элементов контроллера

Рис. 3.1. – Контроллер КВ-1900 К

Вопросы для самопроверки

1. Объясните назначение каждого элемента в схеме.

2. Расскажите о пусковых свойствах АД данной серии.

3. Расскажите о достоинствах и недостатках принятого в данной схеме способа регулирования частоты вращения АКД.

4. Объясните процессы, происходящие в обмотке АКД при их последовательном включении. Нарисуйте механическую характеристику АКД.

5. Объясните процессы, происходящие в закороченных обмотках АКД при нахождении маховичка контроллера в первом положении, во втором положении.

6. Объясните работу защит в данной схеме.

7. Объясните, почему катушка электромагнитной защёлки питается постоянным напряжением.

8. Расскажите о способах торможения, принятых в данной схеме.

9. Каковы действия, устройство и регулировка параметров электромеханического тормоза?

Рекомендуемая литература

1. Ицкович Ю.Л., Головин Ю.К. Судовые электрические приводы. – М.: Транспорт, 1974. - §47. – С. 195-200.

2. Судовые электроприводы: Справочник. Т.2. – Л.: Судостроение, 1983. – Пп. 6.4.16, 6.4.17.- С. 27-31.

3. Бабаев А.Н., Ягодкин В.Я. Автоматизированные судовые электроприводы. – М.: Транспорт, 1986. – С. 10-36.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Ц е л и р а б о т ы:

1.1. Изучить принципы построения схем полуавтоматического пуска двигателей постоянного тока и способы их настройки.

1.2. Изучить режимы пуска и динамического торможения электродвигателей постоянного тока.

1.3. Изучить работу узлов типовых защит и блокировок.

2. Краткие теоретические сведения.

2.1.1. Для пуска двигателей постоянного тока параллельного возбуждения необходимо подать питание на обмотку возбуждения и якорную обмотку электродвигателя. При этом необходимо иметь ввиду, что обмотки якорей электрических машин постоянного тока обладают малым сопротивлением, относительное значение которого изменяется в зависимости от исполнения и мощности машин от 0,13 до 0,03, поэтому прямое включение якорной обмотки на номинальное напряжение для машин средней и большой мощности приводит к недопустимо большому броску тока. Такие броски тока могут явиться причиной срабатывания максимальных защит, а также повреждения коллекторов и щёточных узлов машин постоянного тока.

Для предотвращения бросков тока при пуске двигателей постоянного тока необходимо во время пуска включить в якорную цепь электродвигателя пусковое сопротивление. При этом ток, протекающий в якорной цепи, определяется согласно закону Ома:

(1)

где U_c – напряжение сети, В;

r_а – сопротивление якорной цепи, Ом;

R_п – пусковое сопротивление, Ом.

Пусковое сопротивление выбирается из того расчёта, что пусковой ток не должен быть больше (2 ¸ 2,5) I_ан, где I_ан – номинальный ток электродвигателя.

После включения двигателя в сеть взаимодействие тока якорной обмотки с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения, приводит к возникновению вращающего момента, под действием которого якорь электродвигателя начинает вращаться. По мере разгона якоря электродвигателя в якорной обмотке начинает расти ЭДС вращения, которая направлена встречно напряжению сети. Под действием ЭДС вращения ток якорной обмотки уменьшается, и надобность в пусковом сопротивлении отпадает. Пусковое сопротивление нужно выводить из якорной цепи в тот момент времени, когда ЭДС вращения достигает величины, достаточной для того, чтобы выполнялось неравенство:

(2)

т.е. бросок тока при выводе пускового сопротивления не должен превышать (2 ¸ 2,5)I_an. Из уравнения (2) следует, что выводить пусковое сопротивление нужно тогда, когда выполняется следующее условие:

(3)

или с учётом (1)

В практических схемах управления электрическими приводами пуски электродвигателей автоматизированы. В зависимости от параметра, формирующего команду на вывод пускового сопротивления, различают 3 основных принципа автоматизации пуска электродвигателей постоянного тока:

1. Пуск в функции времени.

2. Пуск в функции ЭДС.

3. Пуск в функции тока.

Команда на вывод пускового сопротивления в схемах, реализующих данный принцип, подаётся по истечении расчётного времени, за которое вал двигателя успевает разогнаться до необходимой угловой скорости.

Недостатком данного способа пуска является возможность возникновения больших бросков тока при пусках электродвигателя с имеющейся нагрузкой на валу. Сигнал управления формируется с помощью реле времени.

2.1.2. Пуск в функции ЭДС.

Данный способ пуска основан на том, что сигнал управления формируется с помощью реле напряжения, включенных параллельно якорной обмотке, т.е. команда на вывод пускового сопротивления подаётся тогда, когда ЭДС вращения достигает значения, указанного в формуле (3).

Данный принцип пуска исключает броски тока выше допустимых, однако при понижении напряжения сети или при значительном возрастании нагрузки на валу возможны «застревания» электродвигателя на искусственных характеристиках, что, как правило, приводит к повреждению пусковых сопротивлений.

2.1.3. Пуск в функции тока.

Данный принцип пуска основан на том, что с ростом ЭДС вращения ток, потребляемый якорной обмоткой, уменьшается, и, следовательно, сигнал на вывод пускового сопротивления может быть подан в момент уменьшения тока якоря до величины, определяемой значением ЭДС вращения.

Качество пуска при этом не зависит от изменения напряжения сети, однако при таком способе пуска возможны «застревания» электродвигателя на искусственных характеристиках при значительном возрастании нагрузки на валу.

2.2. Торможение электродвигателей постоянного тока.

Существует 3 способа электрического торможения электродвигателя:

1. Динамическое торможение.

2. Рекуперативное торможение.

3. Торможение противовключением.

2.2.1. Динамическое торможение.

Для динамического торможения электродвигателя необходимо отключить его якорную обмотку от сети и включить параллельно ей тормозное сопротивление, оставив обмотку возбуждения под напряжением. При этом по якорной обмотке протекает ток, определяемый величиной ЭДС вращения и тормозным сопротивлением:

Так как электродвигатель в режиме динамического торможения становится генератором, то возникающий электромагнитный момент является тормозным. Этот способ торможения широко применяется в судовых грузоподъёмных устройствах.

2.2.2. Рекуперативное торможение.

Режим рекуперативного торможения возникает тогда, когда под действием момента нагрузки, действующего согласно с моментом двигательного режима электропривода, скорость вращения ротора начинает превышать скорость вращения при идеальном холостом ходе. При этом ЭДС вращения становится больше напряжения сети, а ток якоря меняет направление, т.е.:

Двигатель переходит в генераторный режим работы с отдачей энергии в судовую сеть. Электромагнитный момент при этом является тормозным. Данный способ торможения применяется в грузоподъёмных устройствах для скоростного спуска грузов.

2.2.3. Торможение противовключением.

Режим противовключения возникает тогда, когда пусковой момент двигателя становится меньше момента, создаваемого нагрузкой на его валу. Однако такой режим может быть создан и при отсутствии нагрузки на валу тогда, когда электродвигатель реверсируют, не дожидаясь его остановки. При этом якорь по инерции продолжает вращаться в прежнем направлении. В режиме противовключения ЭДС вращения действует согласно с напряжением сети, и ток, потребляемый электродвигателем, равен:

или

поэтому в режиме противовключения для снижения броска тока якоря до безопасной величины необходимо вводить в цепь якоря сопротивление, которое превосходит по величине пусковое.

3. Общая характеристика лабораторной установки.

Лабораторный стенд для исследования схем полуавтоматического пуска электродвигателей постоянного тока содержит: электродвигатель постоянного тока типа П-21М, набор релейно-контакторной аппаратуры, пусковое и тормозное сопротивления, кнопочный пост управления, схему сигнализации, наборное поле, амперметр и секундомер.

Сборка схем осуществляется на наборном поле посредством коммутационных шнуров. Наборное поле представляет собой набор контактных гнёзд, связанных с соответствующими элементами схемы. Каждому элементу схемы соответствует его графическое и буквенное обозначение на наборном поле. Для контроля за правильностью сборки схем пуска и их настройки применена схема сигнализации, содержащая 3 сигнальные лампы и 4 световых табло. Кроме световой сигнализации схема осуществляет блокировку, не позволяющую запустить электродвигатель при неисправной цепи управления, возбуждения и при неудовлетворительной настройке схемы пуска.

Амперметр служит для настройки схем пуска, а также для контроля тока якоря электродвигателя.

Электросекундомер позволяет измерить время разгона и торможения электродвигателя при различных условиях пуска и торможения.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Получить у преподавателя задание на сборку схемы пуска.

4.2. Заполнить таблицу (см. п. 5.3.)

4.3. В соответствии с заданием и исходя из наличия аппаратуры на стенде составить принципиальную схему, реализующую данный способ пуска.

П р и м е ч а н и я.

1. Схема должна содержать следующие обязательные элементы:

-минимальную защиту;

-защиту от максимального тока якоря;

-защиту от обрыва цепи возбуждения;

-амперметр для контроля тока якоря электродвигателя.

2. Для торможения электродвигателя необходимо применять динамическое торможение.

4.4. Предъявить вычерченную схему преподавателю и после получения разрешения начать её сборку, руководствуясь следующими соображениями:

4.4.1. Сборку схемы необходимо производить в следующей последовательности: цепь возбуждения – цепь управления – силовая цепь.

4.4.2. При сборке цепи управления необходимо одновременно собирать не более одной параллельной ветви, проверяя под напряжением правильность сборки каждой параллельной ветви. Переходя таким образом от одной параллельной ветви к другой, собрать всю цепь управления.

4.4.3. Сборку цепи управления целесообразно начинать с ветвей, содержащих кнопочные посты управления.

4.4.4. Проверку тех ветвей, в которых содержаться контакты аппаратов, втягивающие катушки которых находятся в силовой цепи, необходимо производить путём искусственного замыкания или размыкания этих контактов.

4.4.5. К сборке силовой цепи необходимо приступить только в случае правильной работы цепи управления.

4.5. После окончания сборки схемы опробовать её и произвести настройку схемы таким образом, чтобы:

а) пусковой ток был ниже максимально допустимого;

б) бросок тока при выводе пускового сопротивления был равен пусковому току.

Величина максимально допустимого тока якоря задаётся преподавателем.

4.6. Снять зависимость t_пуск = f(R_п), t_торм = f(R_т) при условии выполнения п. 4.5.

5. Содержание отчёта.

Отчёт о лабораторной работе должен содержать:

1. Принципиальную схему, выполненную в соответствии с требованиями ЕСКД.

2. Графики зависимостей по п. 4.6.

3. Перечень аппаратуры, использованной в схеме, согласно табл. 4.1.

4. Анализ полученных результатов и выводы.

Таблица 4.1

Назначение	Буквенно-цифровое обозначение	Тип аппаратуры	Контакты, шт.	Номинальное напряжение катушки, В	Номинальный ток, А

Вопросы для самопроверки.

Как изменится пусковая диаграмма (положение точек А, В, С, Д), приведённая на рис. 4.1, если повторный автоматизированный пуск двигателя выполнить при изменившихся условиях? Принцип автоматизации пуска и характер изменения условий пуска (индекс 2) заданы таблицей вариантов 4.2.

Таблица 4.2

В таблице:

f (t) – пуск в функции времени;

f (Ea) – пуск в функции ЭДС якоря;

f (Ia) – пуск в функции тока якоря;

Мс1 – статический момент нагрузки при первом пуске двигателя в соответствии с приведённой пусковой диаграммой;

Мс2 – статический момент при повторном пуске;

Rп1, Rп2 – пусковые сопротивления при первом и повторном пусках;

Uc1, Uc2 – напряжение сети при первом и повторном пуске;

Ф1, Ф2 – магнитный поток двигателя при первом и повторном пусках.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР-ДЫИГАТЕЛЬ.

1. Ц е л и р а б о т ы:

1. Изучить свойства классической системы генератор – двигатель (Г-Д).

2. Изучить свойства системы Г-Д с отрицательной обратной связью по току главного контура.

3. Изучить свойства системы Г-Д с отрицательной обратной связью по току главного контура и бустерным возбуждением исполнительного двигателя.

2. Общая характеристика стенда.

2.1. Схема электрическая принципиальная исполнительного стенда представлена на рис. 5.1.

2.2. Схема содержит следующие элементы:

G1 – главный генератор;

G2 – возбудитель;

G3 – нагрузочный генератор;

G4 – тахогенератор;

М1 – исполнительный двигатель;

М2 – приводной двигатель возбудителя;

М3 – приводной двигатель главного генератора;

ПУ – пульт управления;

НОВ G2 – независимая обмотка возбуждения возбудителя;

ООСТ G2 – обмотка обратной связи по току возбудителя;

Q1 – выключатель обратной связи по току;

Q2 – переключатель возбуждения исполнительного двигателя;

ПУХС – регулятор нагрузки (пульт управления ходом судна);

КВ, КН – контакторы направления вращения;

РН – реле нулевой защиты;

РА1 – амперметр для измерения тока главной цепи (А);

РА2 – амперметр для измерения тока нагрузочного генератора (А);

PW – ваттметр (Вт*3);

PV1 – вольтметр для измерения напряжения главного генератора (В);

PV2 – вольтметр для измерения напряжения на ОВМ1 (В);

PV3 – вольтметр для измерения напряжения на ОВ1 (В);

Рn – тахометр (об/мин*10);

РС – реле скорости.

Цепь главного тока (главный контур) системы Г-Д образуется якорными обмотками исполнительного двигателя М1 и главного генератора. Кроме того, в главный контур включен амперметр РА1 и измерительный шунт RИ. Обмотка возбуждения ОВG1 главного генератора включена параллельно якорной обмотке возбудителя G2 через настоечное сопротивление R2 и реверсивный квадрат, образованный контактами контакторов направления КВ и КН.

Таким образом,

где I_ВГ1 – ток возбуждения генератора; Е_G2 – ЭДС возбудителя; R_{а G2} – сопротивление якорной цепи возбудителя; R_{B G1} – сопротивление обмотки возбуждения.

Обмотка возбуждения ОВМ1 исполнительного двигателя через настроечное сопротивление R3 подключается к сети постоянного тока непосредственно (Q2 в положении «1») или через последовательно включенную якорную обмотку возбудителя (Q2 в положении «2»).

Таким образом, ток I_ВМ1 обмотки возбуждения исполнительного двигателя определяется следующим образом:

а) при переключении выключателя Q2 в положение «1»:

б) при переключении выключателя Q2 в положение «2»:

В случае (б) возбудитель G2 выступает по отношению к ОВМ1 в роли вольтдобавочной машины или бустера.

Возбудитель G2 имеет 2 обмотки возбуждения: независимую обмотку возбуждения НОВ G2 и обмотку обратной связи по току ООСТ G2, причём НОВ G2 подключена к выходу поста управления ПУ, а ООСТ G2 – к измерительному шунту RИ главного контура. Для двигательного режима работы главного двигателя обмотка ООСТ G2 включается таким образом, чтобы её намагничивающая сила была направлена встречно намагничивающей силе НОВ G2. Для того, чтобы это условие выпонялось для обоих направлений вращения исполнительного двигателя, ООСТ G2 включена через реверсивный квадрат, образованный контактами контакторов направления КВ и КН.

Для создания статического момента (момента сопротивления) на валу исполнительного двигателя М1 в схеме применяется нагрузочный генератор G3, вал которого жёстко соединён с валом исполнительного двигателя, а якорная обмотка закорочена через амперметр РА2. Ток возбуждения I_ВG3 генератора G3, а следовательно, и момент сопротивления, может изменяться путём изменения положения рукоятки ПУХС (пульт управления ходом судна).

3. Принципы работы различных вариантов схемы.

3.1. Классическая система Г-Д.

Для получения схемы классической системы Г-Д необходимо переключатель Q1 перевести в положение «Выкл.», что соответствует закорачиванию измерительного шунта RИ и, следовательно, выключению из работы цепи обратной связи по току главного контура. Переключатель Q2 необходимо перевести в положение «1», что соответствует подключению цепи возбуждения исполнительного двигателя непосредственно к сети. При этом регулировка угловой скорости исполнительного двигателя М1 осуществляется путём изменения (за счёт перевода рукоятки поста управления ПУ) напряжения на независимой обмотке возбуждения возбудителя G2, в результате чего изменяется ЭДС возбудителя, а следовательно, ток возбуждения, магнитный поток и ЭДС главного генератора.

Ток возбуждения исполнительного двигателя остаётся неизменным и определяется выражением (1). Следовательно, различным положениям поста управления соответствует семейство почти параллельных друг другу механических характеристик исполнительного двигателя (см. рис. 5.1), жёсткость которых определяется сопротивлением якорной цепи, действием реакции якоря главных машин и жёсткостью механической характеристики приводного двигателя генератора.

Реверс исполнительного двигателя производится путём перевода рукоятки поста управления ПУ из положения «Вперёд» в положение «Назад». При этом с помощью реверсивного квадрата изменяется направление тока возбуждения ОВ G1, а следовательно, изменяется полярность его ЭДС.

3.2. Система Г-Д с отрицательной обратной связью по току главной цепи.

Для получения указанной схемы необходимо перевести выключатель Q1 в положение «Вкл.», а переключатель Q2 – в положение «1». При этом в действие вводится цепь отрицательной обратной связи по току главного контура, которая осуществляется за счёт обмотки ООСТ G2 возбудителя. В такой схеме механические характеристики исполнительного двигателя (для двигательного режима) будут иметь резко выраженный характер («экскаваторный» вид) (см. рис. 5.3.), потому что на их жёсткость влияет, кроме факторов, упомянутых в п. 3.1, размагничивающее действие на возбудитель G2 обмотки ООСТ G2, намагничивающая сила которой направлена встречно намагничивающей силе НОВ G2. Так как цепь ООСТ G2 включена на падение напряжения на измерительном шунте RИ, то её намагничивающая сила прямо пропорциональна току главного контура.

3.3. Система Г-Д с отрицательной обратной связью по току и бустерным возбуждением исполнительного двигателя.

Для получения указанной схемы необходимо выключатель Q1 поставить в положение «Вкл.», а выключатель Q2 – в положение «2». Цепь возбуждения исполнительного двигателя подключается к сети постоянного тока через якорную обмотку возбудителя, и ток обмотки ОВМ1 определяется выражением (3). Механические характеристики исполнительного двигателя в такой схеме приобретают гиперболический вид (см. рис. 5.3.), т.к. с увеличением нагрузки на его валу за счёт действия обмотки ООСТ G2 происходит одновременное уменьшение тока возбуждения главного генератора и увеличение тока возбуждения исполнительного двигателя (см. выражения (1) и (3)).

Рис. 5.1. Схема электрическая принципиальная лабораторного стенда.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Изучить схему лабораторного стенда, выяснить назначение всех её элементов.

4.2. Ответить на котнрольные вопросы преподавателя.

4.3. Опробовать работу схемы при всех положениях поста управления.

4.4. Для всех трёх систем Г-Д в одном положении поста управления, заданном преподавателем, снять данные для построения зависимостей n_M1 = f (I_a); U_BG1 = f (Ia); U_BM1 = f(Ia); n_M1 = f(M); P_M1 = f (M); h = f (M).

4.4.1. Зависимости n_M1 = f(M); P_M1 = f (M); h = f (M) необходимо построить на одном графике.

4.4.2. Зависимости n_M1 = f (I_a); U_BG1 = f (Ia); U_BM1 = f(Ia) необходимо построить на другом графике.

4.4.3. Экспериментальные и расчётные данные необходимо внести в табл. 5.1.

4.4.4. Для расчёта значений Р_М1, М и h можно применить следующие соотношения:

1)

где Р_М1 – мощность на валу ИД, Вт;

Р_аG3 = I_aG3²×R_aG3 – электромагнитная мощность нагрузочного генератора (в данной схеме полностью идущая на покрытие потерь в якорной цепи), Вт;

R_aG3 – сопротивление якорной цепи нагрузочного генератора, Ом (принимается равным 3 Ом);

-постоянные потери нагрузочного генератора, Вт;

Р_нG3 – номинальная (паспортная мощность нагрузочного генератора), Вт;

h_нG3 – номинальное (паспортное) значение КПД нагрузочного генератора.

2) - момент на валу ИД, Н×м;

3) - КПД системы Г-Д.

Таблица 5.1

5. Содержание отчёта.

Отчёт должен содержать:

1. Электрическую принципиальную схему лабораторной установки.

2. Паспортные данные электрических машин.

3. Таблицу экспериментальных и расчётных значений параметров.

4. Графики зависимостей n_M1 = f (I_a); U_BG1 = f (Ia); U_BM1 = f(Ia) для всех рассматриваемых систем Г-Д.

5. Графики зависимостей n_M1 = f(M); P_M1 = f (M); h = f (M) для всех рассматриваемых систем Г-Д.

Вопросы для самопроверки.

1. Покажите на схеме, каким образом производится регулирование угловой скорости исполнительного двигателя в системе Г-Д при неизменном значении Мс.

2. Объясните назначение реверсивных квадратов для обмоток ОВ G1 и ООСТ G2.

3. Расскажите, каким образом влияет на режим работы различных систем Г-Д изменение величины момента сопротивления на валу ИД.

4. Какие факторы влияют на жёсткость механических характеристик ИД в различных системах Г-Д?

5. Покажите, как будут выглядеть участки механических характеристик ИД в различных системах Г-Д, соответствующие режиму рекуперативного торможения.

6. Расскажите о достоинствах, недостатках и областях применения различных систем Г-Д.

7. Покажите, как повлияет на режим идеального холостого хода ИД изменение величины сопротивлений R1, R2, R3 в различных системах Г-Д.

8. Покажите, как повлияет на величину тока стоянки и момента стоянки ИД изменение величины сопротивлений R1, R2, R3 в различных системах Г-Д.

9. Каким образом в рассматриваемой схеме работает нулевая защита?

10. Покажите, каким образом в рассматриваемой схеме может быть реализована защита по максимальному току главного контура.

Рекомендуемая литература.

1. Чекунов И.А. Теория судового электопривода. – Л.: Судостроение, 1982. – С. 174-183.

2. Быховский Ю.И., Шеинцев Е.А. Электроприводы траловых лебёдок. – М.: Пищ. пром-сть, 1971. – С. 69-75.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 332; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!