Атанов АЭП Лекции 2008

щий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а также защиту цепей управления от коротких замыканий (предохранители FU), а электродвигателя от коротких замыканий (автоматический выключатель QF) и перегрузки (тепловые реле КК). Для пуска АД замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SB1. Получает питание катушка магнитного пускателя КМ и силовыми контактами в цепи статора АД подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1. Происходит разбег АД по его естественной характеристике. Для отключения АД нажимается кнопка остановки SB2, контактор КМ теряет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможения АД выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

Реверсивная схема управления асинхронным двигателем. Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и тепловое реле КК (рисунок 2).

Схема обеспечивает прямой пуск и реверс АД, а также торможение противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

В схеме предусмотрена защита от перегрузок АД (реле КК) и коротких замыканий в цепях статора (автоматический выключатель QF) и управления (предохранители FU). Кроме того, схема управления осущест-

61

вляет нулевую защиту от исчезновения напряжения сети (контакторы КМ1 и КМ2).

Пуск двигателя в условных направлениях «Вперед» или «Назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SB1 или SB2. Это приводит к срабатыванию контактора КМ1 или КМ2 и подключению АД к сети (при включенном автоматическом выключателе QF).

Для реверса или торможения АД вначале нажимается кнопка SB3, что приводит к отключению включенного до сих пор контактора (например, КМ1), после чего нажимается кнопка SB2. Это приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз. Магнитное поле АД изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов— торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только затормозить АД, должна быть нажата кнопка SB3, что приведет к отключению АД от сети и возвращению схемы в исходное положение.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного нажатия кнопок SB1 и SB2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокировка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотвращает втягивание одного контактора, если включен другой. В дополнение к механической блокировки в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ1 в цепи катушки аппарата КМ2 и наоборот.

Отметим, что повышению надежности и удобства в эксплуатации способствует использование в схеме воздушного автоматического выключателя QF. Его наличие исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы, при однофазном коротком замыкании, как это имеет место при установке предохранителей, а также он не требует замены элементов (как в предохранителях при сгорании их плавкой вставки).

Схема управления многоскоростным асинхронным двигателем обеспечивает получение двух скоростей АД путем соединения секций обмотки статора в треугольник или двойную звезду.

Типовая схема управления асинхронным двигателем, обеспечивающая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени.

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 (рис. 3), после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ.

62

2 Типовые схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором

Схемы управления АД с фазным ротором, которые выпускаются в основном на среднюю и большую мощность, должны предусматривать ограничение токов при их пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора.

Схема пуска асинхронного двигателя в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС. После подачи напряжения происходит включение реле времени КТ (рис.4), которое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМЗ, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Рисунок 4 - Схема пуска АД в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

64

Включение АД производится нажатием кнопки SB1, после чего включается контактор КМ1. Статор АД подсоединяется к сети, электромагнитный тормоз YB растормаживается и начинается разбег АД. Включение КМ1 одновременно приводит к срабатыванию контактора КМ4, который своими контактами шунтирует не нужный при пуске резистор противовключения Rд2, а также разрывает цепь реле времени КТ.

Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи контактора КМЗ, который срабатывает и шунтирует пусковой резистор Rд1 в цепи ротора, и АД выйдет на свою естественную характеристику.

Управление торможением обеспечивает реле напряжения KV, контролирующее уровень ЭДС (скорости) ротора. С помощью резистора Rp оно отрегулировано таким образом, что при пуске, наводимая в роторе ЭДС будет недостаточна для его включения, а в режиме противовключения, уровень ЭДС достаточен для его включения.

Для осуществления торможения АД нажимается кнопка SB2, размыкающий контакт которой разрывает цепь питания катушки контактора КМ1. После чего АД отключается от сети и разрывается цепь питания контактора КМ4 и замыкается цепь питания реле КТ. В результате этого контакторы КМЗ и КМ4 отключаются и в цепь ротора АД вводится сопротивление Rдl+Rд2.

Нажатие кнопки SB2 приводит одновременно к замыканию цепи питания катушки контактора КМ2, который, включившись, вновь подключает АД к сети, но уже с другим чередованием фаз сетевого напряжения на статоре. АД переходит в режим торможения противовключением. Реле KV срабатывает и после отпускания кнопки SB2 будет обеспечивать питание контактора КМ2 через свой контакт и замыкающий контакт этого аппарата.

В конце торможения, когда скорость будет близка к нулю и ЭДС ротора уменьшится, реле KV отключится и своим размыкающим контактом разорвет цепь катушки контактора КМ2. Последний, потеряв питание, отключит АД от сети и схема придет в исходное положение. После отключения КМ2 тормоз YB, потеряв питание, обеспечит фиксацию (торможение) вала АД.

Схема пуска асинхронного двигателя в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости. Работает схема следующим образом (рис. 5).

Она включает в себя контакторы КМ1, КМ2 и КМЗ; реле тока КА; реле контроля скорости SR, реле напряжения промежуточное KV, понижающий трансформатор для динамического торможения ТV; выпрямитель VD1…VD4. Максимальная токовая защита осуществляется с помощью QF, защита от перегрузки АД — тепловыми реле КК1 и КК2.

65

По мере увеличения скорости АД уменьшаются ЭДС и ток в роторе. При некотором значении тока в роторе, равном току отпускания реле К А, оно отключится и своим размыкающим контактом замкнет цепь питания контактора КМ2. Он включится, зашунтирует пусковой резистор R2д, АД выйдет на свою естественную характеристику.

Отметим, что вращение АД вызовет замыкание контакта реле скорости SR в цепи контактора КМ3, однако он не сработает, так как до этого разомкнулся контакт контактора КМ1.

Для перевода АД в тормозной режим нажимается кнопка SB2. Контактор КМ1 теряет питание и отключает АД от сети переменного тока. Благодаря замыканию контактов КМ1 включится контактор торможения КМЗ, контакты которого замкнут цепь питания обмотки статора от выпрямителя VD, подключенного к трансформатору ТV, и тем самым осуществится перевод АД в режим динамического торможения. Одновременно с этим потеряют питание аппараты KV и КМ2, что приведет к вводу в цепь ротора резистора R2д, двигатель начинает тормозить.

При скорости двигателя, близкой к нулю, реле контроля скорости SR разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМЗ. Он отключится и прекратит торможение АД. Схема придет в исходное положение и будет готова к последующей работе.

Принцип действия схемы не изменится, если катушку реле тока КА включить в фазу статора, а не ротора.

67

Лекция №9 Автоматизированный ЭП с синхронными

электродвигателями

Вопросы

1)Общие сведения по АЭП с синхронными двигателями (СД)

2)Схема включения, режимы работы

3)Типовые схемы управления ЭП с СД

1 Общие сведения по АЭП с синхронными двигателями

Широкое применение СД обусловлено их высокими техникоэкономическими показателями.

СД имеет высокий коэффициент мощности, близкий к единице или даже опережающий.

КПД современных СД составляет 96…98%, что на 1…1,5% выше КПД АД с теми же габаритными размерами и скоростью.

В синхронных двигателях имеется возможность регулирования перегрузочной способности посредством регулирования тока возбуждения.

СД обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. Важным преимуществом СД является наличие большого воздушного зазора, вследствие чего его характеристики и свойства мало зависят от износа подшипников и неточности монтажа ротора.

Для общего применения выпускаются двигатели серий СД2 и СД3 мощностью от 132 до 1000 кВт

Синхронные двигатели нашли применение в с.х. для привода мощных насосов, компрессоров.

2 Схемы включения, режимы работы

Статор СД выполняется аналогично статору АД, подключаемой к сети переменного тока. Ротор СД может быть явнополюсным и неявнополюсным в виде цилиндра. Ротор СД вращается с той же частотой вращения, что и вращающееся магнитное поле созданное обмоткой статора. Отсюда и название машины – синхронный ЭД (рисунок 1). В качестве источника питания для обмотки возбуждения чаще используется генератор постоянного тока небольшой мощности (0,3…3% от мощности СД), называемый возбудителем, который устанавливается на одном валу с СД. Регулирование тока возбуждения осуществляется резистором тока возбуждения возбудителя.

В современных системах автоматического регулирования возбуждение СД обеспечивается тиристорными управляемыми выпрямителями.

68

Вращающийся момент СД создается только в том случае, если ротор будет вращаться со скоростью магнитного поля, т.е. синхронно с вращающимся полем. Таким образом механическая характеристика СД представляет собой горизонтальную линию с ординатой ωо, которая имеет место до некоторого максимального значения Мmax , превышение которого приводит к выпадению СД из синхронизма, т.е. к нарушению синхронного вращения ротора и магнитного поля.

Рисунок 1 – Схема включения и механическая характеристика СД

Пуск СД. При неподвижном роторе и подключенных: обмотки статора и возбуждения, из-за постоянно изменяющихся взаимных направлений магнитных полей статора и ротора СД будет развиваться не постоянный по направлению, а знакопеременный вращающийся момент, следовательно СД не может разогнаться до синхронной скорости без применения специальных мер по его запуску.

Один из способов пуска, который нашел ограниченное применение, заключается в том, что ненагруженный СД разгоняется вспомогательной машиной до синхронной частоты, после чего осуществляется его синхронизация с сетью. На представленной схеме (рисунок 1), возбудитель, на период пуска может работать в двигательном режиме, раскручивая вал СД.

Наибольшее распространение получил другой способ пуска СД, называемый асинхронным. Для его реализации на роторе СД укладывается дополнительная пусковая обмотка, выполняемая аналогично короткозамкнутой обмотке АД типа беличьей клетки. В этом случае при подключении СД к сети его разбег происходит аналогично АД при замкнутом контакте S1 и разомкнутом контакте S2, т.е с дополнительным сопротивлением в роторе (исключается перенапряжение, облегчается пуск, Rдоп=8…12RОВ). При достижении подсинхронной скорости ω=0,95ω0, кон-

69

такт S1 размыкается, а S2 замыкается - ток подается в обмотку возбуждения двигателя и он втягивается в синхронизм с сетью (рисунок 2).

Пусковые свойства СД характеризуются Мпуск и Мвх (входной) или подсинхронной момента, т.е. момента, развиваемого двигателем при

ω=0,95ω0.

Стремление увеличить Мпуск, путем повышения Rв приводит к уменьшению Мвх. Поэтому характеристики необходимо согласовать и по Мn и Мвх (рисунок 3). В данном случае на характеристике 2, хотя и обеспечивается больший пусковой момент, но синхронизм не может быть обеспечен, т.к. Мвх2<Мс.

При определенной величине нагрузки, СД может выйти из синхронизма. Для определения области устойчивой работы и перегрузочной способности СД служит угловая характеристика, отражающая зависимость развиваемого двигателем момента М от угла сдвига фаз Q между U и Е (Э.Д.С.) двигателя (рисунок 4). Выражение угловой характеристики синхронного двигателя имеет вид

М=Мmax·sinQ.

Следовательно с повышением Q, от 0º до 90º, момент, развиваемый двигателем растет и достигает максимума при Q=90º, далее – убывает. Номинальный момент двигателя соответствует Q =20…25º.

70