конкретных характерных сельскохозяйственных машин и механизмов, распределяются по другому (таблица 3).

Основной аварийный режим электродвигателей в сельском хозяйстве

— обрыв одной фазы. Если этот режим является следствием однофазного короткого замыкания, то ЭДС, генерируемая в поврежденной фазе электродвигателями, работающими на двух фазах, по исправной цепи со стороны двигателей создает через место короткого замыкания потенциал в нулевом проводе, который может быть причиной поражения животных и людей электрическим током.

Таблица 3 – Распределение основных причин отказов электродвигателей

Анализируя функциональные связи, можно определить оптимальную область применения каждого вида защиты и обосновать технические требования к устройствам защиты в зависимости от назначения (рисунок 1).

Несимметричное напряжение вызывает нагрев электродвигателя (5% несимметрии вызывает уменьшение мощности на 10…15%; 10% на 25…45%). Помимо этого несимметрия напряжения вызывает дополнительную вибрацию.

40