Выбор пуско-регулуровочных резисторов

Выбор пуско-регулуровочных резисторов произведем по методике, изложенной в [3]. Основным параметром при выборе резисторов является эквивалентный длительный ток по перегреву I_э.п., который для повторно-кратковременного режима определяется как

(9.1)

где I_P - рабочий ток на интервале времени работы резистора (А),
t_р- интервал времени, когда через резистор протекает ток (с),
Т - постоянная времени нагрева резистора (с),
ПВ - продолжительность включения резистора.

Так как рассматриваемый двигатель в большинстве режимов работает при скольжениях, не превышающих критических, то ток роторной цепи можно принять пропорциональным моменту развиваемым двигателем. Тогда коэффициент С, связывающий ток ротора и момент двигателя, определим как

(9.2)

Так как резисторы используются как пусковые, регулировочные и тормозные, то максимальная продолжительность включения для них определим по формуле

(9.3)

Очевидно, что в самых неблагоприятных условиях по нагреву находятся резисторы третьей ступени, так как по ним дольше остальных протекают пусковые токи. Поэтому первоначально произведем расчет именно для этой ступени. При расчете рабочего момента учтем, что при разгоне двигателя по естественной характеристике, ток через резисторы не протекает. Для упрощения расчетов при определении рабочего момента будем считать, что двигатель тормозится со скорости равной 99,6 рад/с. Тогда для третьей ступени рабочий момент M_p по формуле (6.2') определится как

Предполагаем для установки проволочные элементы НС-414/0,9, которые имеют следующие основные параметры:

- сопротивление элемента (r_эл) - 0,9 Ом;

- длительный ток 19,9 А;

- число витков 36*2;

- постоянная времени нагрева (Т) - 237 с:

- масса элемента - 1,265 кг.

Тогда эквивалентный ток определим по формуле (9.1) с учетом (9.2)

(9.1)

Полученный эквивалентный ток не превышает длительного допустимого тока элемента. Поэтому выбранный элемент можно использовать в качестве пуско-регулировочных и тормозных резисторов для третьей ступени.

Исходные данные для составления секций были определены в пункте 2. Сопротивления ступеней составляют соответственно:

- третьей ступени r_3n=0,542 Ом:

- второй ступени r_2n=1,24 Ом:

- первой ступени r_1n=2,948 Ом.

Так как для проволочных элементов можно получить добавочные выводы из любой части элемента, то для получения сопротивления 0,542 Ом будем использовать 22 витка. Тогда полученное сопротивление

Для других ступеней рабочий момент за время рабочего периода уменьшится, так как время действия пусковых моментов на них меньше. Но это уменьшение будет незначительным, так как время пуска и торможения значительно меньше времени работы с установившейся нагрузкой. Следовательно, эквивалентный ток для выбранного элемента так же изменится незначительно. Тогда будем использовать эти же элементы и для других ступеней.

Так как при подсоединении к элементу добавочного вывода, один его виток замыкается накоротко, то для получения сопротивления второй ступени (r_2П=1,24 Ом) будем использовать оставшиеся 13 витков первого элемента и еще один полный элемент. Тогда полученное сопротивление

Для получения сопротивления первой ступени (r_1П=2,948 Ом) возьмем три полных момента и 10 витков четвертого. Тогда получим сопротивление

Составим схему соединения секций - рисунок 9.1. Составим таблицу 9.1, куда внесем требуемые и полученные сопротивления и определим их расхождение.

Таким образом, не использованными остались 25 витков у одного элемента. Выбранные шесть элементы комплектуем в ящик СБ-8, допускающем установку до восьми элементов.
Таким образом, получим всего три ящика пуско-регулировочиых сопротивлений

Рисунок 9.1 – Схема соединения элементов

Таблица 9.1

Ступень	Сопротивление	Ток длительный, А
Требуется, Ом	Подобрано, Ом	Отклонение, %	Требуется	Подобрано
Первая
Вторая
Третья
Всего

Заключение

В проделанной работе был выбран асинхронный двигатель с фазным ротором для испол­нительного механизма с повторно-кратковременным режимом работы. Для выбранного дви­гателя были рассчитаны пуско-регулировочные резисторы. Сопротивление первой ступени было выбрано таким образом, чтобы обеспечить заданную минимальную скорость 300 об/мин при статическом моменте на валу. При этом сопротивлении пусковой момент меньше вы­бранного пикового, но больше переключающего, поэтому при пуске можно избежать больших динамических ударов при достаточно малом времени разгона. Регулировочные резисторы обеспечивают ступенчатое регулирование скорости со следующими значениями скорости при статическом моменте на валу: 300, 702, 875 и 948 об/мин (рисунок 5 в графической части). Пускорегулировочные резисторы используются и как резисторы динамического торможения, что значительно сократило количество ящиков сопротивлений в цепи ротора. Выбранные ящики с проволочными элементами обладают высокой компактностью, что значительно со­кратит место, занимаемое электроприводом. Кроме того, все элементы в ящике соединены последовательно, что упростит их демонтаж в случае ремонта. Подобранные сопротивления резисторов незначительно отличаются от рассчитанных и обеспечивают некоторый запас по току.

Для питания обмотки статора постоянным током во время динамического торможения была выбрана однофазная мостовая схема, так как в режиме динамического торможения не требуется высоких параметров выпрямленного напряжения (минимальные пульсации). А так же однофазная схема дешевле трехфазных.

При проверке двигателя по нагреву методом эквивалентного момента мы выяснили, что эквивалентный момент очень близок к номинальному. Это очень хорошо, и означает, что вы­бор двигателя был произведен правильно, и он полностью будет использован по нагреву. В месте с тем перегрузочная способность двигателя при статическом моменте на валу и номи- начьных параметрах сети очень высока и составляет 2,39. При снижении напряжения сети на 15 % перегрузочная способность хотя и снижается на 28 %, но остается довольно высо­кой (1,73), что дает возможность использования двигателя и в этом случае. При снижении частоты питающей сети на 5 % перегрузочная способность возрастает на 9,6 %.

При пуске наибольшие потери в статоре, роторе и внешних резисторах выделяются при разгоне на второй ступени. Потери при торможении значительно меньше потерь на пуск, так как во время пуска статический момент препятствует разгону двигателя, а во время торможения наоборот способствует останову. По этой же причине время пуска значительно больше времени торможения. Из кривых переходных процессов видно, что момент и скорость при пуске на каждой ступени изменяются по экспоненте. При торможении скорость изменя­ется практически по линейному закону, а момент по кривой, схожей с тормозной характери­стикой.

10. Разработка принципиальной электрической схемы электропривода

Принципиальная электрическая схема электропривода представлена в графической час­ти на рисунке 1.

Подача напряжения 380 В переменного тока на силовую цепь осуществляется замыка­нием рубильника Q1 , кроме того чтобы запитать цепь управления напряжением 220В пере­менного тока необходимо включить еще и автоматический выключатель QF1. После этого, если рукоятка командоконтроллера SA1 находится в нулевом положении и максимально­токовые реле КА1 и КА2 не включены включится реле защиты KV1 от понижения питающего напряжения и подготовит схему к работе.

Пуск двигателя осуществляется поворотом ручки командоконтроллера SA1 в необходи­мое положение 1,2,3 или 4, в зависимости от того, на какой характеристике необходима ра­бота привода (третьей, второй, первой искусственных или естественной соответственно). Рассмотрим пуск при переключении SA1 в четвертое положение. Включается контактор КМ1 и на статорную обмотку двигателя Ml подается напряжение, одновременно с этим за­питываются катушки реле времени КТ1 и КТ4, которые начинают отсчет времени разгона на третьей искусственной характеристике и рабочего времени t\. После отсчета времени ре­ле КТ1 замыкает цепь питания катушки контактора КМ2, который срабатывает и шунти­рует первую пусковую ступень R3, а также подает напряжение на реле времени КТ2, кото­рое начинает отсчет времени пуска на второй ступени. После отсчета времени реле КТ2 за­мыкает цепь питания контактора КМЗ, главные контакты которого шунтируют вторую пусковую ступень R2, а вспомогательный подает напряжение на реле времени КТЗ. После от­счета времени пуска на третьей ступени реле КТЗ включает контактор КМ4, который шунтирует пуско-регулировочные резисторы и двигатель Ml начинает разгоняться по есте­ственной характеристике. Ели переключатель SA1 был бы повернут в положение 1, то после отсчета времени реле КТ1, его контакт замкнулся, но контактор КМ2 не включился бы, так как цепь питания его катушки разомкнута кома}1доконтроллером SA1. Аналогичным образом будет для положений 2 и 3.

После отсчета рабочего периода у реле времени КТ4 включает промежуточное реле К1, которое самоблокируется, отключает контактор КМ1, включает контактор КМЗ и запи­тывает реле времени КТЗ и КТ6, которые начинают отсчет времени динамического тормо­жения и времени паузы to соответственно. Отключение контактора КМ1 вызовет последо­вательное отключение реле времени КТ 1-КТ4 (после чего они снова будут готовы к работе) и контакторов КМ2-КМ4 (в цепь ротора будут введены сопротивления R1-R3'). После сраба­тывания контактора КМЗ трансформатор подключается к сети и на обмотку статора по­дается выпрямленное диодным мостом VD1-VD4 напряжение. Начинается процесс динами­ческого торможения. С помощью размыкающих контактов контакторов КМ1 и КМЗ выпол­нена электрическая блокировка, исключающая одновременную подачу переменного и постоян­ного напряжения на обмотку статора. После отсчета времени размыкающий контакт реле КТЗ отключит контактор КМЗ, который обесточит обмотку статора и трансформатора ТУТ

После отсчета времени паузы размыкающий контакт реле КТ6 обесточит промежу­точное реле К1 замыкающий контакт которого отключит реле времени КТЗ и КТ6 (они сно­ва будут готовы к работе), а размыкающий подключит контактор КМ1 к сети, в результа­те начнется новый цикл.

Разработанная схема позволяет регулировать скорость и в установившемся режиме. Например, при переводе ручки SA1 из положения 4 в 1, двигатель сразу лее перейдет на тре­тью искусственную характеристику и установится новая скорость его работы. При этом обесточятся реле КТЗ и КТ2. При повышении скорости, например перевод SA1 из положения 1 в 3, включится контактор КМ2 двигатель сначала перейдет на вторую искусственную ха рактеристику и начнется отсчет времени реле КТ2. После отсчета времени пуска на второй ступени, шунтируется контактором КМЗ резистор R2 и двигатель разгоняется до статиче­ской скорости по первой искусственной характеристике. При таком увеличении скорости пе­реходные процессы в двигателе будут несколько отличатся от рассчитанных в пункте 5.1, так как начальная скорость будет соответствовать не моменту переключения М2, а стати­ческому моменту М_с. При этом возможно изменение пиковых и переключающих моментов. Эти изменения будут незначительны, так как рассчитанный момент переключения М2 со­ставляет 1,145Мс и разница скорости на них не велика.

Данная схема позволяет реализовать так же динамическое торможение в ручном ре­жиме. При нажатии на кнопку SB1 отключаются контакторы КМ1-КМ4, реле напряжения KV1, включается промежуточное реле К2 и происходят описанные выше процессы динамиче­ского торможения и отсчета времени паузы. После ручного торможения для осуществления пуска необходимо сначала перевести рукоятку командоконтроллера в нулевое положение.

В данной схеме используется максимально-токовая защита силовой цепи с помощью максимально-токовых реле КА1, КА2 и цепи управления с помощью автоматического выклю­чателя QF1. С помощью реле напряжения KV1 осуществляется нулевая защита.

Лампочки НЫ и HL2 сигнализируют о включении контакторов КМ1 и КМЗ соответст­венно (подача переменного или постоянного напряжения на обмотку статора). Лампочка HL3 сигнализирует о срабатывании максимльно-токовыхреле

КА1 и КА2.

Выбор аппаратов

При выборе аппаратов учтем, что силовая часть питается от сети напряжением 38U В, а цепь управления напряжением 220 В переменного тока.

Выбор аппаратов начнем с контактора для подключения статора к сети. Контактор КМ1 выбираем по току статора lie соответствующему статическому моменту на валу, который можно определить по формуле:

По [7] выбираем контактор КМ20-3 7Б200УХЛ со следующими основными параметрами:

- напряжение катушки контактора Ukoht=220 В;

- номинальный ток главных контактов 1нгк⁼37 А;

- потребляемый катушкой ток 1конт⁼1,5 А;

- количество вспомогательных контактов - два размыкающих, два замыкающих.

Так как ток ротора номинальный ток ротора практически такой же, как и у статора (Гн~20 А), то для коммутации сопротивлений в цепи ротора будем иептыовать этот же тип контакторов. Так как при динамическом торможении ток статора равен номинальному (23,59 А), то этот же контактор будем использовать для подключения трансформатора к сети и статора к выпрямительному мосту. Главные контакты этого контактора вполне возможно использовать и для коммутации постоянного тока, так как имеется запас по то- «У-

Выбор реле времени осуществляем по [8]. Для отсчета времени работы на пусковых ступенях (КТ1-КТЗ) и времени динамического торможения (КТ5) выбираем реле времени ти­па ВЛ-89-УХЛ4, со следующими основными параметрами:

- выдержка на включение;

- номинальное напряжение катушки Upbi=220 В;

- номинальная потребляемая мощность Spbi~15 В-А;

- диапазон регулирования уставки времени срабатывания 0,1-9,9 с;

- количество контактов - один размыкающий, один замыкающий.

Видно, что выбранное реле обеспечит необходимые времена выдержек.

Для отсчета времени рабочего периода (КТ4) и времени паузы (КТб) выбираем реле РВ-1404. Основные параметры:

- выдержка на включение;

- номинальное напряжение катушки Upb2⁼220 В;

- номинальиая потребляемая мощность Spb2~1 5 В -А;

- диапазон регулирования уставки времени срабатывания 1-12 мин;

- количество контактов - один переключающий.

Заметим, что уставку времени срабатывания реле отсчитывающих времена работы на пусковых ступенях, рабочего периода и цикла необходимо уменьшить на величину времени срабатывания контактора (примерно 0,09 с). Величину уставки реле динамического тормо­жения, так как время паузы это позволяет, наоборот следует увеличить до 1 с на случай уменьшения момента сопротивления на валу.

По [9] выбираем реле напряжения (KV1) типа £77-/1 УЗ с параметрами:

- номинальное напряжение 11рн=220 В;

- номинальная потребляемая мощность Sph=8 В-А;

- количество контактов - один размыкающий, один замыкающий.

Так же по [9] выбираем промежуточное реле (К1) типа ПЭ37-22 УЗ с параметрами:

- номинальное напряжение Црц=220 В;

- номинальная потребляемая мощность Spn=7 В А;

- количество контактов - два размыкающих, два замыкающих.

Кнопку (SB1) для запуска вручную режима динамического торможения, выбираем по [10]. Выбранная кнопка ВК14-21Б-11110-43 имеет следующие параметры:

- максимальное напряжение переменного тока 660 В;

- максималъный ток 35 А;

- количество контактов - один размыкающий, один замыкающий.

Так же по [10] выбираем командоконтроллер SA1 следующего типа: КПП-1108 УХЛ2. Основ­ные параметры:

- максимальное напряжение переменного тока 660 В;

- количество положений — среднее, пять вперед, пять назад;

- количество коммутируемых цепей - восемь.

В качестве сигнальных выбираем по [11] лампы накаливания с параметрами:

- тип цоколя Р27/25-1;

- номинальное напряжение Uл-220 В;

- номинальная мощность Pjj—25 Вт.

Так как лампы накаливания напряэюением 220 В в щитах и пультах использовать запрещено, то эти лампы установим на шестах над пультом управления.

Номинальный первичный ток 1ир трансформатора определим как

Тогда ток плавкой вставки 1_т-в для защиты трансформатора

По [12] выбираем предохранитель (FU1, FU2) типа ПП24 -2537923-00-УХЛЗ *2у которого:

- номинальное напряжение 380 В;

- номинальный ток 25 А;

- номинальный ток плавкой вставки 2 А.

Определим ток всех аппаратов цепи управления lino следующей формуле:

Так как найденный ток является суммарным током всех аппаратов и они все одновре­менно никогда не работают, то по [12] выбираем автоматический выключатель (QF1) типа АК25-212-00 с параметрами:

- номинальный ток 1н=8 А;

- номинальное напряжение Uh=220 В;

- уставка по максимальному току 5 * In-

Так как максимальный момент, с которым работает двигатель, составляет 0,85-Мк , но возможно изменение пиковых моментов при регулировании скорости, о чем сказано в пре­дыдущем пункте, то примем что максимальный момент двигателя близок к критическому. Тогда по формуле (11.1) ток 1 шах , соответствующий этому моменту

^ I

Список литературы.

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов.- М.: Энергоиздат, 1981- 576 с.

2. Ключев В.И. Теория электопривода: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1985.-560 с.

3. Справочник по автоматизированному электроприводу/ Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-616 с.

4. Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник.- М.: Энергоиздат, 1985-400 с.

5. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. Под ред. Я.М. Большама, В.И. Круповича, М.Л. Самовера. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Энергия", 1975.-728 с.

6. Стандарт предприятия. Проекты (работы) дипломные и курсовые. Общие требования к оформлению пояснительных записок и чертежей. СТП 1-У-93/ НГТУ; Нижний Новгород, 1994- 23с.

7. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "Электронные и преобразовательные устройства"./ННПИ, Нижний Новгород. 1992- 32 с.