Трёхобмоточные трансформаторы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

Краевое государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

«ГУБЕРНАТОРСКИЙ АВИАСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

г. КОМСОМОЛЬСКА-НА-АМУРЕ

(МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР КОМПЕТЕНЦИЙ)»

Контрольная работа

по МДК 01.01 «Электрические машины»

Трёхобмоточные трансформаторы



Трехобмоточные трансформаторы применяют в основном в качестве понижающих трансформаторов мощностью до 100 MB А с высшим напряжением до 220 кВ. Мощности обмоток высшего, среднего и низшего напряжений составляют соответственно 100/100/100, 100/100/67 и 100/67/100% от номинальной мощности трансформатора. Сумма нагрузок обмоток среднего и низшего напряжений не должна превышать номинальной мощности трансформатора.

Обмотки трехобмоточных трансформаторов размещают на стержнях концентрически в следующем порядке: обмотку высшего напряжения -- снаружи; обмотку низшего напряжения -- внутри, у стержня; обмотку среднего напряжения -- между обмотками высшего и низшего напряжений. При таком расположении напряжение КЗ между обмотками высшего и среднего напряжений имеет минимальное значение, что позволяет передать большую часть мощности в сеть среднего напряжения с минимальными потерями. Напряжение КЗ между обмотками высшего и низшего напряжений относительно велико, что способствует ограничению тока КЗ в сети низшего напряжения.

Рис. 1. Трехобмоточный трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками

короткозамкнутый ротор асинхронный пускатель



Рис. 2. Размещение обмоток (а) и схема замещения (б) трехфазного трансформатора с расщепленной обмоткой низшего напряжения

Разновидностью трехобмоточного трансформатора является трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения. В таком трансформаторе (рис. 2, а) обмотка низшего напряжения каждой фазы выполняется из двух частей (ветвей), расположенных симметрично по отношению к обмотке высшего напряжения. Номинальные напряжения ветвей обмотки одинаковы. Мощность каждой обмотки низшего напряжения составляет часть номинальной мощности трансформатора (при двух ветвях -- 1/2, при трех ветвях -- 1/3). В трехфазных трансформаторах обе части расщепленной обмотки размещены на общем стержне соответствующей фазы одна над другой, а в однофазных трансформаторах части обмотки размещены на разных стержнях. Каждая ветвь расщепленной обмотки имеет самостоятельные выводы. Допускается любое распределение нагрузки между ветвями расщепленной обмотки, например при двух ветвях одна ветвь может быть полностью нагружена, а вторая отключена, или обе ветви нагружены полностью. Достоинством трансформаторов с расщепленной обмоткой низшего напряжения является большое сопротивление короткого замыкания между ветвями, что дает возможность ограничить ток КЗ на стороне низшего напряжения, например на подстанциях. Одной из характеристик трансформатора с расщепленной обмоткой является коэффициент расщепления кр,который для случая двух ветвей равен отношению сопротивления короткого замыкания между ветвями расщепленной обмотки Z> 3 к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой высшего напряжения и параллельно соединенными ветвями расщепленной обмотки.

Для однофазных трансформаторов коэффициент расщепления 4, а для трехфазных трансформаторов кр -3,5.

На крупных электростанциях иногда применяют трехобмоточные трансформаторы с двумя первичными обмотками (к каждой из них подключается генератор) и одной вторичной (от нее отходит линия электропередачи). Обычно это установки большой мощности, а поэтому в них применяют однофазные трехобмоточные трансформаторы, соединенные в трансформаторную группу.

Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором

Пуск непосредственным включением в сеть (рис. 3). Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный недостаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке статора возникает пусковой ток, превышающий номинальный ток двигателя в 5 -- 7 раз. При небольшой инерционности исполнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро уменьшается, не вызывая чрезмерного перегрева обмотки статора. Но такой значительный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней заметное падение напряжения, что нарушит работу других потребителей, включенных в эту сеть.

Однако этот способ пуска, благодаря своей простоте, получил наибольшее применение для двигателей малой и средней мощности. Предельная мощность асинхронного двигателя, допускающего пуск прямым включением в сеть, определяется в каждом конкретном случае, в зависимости от допустимой нагрузки питающей сети. Включение такого двигателя в сеть, питающую другие силовые и осветительные устройства, не должно вызывать падения напряжения в этой сети более чем на 15 % от номинального значения. При этом необходимо иметь в виду условия пуска двигателя: пуск в режиме холостого хода или пуск под нагрузкой.

При необходимости уменьшения пускового тока двигателя применяют какой-либо из специальных способов пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении.

Рис. 3 Схема включения (а) и графики изменения момента и тока (фазного) при пуске (б) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором переключением обмотки статора со звезды на треугольник

Пуск при пониженном напряжении. В соответствии с тем, что пусковой ток двигателя пропорционален подведенному напряжению, уменьшение которого вызывает соответствующее уменьшение пускового тока. Существует несколько способов понижения подводимого к двигателю напряжения. Рассмотрим некоторые из них.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (рис. 4, а). В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фазных обмотках двигателя (рис. 4, б). Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении этих же обмоток треугольником линейный ток больше фазного в раз. Следовательно, переключив обмотки статора звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока в ()² = 3 раза.

Рис. 4 Схема включения (а) и графики изменения момента и тока (фазного) при пуске (б) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором переключением обмотки статора со звезды на треугольник

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, переключатель быстро переводят в положение «треугольник» и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением. Возникший при этом бросок тока до значения I^/_nД является незначительным.

Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток - уменьшение фазного напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза, так как, пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату напряженияU₁. Такое значительное уменьшение пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу.

Описанный способ понижения напряжения при пуске применим лишь для двигателей, работающих при соединении обмотки статора треугольником. Более универсальным является способ пуска понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек -- дросселей). Порядок включения двигателя в этом случае следующий (рис. 5, а). При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 1. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы Р, на которых происходит падение напряжения ji_nXp (где х, -- индуктивное сопротивление реактора, Ом). В результате на обмотку статора подается пониженное напряжение Ј//= t/_lH0M -- jI_nXp. После разгона ротора двигателя включают рубильник 2 и подводимое к обмотке статора напряжение оказывается номинальным.

Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в U^/₁/ U_1ном раз сопровождается уменьшением пускового момента М_п в (U^/₁/ U_1ном)² раз.

При пуске двигателя через понижающий автотрансформатор (рис. 5, б) вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубильник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное напряжение U^/₁ . При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К_А раз, где К_А -- коэффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К²_А раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в К_Араз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К_АК_А = К²_А раз. Например, если кратность пускового тока асинхронного двигателя при непосредственном его включении в сеть составляет I_п/I_1ном = 6 , а напряжение сети 380 В, то при автотрансформаторном пуске с понижением напряжения до 220 В кратность пускового тока в сети I^/_п/ I_1ном = 6/ (380/220)² = 2 .



Рис. 5 Схемы реакторного (а) и автотрансформаторного (б) способов пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1 размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением рубильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U₁= (0,50ч0,60)U_1ном, на второй --U₁= (0,70ч0,80)U_1номи, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напряжениеU_1ном.

Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряжении, автотрансформаторный способ пуска сопровождается уменьшением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьшения пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в питающей сети уменьшается в U^/₁/ U_1ном раз, а при автотрансформаторном - в (U^/₁/ U_1ном)² раз. Но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (понижающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) несколько ограничивают применение этого способа пуска асинхронных двигателей.

Угловые характеристики синхронного генератора

Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора при его параллельной работе с сетью

(1.1)

где - угол, на который продольная ось ротора смещена относительно продольной оси результирующего поля машины.

Электромагнитная мощность явнополюсного синхронного генератора

(1.2)

где и -- синхронные индуктивные сопротивления явнополюсной синхронной машины по продольно и поперечной осям соответственно, Ом.

Разделив выражения (1.1) и (1.2) на синхронную угловую скорость вращения , получим выражения электромагнитных моментов:

(1.3)

(1.4)

где М -- электромагнитный момент, Нм.

Анализ выражения (1.4) показывает, что электромагнитный момент явнополюсной машины имеет две составляющие: одна из них представляет собой основную составляющую электромагнитного момента

. (1.5)

другая -- реактивную составляющую момента

. (1.6)

Основная составляющая электромагнитного момента явнополюсной синхронной машины зависит не только от напряжения сети (U₁), но и от ЭДС , наведенной магнитным потоком вращающегося ротора в обмотке статора:

. (1.7)

Это свидетельствует о том, что основная составляющая электромагнитного момента зависит от магнитного потока ротора: ? . Отсюда следует, что в машине с невозбужденным ротором (= 0) основная составляющая момента = 0.

Реактивная составляющая электромагнитного момента не зависит от магнитного потока полюсов ротора. Для возникновения этой составляющей достаточно двух условий: во-первых, чтобы ротор машины имел явновыраженные полюсы () и, во-вторых, чтобы к обмотке статора было подведено напряжение сети ( ? ). Подробнее физическая сущность реактивного момента будет изложена в § 23.2.

При увеличении нагрузки синхронного генератора, т. е. с ростом тока I₁ происходит увеличение угла , что ведет к изменению электромагнитной мощности генератора и его электромагнитного момента. Зависимости и , представленные графически, называются угловыми характеристиками синхронной машины.

Рассмотрим угловые характеристики электромагнитной мощности и электромагнитного момента явнополюсного синхронного генератора (рис. 21.5). Эти характеристики построены при условии постоянства напряжения сети () и магнитного потока возбуждения, т. е. = const. Из выражений (1.2) и (1.5) видим, что основная составляющая электромагнитного момента и соответствующая ей составляющая электромагнитной мощности изменяются пропорционально синусу угла (график 1), а реактивная составляющая момента (1.6) и соответствующая ей составляющая электромагнитной мощности изменяется пропорционально синусу угла 2 (график 2). Зависимость результирующего момента и электромагнитной мощности от угла определяется графиком 3, полученным сложением значений моментов и и соответствующих им мощностей по ординатам.

Рис. 6. Угловая характеристика синхронного генератора

Максимальное значение электромагнитного момента соответствует критическому значению угла .

Как видно из результирующей угловой характеристики (график 3), при увеличении нагрузки синхронной машины до значений, соответствующих углу ?, синхронная машина работает устойчиво. Объясняется это тем, что при ? , рост нагрузки генератора (увеличение ) сопровождается увеличением электромагнитного момента. В этом случае любой установившейся нагрузке соответствует равенство вращающего момента первичного двигателя сумме противодействующих моментов, т. е. . В результате частота вращения ротора остается неизменной, равной синхронной частоте вращения.

При нагрузке, соответствующей углу >, электромагнитный момент M_я, уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избыточная (неуравновешенная) часть вращающего момента первичного двигателя вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).

Электромагнитный момент, соответствующий критическому значению угла (), является максимальным М_mах.

Для явнополюсных синхронных машин = 60ч80 эл. град. Угол можно определить из формулы

(1.8)

Здесь

. (1.9)

У неявнополюсных синхронных машин = 0, а поэтому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол = 90°.

Отношение максимального электромагнитного момента М_max к номинальному называется перегрузочной способностью синхронной машины или коэффициентом статической перегружаемости:

. (1.10)

Пренебрегая реактивной составляющей момента, можно записать

, (1.11)

т.е. чем меньше угол , соответствующий номинальной нагрузке синхронной машины, тем больше ее перегрузочная способность. Например, у турбогенератора = 25 ч 30°, что соответствует = 2,35ч2,0.

Импульсное регулирование двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Сущность этого способа регулирования иллюстрируется схемой, изображенной на рис. 7, а. Цепь обмотки якоря двигателя параллельного (независимого) возбуждения периодически прерывается ключом К. Во время замыкания цепи якоря на время к обмотке якоря подводится напряжение и ток в ней достигает значения . Затем ключом К цепь якоря размыкают и ток в ней убывает, достигая к моменту следующего замыкания цепи значения (при размыкании ключа К ток в обмотке якоря замыкается через диод VD). При следующем замыкании ключа К ток достигает значения и т. д. Таким образом, к обмотке якоря подводится некоторое среднее напряжение

, (2.1)

где Т-- отрезок времени между двумя следующими друг за другом импульсами напряжения (рис. 7, б); -- коэффициент управления.

При этом в обмотке якоря проходит ток, среднее значение которого .

При импульсном регулировании частота вращения двигателя

. (2.2)

Таким образом, импульсное регулирование частоты вращения аналогично регулированию изменением подводимого к цепи якоря напряжения. С целью уменьшения пульсаций тока в цепи якоря включена катушка индуктивности (дроссель) , а частота подачи импульсов равна 200--400 Гц.

На рис. 7, в представлена одна из возможных схем импульсного регулирования, где в качестве ключа применен управляемый диод -- тиристор VS. Открывается тиристор подачей кратковременного импульса от генератора импульсов (ГИ) на управляющий электрод (УЭ) тиристора. Цепь , шунтирующая тиристор, служит для запирания последнего в период между двумя управляющими импульсами. Происходит это следующим образом: при открывании тиристора конденсатор С перезаряжается через контур и создает на силовых электродах тиристора напряжение, обратное напряжению сети, которое прекращает протекание тока через тиристор. Параметрами цепи определяется время (с) открытого состояния тиристора: . Здесь выражается в генри (Гн); С -- в фарадах (Ф).



Рис. 7. Импульсное регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока

Значение среднего напряжения регулируется изменением частоты следования управляющих импульсов от генератора импульсов на тиристор VS.

Жесткие механические характеристики и возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне определили области применения двигателей параллельного возбуждения в станочных приводах, вентиляторах, а также во многих других случаях регулируемого электропривода, где требуется устойчивая работа при колебаниях нагрузки.

Пуск синхронного двигателя

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхронного генератора. Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рис. 8, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи .

Рис. 8. Асинхронный пуск синхронного двигателя

Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил . Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рис. 8, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной , обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора.

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается и синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм . Величина асинхронного момента при частоте вращения зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивления металла, из которого они изготовлены (см. рис. 13.).

Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пусковой клетки , соответствующего значительному пусковому моменту , способствует уменьшению момента входа в синхронизм и, наоборот, при сопротивлении , соответствующем небольшому пусковому моменту (), момент входа в синхронизм увеличивается (рис. 9).

Рис. 9. Асинхронные моменты при пуске синхронного двигателя: , -- основной момент; -- дополнительный момент, -- момент входа в синхронизм



В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление , примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П (см. рис. 8 а).

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пускания двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент . Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рис. 9) и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряжение применяют при достаточной мощности сети, способной выдерживать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номинальным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно применить пуск двигателя при пониженном напряжении автотрансформаторный или реакторный.

Коэффициент полезного действия электропривода

Если электрический привод работает в неизменном режиме с постоянной мощностью, то КПД вычисляется по уравнению:

КПД электропривода рассматривается как коэффициент полезного действия электромеханической системы и находится в результате произведения КПД электродвигателя, управляющего устройства, преобразователя и механической передачи , з_эп=з_дз_ууз_пз_мп. Наиболее значимой величиной является коэффициент полезного действия электродвигателя, который растет с увеличением мощности и оборотов вращения, рисунок 10, а. КПД зависит также от развиваемой двигателем полезной механической мощности на валу, рисунок 10, б.

Рис. 10 Графики КПД электродвигателя: а - КПД в функции мощности; б - зависимость КПД от величины нагрузки на выходном валу двигателя

КПД работающего двигателя зависит от развиваемой им полезной механической мощности на валу. При малых нагрузках КПД двигателя небольшой (см. рис. 10, б), по мере увеличения нагрузки он растет, достигая максимального значения при мощности, несколько меньшей номинальной з_max.

Способы повышения КПД двигателей могут быть следующими: ограничение времени работы двигателя на холостом ходу; обеспечение нагрузки двигателя при работе, близкой к номинальной (в том числе путем замены малозагруженного двигателя на двигатель меньшей мощности, что необходимо обосновать экономически, т. е. капитальные затраты на замену должны окупиться за счет сокращения эксплуатационных расходов); применение регулятора экономичности; снижение потерь энергии в переходных режимах. В регулируемых ЭП должны применяться способы, характеризующиеся малыми потерями мощности, например частотное регулирование скорости асинхронных и синхронных двигателей.

Реостаты

Реостат -- это устройство (аппарат) переменного электрического сопротивления для регулирования тока в цепи какой-либо обмотки двигателя. Реостаты подразделяют на пусковые, регулировочные, пускорегулирующие и регуляторы напряжения. Конструктивно реостаты состоят из двух основных частей: резисторов и переключающего устройства. В процессе работы реостаты нагреваются и для того чтобы перегрев реостата не превысил допустимые пределы, в нем применяют охлаждение. Реостаты бывают с естественным воздушным охлаждением и масляным охлаждением. Последние разделяют на реостаты с естественным охлаждением масла, путем отдачи теплоты в окружающую среду через металлические стенки бака, и с водяным охлаждением масла. Масло обладает большой теплоемкостью и обеспечивает интенсивный отбор теплоты от резисторов. По сравнению с воздушными масляные реостаты имеют меньшие габариты. Пусковые реостаты и пусковая часть пускорегулирующих реостатов работают в кратковременном режиме. Условия работы этих реостатов наиболее тяжелые, так как за короткое время пуска вся теплота, выделяемая в резисторах проходящим по ним током, почти полностью идет на нагрев резисторов, так как никакого отвода теплоты за такое короткое время не происходит. К тому же нужно иметь в виду, что пусковой ток в 5 --10 раз превышает номинальное значение тока двигателя.

Переключатели ступеней реостата должны обеспечить плавный переход с одной ступени на другую без разрыва цепи. Переключающие устройства могут быть плоскими и барабанными. Применяют пусковые реостаты, укомплектованные реле защиты. На рис. 11 представлена функциональная схема пускового реостата типа РЗП со встроенным контактором, применяемого для пуска двигателей постоянного тока. Переключатель ступеней плоского типа с рукояткой Р. При пуске двигателя рукоятку Р переводят с контакта 0 на контакт 1. При этом катушка реле напряжения KV оказывается подключенной к сети. Реле сработает, и его контакты KV замкнутся. При этом обмотка якоря (Я1 и Я2) и обмотка возбуждения (Ш1 и Ш2) окажутся подключенными к сети и якорь двигателя начнет вращение. Рукоятку Р следует плавно перемещать по часовой стрелке, при этом сопротивление пускового реостата будет уменьшаться. При положении рукоятки Р в крайнем правом положении резисторы реостата будут полностью выведены и процесс пуска закончится. Если в процессе работы двигатель окажется перегруженным, то сработает реле максимального тока КА и его контакты разомкнутся. При этом будет отключена катушка реле KV и двигатель будет отключен. Резистор г ограничивает ток в катушке KV до значения, меньшего силы тока срабатывания, поэтому повторное включение двигателя возможно лишь при переводе рычага Р в положение контакта 1, когда напряжение на катушку KV будет подано в обход резистора r.



Рис. 11. Функциональная схема пускового реостата типа РЗП

Рис. 12. Трёхфазный пусковой реостат

Обмотка возбуждения двигателя получает питание через шину Ш пускового реостата. Благодаря этому, при отключении двигателя обмотка возбуждения оказывается замкнутой на резисторы реостата и энергия магнитного поля, запасенная в обмотке возбуждения, расходуется на создание тока и нагрев этих резисторов. Если бы пусковые реостаты не имели шины Ш, то значительная по величине ЭДС самоиндукции, наведенная в обмотке возбуждения при ее размыкании, могла вызвать пробой изоляции этой обмотки.

Пусковые реостаты трехфазных асинхронных двигателей имеют более сложную конструкцию и большие габариты. Это вызвано тем, что такой реостат содержит три ветви резисторов с контактами 1--4 в каждой ветви, трехлучевой рычаг и тройную систему контактов (рис. 12).

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное включение, чем достигается уменьшение их габаритов, массы и стоимости. Поэтому во избежание перегорания пускового реостата его переключающий рычаг не следует долго задерживать на промежуточных контактах.

Пускорегулирующие реостаты предназначены для продолжительной работы. В связи с этим их габариты больше, чем у пусковых реостатов.

В автоматизированном электроприводе в качестве пусковых реостатов используют резисторы и соединяют их по требуемым схемам, шунтируя их контактами контакторов, катушки которых включены в схемы управления электроприводом.

Регуляторы напряжения включаются в цепь независимой (параллельной) обмотки возбуждения двигателей постоянного тока. Эти реостаты имеют плоскую переключающую систему с большим количеством контактов переключения. Скользящий контакт рычага должен одновременно перекрывать не менее двух контактов. Делается это для того, чтобы исключить размыкание цепи возбуждения при переводе рычага с одного контакта на другой (рис. 6.39), что могло бы привести к значительному перенапряжению в цепи независимой (параллельной) обмотки возбуждения, а также создало бы опасность ?разноса? двигателя.

Широкое применение получили реостаты возбуждения типа РПВ. Например, реостат РПВ-11 мощностью 0,9 кВт с предельно допускаемым током 10 А имеет 34 ступени.

Рис. 13. Регулятор возбуждения

Исполнительные электромагниты

Электромагниты, применяемые для приведения в действие каких-либо регулирующих элементов или создания силового воздействия, называют исполнительными. Например, исполнительные электромагниты могут быть использованы для перемещения заслонки трубопровода, поворота вентиля, перемещения шестерни в коробке переключения передач и т.п. Таким образом, электромагнит осуществляет преобразование электрической энергии в механическую, а следовательно, он, так же как и электродвигатель, является электромеханическим преобразователем энергии. Но в отличие от электродвигателей электромагниты являются устройствами дискретного (релейного) действия, так как их подвижная часть -- якорь может находиться лишь в одном из двух устойчивых состояний: притянутом либо отпущенном.

В зависимости от рода тока в катушке электромагниты подразделяют на электромагниты постоянного и переменного тока; по виду движения якоря -- прямоходовые и клапанные; по форме маг- нитопровода -- с П-образным, Ш-образным и цилиндрическим якорем; по величине хода якоря -- короткоходовые (ход якоря не более 10 мм) и длинноходовые (ход якоря до 150 мм). Магнитопроводы электромагнитов постоянного тока выполняют монолитными из магнитно-мягкой стали. Магнитопроводы электромагнитов переменного тока делают шихтованными из листовой электротехнической стали, что позволяет снизить потери от вихревых токов. Чтобы избавиться от вибраций якоря, в электромагнитах переменного тока в торце якоря размещают короткозамкнутый виток.

Основными параметрами электромагнита являются ход якоря и тяговое усилие на якоре. Электромагниты переменного тока при одинаковых габаритах с электромагнитами постоянного тока развивают тяговое усилие в два раза меньше. Рассмотрим устройство и работу некоторых видов исполнительных электромагнитов. Электромагнитный тарельчатый клапан (рис. 14) применяют для управления потоком жидкости. Он состоит из прямоходового электромагнита постоянного тока с коническим стопом и запорного устройства, расположенных в общем корпусе 3. При отключенной катушке электромагнита тарель 10 действием запорной пружины 2 прижата к соплу 11 и поток жидкости перекрыт. При подаче напряжения на обмотку 5 якорь 8 втягивается, сжимая запорную пружину 2, и освобождает тарель 10, которая под действием пружины 1 и давления жидкости поднимается и открывает сопло 11. Жидкость заполняет полость клапана и выходит через отверстие 9. Для закрытия клапана необходимо отключить обмотку электромагнита. Для регулировки величины хода клапана в пределах немагнитного зазора 7 служит регулировочный винт 6, фиксирующий положение конического стопа 4.



Рис. 14. Электромагнитный клапан

Электромагнит с преобразованием движения. При необходимости получить на выходе электромагнита вращательное движение в пределах ограниченного угла электромагнит дополняют передаточным механизмом (рис. 14), состоящим из зубчатого сектора 3 и зубчатого колеса 4. Здесь применен прямоходовой электромагнит постоянного тока с плоским стопом с сердечником цилиндрической формы. При подаче напряжения на катушку 1 якорь 2 втягивается и посредством тяги, преодолевая противодействие пружины 5, поворачивает сектор 3 вокруг оси О. Сектор 3, находясь в зацеплении с зубчатым колесом 4, вызывает его поворот на угол, определяемый величиной хода якоря 2. При этом пружина 5 растягивается. При отключении катушки 1 действием пружины 5 сектор 3 возвращается в исходное положение, вновь поворачивая колесо 4, но теперь уже в обратном направлении. Рассмотренные электромагниты являются короткоходовыми. На рис. 15 показана конструкция длинноходового электромагнита постоянного тока, применяемого для отпирания дверей шахты лифта.

При подключении катушки 4 якорь 1 под действием тягового усилия перемещается вверх вместе с устройством, прикрепленным к его хвостовику 7. Амортизационная прокладка 2 смягчает удар якоря о верхнюю крышку 3. Выводы 5 катушки расположены на клеммной доске. Кронштейн 6 служит для крепления электромагнита на месте его монтажа.

Рис. 15. Электромагнит с преобразованием движения Рис. 16 Электромагнит длинноходовый

Типовая схема пуска двигателя постоянного тока в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени

Схема пуска двигателя в две ступени по принципу ЭДС и динамического торможения по принципу времени. В этой схеме (рис. 16, а) в качестве датчика ЭДС использован якорь двигателя, к которому подключены катушки контакторов ускорения КМ1 и КМ2, обеспечивающих шунтирование пусковых резисторовR_д1 и R_д2. С помощью регулировочных резисторов Ry₁ и Ry₂ эти контакторы могут быть настроены на срабатывание при определенных скоростях двигателя.

Для осуществления торможения в схеме предусмотрен резистор R_д3, подключение и отключение которого осуществляется контактором торможения КМЗ. Для обеспечения выдержки времени используется электромагнитное реле времени КТ, размыкающий контакт которого включен в цепь катушки контактора торможения КМ2.

После подключения схемы к источнику питания происходит возбуждение двигателя, а аппараты схемы остаются в исходном положении. Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1, что приводит к срабатыванию линейного контактора КМ и подключению двигателя к источнику питания. Двигатель начинает разбег с включенными резисторами R_дl+R_д2 в цепи якоря по характеристике 1 (рис16, б). По мере увеличения скорости двигателя растет его ЭДС и соответственно напряжение на катушках контакторов КМ1 и КМ2. При скорости щ, срабатывает контактор КМ1, закорачивая своим контактом первую ступень пускового резистора R_д1, и двигатель переходит на характеристику 2. При скорости щ ₂ срабатывает контактор КМ2, шунтируя вторую ступень пускового резистора R_д2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и заканчивает свой разбег в точке установившегося режима с координатами щ_с-М_с определяемой пересечением естественной характеристики 3 двигателя и характеристики нагрузки.



Рис. 17 Схема пуска двигателя по принципу ЭДС и динамического торможения по принципу времени (а) и характеристики двигателя (б)

Для перехода к режиму торможения нажимается кнопка SB2. Катушка контактора КМ теряет питание, размыкается замыкающий силовой контакт КМ в цепи якоря двигателя, и он отключается от источника питания. Размыкающий блок-контакт КМ в цепи катушки контактора торможения КМЗ замыкается, последний срабатывает и своим главным контактом подключает резистор R_д3 к якорю М, переводя двигатель в режим динамического торможения по характеристике 4 (рис. 17, б). Одновременно размыкается замыкающий контакт контактора КМ в цепи реле времени КТ, оно теряет питание и начинает отсчет времени. Через интервал времени, который соответствует снижению скорости двигателя до нуля, реле времени отключается и своим контактом разрывает цепь питания контактора КМЗ. Резистор R_д3 отключается от якоря М двигателя, торможение заканчивается, и схема возвращается в свое исходное положение.

Применение динамического торможения обеспечивает более быстрый останов двигателя и тем самым быстрое прекращение движения исполнительного органа рабочей машины.



Схема управления асинхронными короткозамкнутыми двигателями с помощью реверсивного магнитного пускателя

Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК (рис18). Схема обеспечивает прямой пуск и реверс двигателя, а также торможение про- тивовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

В схеме предусмотрена защита от перегрузок двигателя (реле КК) и коротких замыканий в цепи статора (автоматический выключатель QF) и управления (предохранители FA). Кроме того, схема управления обеспечивает и нулевую защиту от исчезновения (снижения) напряжения сети (контакторы КМ1 и КМ2).

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

Для реверса или торможения двигателя 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 другом порядком чередования фаз. Магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения на противоположное, и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов: торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.



Рис. 18. Схема управления асинхронным двигателем с использованием реверсивного магнитного пускателя

В случае необходимости только торможения двигателя при достижении им нулевой скорости должна быть вновь нажата кнопка SB3, что приведет к отключению двигателя от сети и возвращению схемы в исходное положение. Если кнопка SB3 нажата не будет, то это приведет к разбегу двигателя в другую сторону, т.е. к его реверсу.

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 блокировке в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ1 в цепь 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 может иметь место при установке предохранителей, а также он не требует замены элементов (как в предохранителях при сгорании их плавкой вставки).



Список литературы

1. Кацман М. М. «Электрические машины» (СПО), 2013 г. 496 стр.

2. Кацман М. М. «Электрический привод», 2011г. 384 стр.

3. Москаленко В. В. «Системы автоматизированного управления электроприводом», 2007 г. 206 стр.

4. Никитенко Г. В. «Электропривод производственных механизмов» (Учебное пособие для вузов), 2012 г. 240 стр.

Размещено на Allbest.ru

...