Принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей

Лабораторная работа № 15

“Изучение схем автоматического управления асинхронным двигателем с кольцами”

Саранск

Цель работы: Изучение схем автоматического управления асинхронным двигателем с кольцами.

Содержание работы:

1. Ознакомиться с электрооборудованием установки.

2. Рассчитать пусковые сопротивления при максимальном моменте М_макс= 1,8Мн.

3. Рассчитать сопротивление ступени противовключения при М_нач =1,8 Мн.

4. Рассчитать добавочное сопротивление при динамическом торможении с I_экв = 7,5 А или I_экв = 11,0 А.

5. Рассчитать значения установок реле управления.

6. Собрать нереверсивную схему управления пуском двигателя по принципу времени и торможениям противовключением по принципу скорости.

7. Собрать нереверсивную схему управления пуском двигателя по принципу времени и торможениям противовключением по принципу вре­мени.

8. Составить и собрать реверсивную схему управления пуском двигателя по принципу времени, торможения противовключением при реверсе и оста­новке по принципу скорости

Принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей

На рисунке 1 а, показаны механические характеристики двигателя посто­янного тока с независимым возбуждением, используемые при пуске и тормо­жении, а на рисунке 1 б. - кривые скорости и момента двигателя в зависимости от времени. Диаграммы, приведенные на рисунках 1 а, б, можно распространить и на случай пуска и торможения асинхронного двигателя с контактными кольцами, если принять, что механические характеристики двигателя на рабочих участках прямолинейны, а между током ротора и моментом двигателя суще­ствует прямая пропорциональность.

При реостатном пуске двигателя постоянного тока или асинхронного двигателя с контактными кольцами поочередное закорачивание ступеней пускового сопротивления может производиться автоматически при помощи контакторов, управление включением которых осуществляется по принципам времени, скорости или тока. Схемы включения пусковых сопротивлений R1, R2 и управления ими контактов ускорения КМЗ КМ4 показаны на рисунках 1, в, г.

Для обеспечения заданной диаграммы пуска необходима фиксация мо­ментов подачи команд на включение контакторов КМЗ КМ4. Это осуществ­ляется тремя способами: 1) путем отсчета промежутков времени ∆t₁, ∆t₂, для чего используется реле времени (управление по принципу времени); 2) по­средством контроля величины скорости двигателя или Э.Д.С. якоря (управле­ние по принципу скорости); 3) применение датчиков тока, дающих команд­ный импульс при снижении тока якоря (ротора) в процессе пуска до значения I_мин (управление по принципу тока). В качестве датчиков Э.Д.С. обычно ис­пользуются (для управления пуском двигателей постоянного тока) реле на­пряжения или непосредственно контакторы ускорения, катушки которых подключаются на зажимы якоря двигателя. Датчиками тока служат реле тока, настраиваемые на ток возврата, равный I_мин .

Автоматическое управление торможением противовключением сводит­ся к тому, чтобы: 1) после подачи команды на торможение и отключения, на­пример, контактора КМ1 (рисунок 1 в, г) обеспечивалось отключением контакто­ров КМЗ-КМ; и контактора КМ5, управляющего ступенью противовключения Rп, для того, чтобы ограничить бросок тормозного тока после включения контактора КМ2; 2) в конце торможения или скорости, близкой к нулю, осу­ществлялось включение контактора КМ5 с последующими отключениями двигателя от сети (для полной остановки) или пуском его в противоположном направлении (при реверсе) (рисунок 1 а, б).

Задаваясь числом пусковых ступеней m, величиной μ_макс и зная r (%), предварительно найдем величину α:

(1.1)

Тогда сопротивление i - й пусковой ступени (Ом), где i = 1,2, ..., m - номер ступени.

(1.2)

Полное сопротивление цепи якоря (фазы ротора) на - ступени пуска (Ом):

(1.3)

Из выражения (1.3) с учетом (1.1) получим значение полного сопротив­ления (Ом) на первой ступени пуска (i = 1) Ri = R_H / μ_макс

Полагая, что начальная скорость двигателя при торможении n_нач близка к n₀, и задаваясь величиной μ_нач определим сопротивление ступени противовключения:

(1.4)

И сопротивлением R1 (Ом), т.е.

(1.5)

Величину добавочного сопротивления r_T при динамическом торможе­нии асинхронного двигателя (рисунок 1. в), определяем в зависимости от схемы соединения обмотки статора при торможении и заданного значения эквива­лентного тока I_экв. В случае соединения обмотки статора в треугольники не­обходимая величина постоянного тока:

(1.6)

Так как для динамического торможения необходимо низкое напряже­ние постоянного тока, то при использовании имеющейся сети (U = 110 В) в цепь статора должно быть включено сопротивление (Ом).

(1.7)

где r₁ - сопротивление фазы статора, а r₁ / 3- сопротивление обмотки статора постоянному току (при соединении обмотки в треугольник).

Расчет уставок и настройка реле управления. Наладка схемы управле­ния облегчается, если предварительно определить расчетные значения уста­вок реле управления и настроить реле на эти установки. Тогда при оконча­тельной наладке схемы потребуется лишь небольшая корректировка уставок реле.

Выдержки времени реле ускорения и торможения для случая прямоли­нейных механических характеристик двигателя (рисунке 1 а) и при постоянном значении статического момента М_С могут быть определены по приведенным далее формулам. Значение величины выдержек времени необходимо, в част­ности, для выбора типа реле времени при составлении схемы управления и подбора аппаратуры.

Время разбега на i -й ступени спуска (с):

(1.8)

где n_{кон i} и n_{нач i} - конечное и начальное значения частоты вращения на i - й ступени пуска (об/мин);

(1.9)

n_{нач i} = n_{кон i – 1}

J - момент инерции привода, приведенный к валу двигателя, кг.м²; М_с - статический момент, Н.м

С учетом (1.9) выражение (1.8) может быть приведено к виду:

(1.10)

Время динамического торможения при n_нач ⁼ n₀ (c)

(1.11)

Схема, осуществляющая управление пуском двигателя по принципу времени и торможение противовключением по принципу скорости (рисунок 2).

В исходном положении включен автоматический включатель QF1 и QF2. Для пуска двигателя нажимается кнопка SB1. Включается контактор КМ1, подсоединяющий статор двигателя к сети, и контактор КМ6, который закорачивает в роторной цепи ступень сопротивления противовключения R_n. Начинается пуск двигателя с двумя ступенями пускового сопротивления в ро­торе. Контактор КМ5, включившись, замыкает свой блок - контакт КМ1, 1, управляющий реле времени КТ1. По истечении нужной выдержки времени замыкается контакт КТ1. 1 этого реле в цепи катушки ускорения КМ4 и этот контактор закорачивает первую ступень пускового сопротивления двигателя R1. Контактор КМ4, включившись, замыкает свой блок - контакт КМ4.1, управляющий реле времени КТ2, которое с выдержкой времени закроет свой контактКМ4.1, управляющий реле времени КТ2.1 в цепи катушки контактора КМЗ, контактор КМЗ закорачивает последнюю ступень пускового сопротив­ления R2 и двигатель начинает работать на естественной характеристике.

Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки SB2, что приво­дит к отключению контактов КМ1, КМ5, КМЗ, КМ4 и замыканию цепи ка­тушки контактора торможения КМ2 через закрывшийся контакт КМ 1.2 и замкнутый при высоких скоростях контакт реле РКС (KSR). Включение кон­тактора КМ2 приводит к изменению направления вращения магнитного поля двигателя, который оказывается в режиме торможения противовключения R_n. Процесс торможения противовключением продолжается до тех пор, пока при скорости. Близкой к нулю, реле PK(KSR) не разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМ2.

В рассмотренной схеме имеются защитные блокировки. Они осуществ­ляются применением кнопок с замыкающими и размыкающими контактами, а также включением в схему размыкающих блок - контактов КМ2.2 контактора КМ2 и КМ 1.2 контактора КМ1. Эти блокировки позволяют избежать короткого замыкания, которое возникло бы при одновременном включении контакторов КМ1 и КМ2.

Защита двигателя и цепей управления от коротких замыканий осущест­вляется автоматом QF1.

Схема, осуществляющая управление пуском и динамическим торможе­нием двигателя по принципу времени (рисунок 3).

В исходном положении включены автоматы QF1 и QF2. После нажатия кнопки SB1 включается контактор КМ1, который подключает статор двига­теля к сети и своим блок - контактом заставляет первое реле ускорения КТ1 начать отсчет выдержки времени. Отсчитав нужную выдержку времени, реле КТ1 включает первый контактор ускорения. Далее пуск происходит также, как было описано ранее (см. рисунок 2).

Для остановки двигателя нужно нажать кнопку SB2. При этом теряет питание катушка контактора КМ1 и этот контактор, отключившись, своим блок - контактором КМ 1.2 включает контактор торможения КМ2. В статор по­дается постоянный ток и начинается динамическое торможение двигателя. При этом в цепи ротора включены все пусковые сопротивления.

Контактор КМ2 своим блок - контактом заставляет реле КТ3 начать от­счет необходимой выдержки времени. После окончания торможения реле КТЗ своим контактором КТ3.1 отключает цепь катушки контактора КМ2. Кнопка SB2 к этому времени должна быть отпущена, и схема возвращается в исходное положение.

Двигатель АК - 51/6;

∆ / Y, 220 / 380 В; 8,5 / 5 А

1,7 W; 905 об / мин; 50 Гц;

Η 72,5%; cos 0,72;

ротор Y57B; 20,2 А

S_k = 0,36;M_к/M_н = 2

При динамическом торможении автоматическое управление обеспечивает: 1) после отключения, например контактора КМ1 и включения контакто­ра КМ6 (рисунок 1 в, г) удержание последнего во включенном состоянии до окончания торможения; 2) отключение контактора КМ6 при скорости, близ­кой нулю (рисунок 1 а, б).

Управление торможением также может производиться по принципу времени, скорости и тока с использованием тех же средств управления, что и при пуске. Окончание процесса торможения фиксируется соответственно: 1) после выдержки времени (t_т.п. или t_д.т. ); 2) при снижении скорости до нуля; 3) при снижении тока до значения -I₀ (или до I-0).