Способы пуска, регулирования частоты вращения и торможения судовых электроприводов. Коммутационно-защитная аппаратура и системы управления судовыми автоматизированными электроприводами

Рис. 19. Схемы включения и механические характеристики асинхронного двигателя при переключении обмотки статора со "звезды" на "двойную звезду" (а) и с "треугольника" на "двойную звезду" (б)

Для перехода на "двойную звезду" поступают так:

а) снимают питание с выводов С 1, С 2 и С 3;

б) при помощи контактов первого трехполюсного контактора соединяют вместе вы воды Н 1 и К 2;

в) при помощи контактов второго трехполюсного контактора подают питание на средние выводы С 4, С 5 и С 6 фазных обмоток.

В результате этих переключений секционные группы в каждой фазной обмотке соединяются параллельно, в целом образуя две "звезды", включены параллельно.

Переходный процесс протекает по траектории "0АВСD". При пуске двигатель включают "звездой", при этом он переходи из точки "0" в точку "А", развивая пусковой момент, выражаемый отрезком "0А".

Поскольку в точке "А" пусковой момент больше номинального М, двигатель разгоняется по участку "АВ". В точке "В" наступает установившийся режим на "звезде".

При переключении обмотки на "двойную звезду" двигатель при постоянстве скорости переходит из точки "В" в точку "С", после чего разгоняется до точки "D", в которой наступает установившийся режим на "двойной звезде".

При всех переключениях двигатель необходимо использовать полностью, т.е. зависящий от нагрузки ток статора I должен быть равен номинальному I, на который рассчитана обмотка статора.

При переходе со "звезды" на "двойную звезду мощность и скорость увеличиваются в 2 раза, но момент двигателя не изменяется (отсюда название способа - "регулирование скорости при постоянном моменте").

2.2.4 Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов путем переключения обмотки статора с "треугольника" на "двойную звезду"

При переключении обмотки статора вторым способом двигатель при пуске включают в сеть по схеме "треугольник" (рис. 19, б), этом питание сети подается на выводы С 1, С 2 и С 3. Секционные группы Н 1-К 1 и Н 2-К 2 в каждой из трех фазных обмоток соединены последовательно.

Для перехода на "двойную звезду" точно так же, как в предыдущем случае, а именно:

а) снимают питание с выводов С 1, С 2 и С 3;

б) при помощи контактов первого трехполюсного контактора соединяют вместе выводы Н 1 и К 2;

в) при помощи контактов второго трехполюсного контактора подают питание на средние выводы С 4, С 5 и С 6 фазных обмоток.

В результате этих переключений секционные группы в каждой фазной обмотке соединяются параллельно, в целом образуя две "звезды", включены параллельно.

При переходе с "треугольника" на "двойную звезду:

1. Мощность увеличивается на 16 %, т.е. почти не изменяется (отсюда название способа - "регулирование скорости при постоянной мощности");

2. Скорость увеличивается в 2 раза;

3. Момент двигателя уменьшается почти в 2 раза:

М= 0,58 М.

На судах регулирование скорости переключением обмотки статора со "звезды" на "двойную звезду" применяют в грузоподъемных механизмах, т.к. при этом способе критический момент двигателя не изменяется и потому отсутствует опасность опрокидывания двигателя. В то же время такая опасность существует при переключении обмотки статора с "треугольника" на "двойную звезду", потому что момент двигателя уменьшается почти в 2 раза.

На судах переключение обмотки статора с "треугольника" на "двойную звезду" применяют ограниченно, в электроприводах якорно-швартовных устройств для получения последней, самой высокой скорости, которая используется для перемещения свободного (ненагруженного) швартовного каната.

2.3 Электрическое торможение асинхронных двигателей

2.3.1 Основные сведения

Электрическое торможение применяют только в электроприводах судовых грузоподъемных механизмов, с целью "сброса" скорости перед срабатыванием основного тормоза. Тем самым облегчается работа основного тормоза, а именно: уменьшаются износ тормозных колодок и их нагрев.

Кроме того, электрическое торможение ограничено применяют в некоторых системах судовой электроавтоматики, например, авторулевых типа АТР, АИСТ и др.

Различают 5 видов электрического торможения асинхронных двигателей:

1. Динамическое;

2. Рекуперативное;

3. Торможение противовключением при активном статическом моменте;

4. Торможение противовключением при реактивном статическом моменте.

5. Однофазное.

Из всех видов торможения на судах чаще всего применяется рекуперативное (в электроприводах грузоподъемных механизмов).

2.3.2 Рекуперативное торможение асинхронных двигателей

В судовых условиях рекуперативное торможение наступает в двух случаях:

1. Всякий раз при переходе с большей скорости на меньшую;

2. При спуске тяжелого груза.

Рассмотрим оба случая поочередно.

2.3.3 Рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую

Рассмотрим процесс рекуперативного торможения на примере перехода с "двойной звезды" на "звезду" (рис. 20).

Рис. 20. Рекуперативное торможение при переходе с "двойной звезды" на "звезду"

Перед началом торможения двигатель работает в точке "А" в установившемся режиме, при котором вращающий электромагнитный момент двигателя равен тормозному статическому механизма, М = М, скорость двигателя постоянна и соответствует точке "А". Например, пусть частота вращения ротора n = 2940 об / мин, а скорость вращения магнитного поля обмотки статора n= 3000 об / мин, т.е. ротор отстает от магнитного поля.

Для торможения двигателя отключают обмотку "двойной звезды" и включают обмотку "звезды". Двигатель при постоянстве скорости (n = 2940 об / мин) переходит из точки "А" в точку "В".

На "звезде" скорость вращения магнитного поля обмотки статора n= 1500 об / мин, а сам ротор по инерции вращается с прежней скоростью n = 2940 об / мин, т.е. обгоняет магнитное поле обмотки статора. Начиная с точки "В" и на участке "ВСD" асинхронный двигатель переходит в генераторный режим, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода, в электрическую, возвращаемую в судовую сеть.

При этом знак электромагнитного момента двигателя изменяется на противоположный, т.е. этот момент становится тормозным.

Поэтому, начиная с точки "В", к валу двигателя приложены два тормозных момента - статический Ммеханизма и электромагнитный М двигателя.

Под совместным действием этих моментов двигатель быстро уменьшает скорость ротора по траектории "ВСD", причем в точке "D" скорость ротора уменьшается до скорости вращения магнитного поля обмотки статора n= 1500 об / мин.

Поскольку в точке "D" скорости ротора и магнитного поля одинаковы, двигатель в этой точке переходит режим идеального холостого хода, его электромагнитный момент М = 0.

Однако в точке "D" к валу двигателя остается приложенным второй тормозной момент - статический момент механизма М. Под действием последнего скорость ротора продолжает уменьшаться, и на отрезке "DE" станет меньше скорости магнитного поля обмотки статора. Двигатель перейдет из режима идеального холостого хода в обычный двигательный режим, причем переходный процесс закончится в точке "Е".

Особенности торможения:

1. Торможение наступает при условии: ротор обгоняет магнитное поле обмотки статора, т.е. n > n;

2. При торможении асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода, в электрическую, возвращаемую в судовую сеть;

3. Тормозной момент на валу двигателя сохраняется только на отрезке "ВСD" механической характеристики "звезды";

4. рекуперативное торможение при переходе с большей скорости на меньшую широко применяется в электроприводах судовых грузоподъемных устройств, для предварительного сброса скорости перед наложением основного электромеханического тормоза.

2.3.4 Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза

Рассмотрим процесс рекуперативного торможения при спуске тяжелого груза (рис. 21).

Рис. 21. Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза

Для получения этого вида торможения двигатель включают в направлении на "спуск", сразу же переводя привод в режим силового спуска.

При пуске двигатель развивает пусковой момент М, который направлен согласно со статическим моментом механизма М.

Под совместным действием этих моментов двигатель быстро набирает скорость по траектории "АВС", причем в точке "С" скорость ротора увеличивается до скорости вращения магнитного поля обмотки статора.

Поскольку в точке "С" скорости ротора и магнитного поля одинаковы, двигатель в этой точке переходит режим идеального холостого хода, его электромагнитный момент М = 0.

Однако в точке "С" к валу двигателя остается приложенным второй тормозной момент - статический момент механизма М. Под действием последнего скорость ротора продолжает увеличиваться, и на отрезке "СD" станет больше скорости магнитного поля обмотки статора. Двигатель перейдет из режима идеального холостого хода в режим подъема груза, причем переходный процесс закончится в точке "D".

Т. о., на отрезке "СD" электромагнитный момент двигателя направлен на подъем, а фактически происходит спуск груза. Поэтому электромагнитный момент является тормозным, его роль заключается в том, что он стабилизирует скорость спуска груза, не давая грузу разгоняться свыше скорости, соответствующей точке "D".

Особенности торможения:

1. торможение наступает при условии n > n, т.е. ротор обгоняет магнитное поле обмотки статора;

2. При торможении асинхронный двигатель работает как асинхронный генератор, преобразуя механическую энергию, получаемую от движущихся масс привода, в электрическую, возвращаемую в судовую сеть;

3. Тормозной момент на валу двигателя сохраняется только на отрезке "АВС" механической характеристики "звезды";

4. Рекуперативное торможение при спуске тяжелого груза ограничено применяется в электроприводах судовых грузоподъемных устройств с целью стабилизации скорости опускания груза.

2.4 Реверс 3-фазных асинхронных электродвигателей

Для реверса 3-фазного асинхронного электродвигателя надо поменять местами (переключить) два любых линейных провода.

При этом поменяется порядок чередования фаз обмотки статора, что приведет к изменению направления вращения (реверсу) магнитного потока обмотки статора.

На рис. 20, а изображена схема, соответствующая условному прямому направлению вращения ротора двигателя (по часовой стрелке). Из схемы следует, что выводы питающей сети и обмотки статора соединены попарно, а именно: вывод L₁ соединен с выводом U₁, вывод L_{2 -} с выводом V₁, вывод L₃ - с выводом W₁ (L₁- U₁, L_{2 -} V₁, L₃ - W₁).

Рис. 22. Прямое (а) и обратное (б, в, г) направление вращения ротора 3-фазного асинхронного двигателя

На рис. 22, б переброшены линейные провода L₁ и L₂, на рис. 22, в - провода L₂ и L₃, на рис. 22, г - провода L₁ и L₃. В каждом из этих случаев на обмотке статора меняется порядок чередования фаз питающей сети (по отношению к рис. 22, а), и двигатель реверсирует.

Поэтому на практике не имеет значения, какие именно два линейных провода будут переброшены (переключены).

Для реверса асинхронного двигателя применяют 2-полюсные или 3-полюсные реверсивные контакторы (рис. 23).

.

Рис. 23. Схема реверса 3-фазного асинхронного двигателя при помощи 2-полюсных (а) и 3-полюсных (б) реверсивных контакторов

В схеме на рис. 23, а использованы 2-полюсные реверсивные контакторы КМ 1 и КМ 2, на рис. 23, б - треполюсные. В обеих схемах для реверса переключаются линейные провода L₁ и L₂. В схеме на рис. 23, б правый контакт контактора КМ 1 и левый контакт контактора КМ 2 включены параллельно друг другу, т.е. поочередно подключают к выводу W₁ обмотки статора один и тот же провод L₃ как при прямом, так и обратном направлении вращения ротора двигателя.

Схема на рис. 23, а позволяет использовать менее дорогие 2-полюсные контакторы, но имеет повышенную опасность для обслуживающего персонала, т.к. линейный провод L₃ постоянно подключен к обмотке статора двигателя.

Размещено на Allbest.ru