Курсовая Методики анализа и расчета выпрямителей

Курсовая Методики анализа и расчета выпрямителей

Наибольшее распространение в грузовых электроприводах имеет, очевидно, торможение асинхронных двигателей противовключением, которое не требует дополнительных устройств, а осуществляется переключением на обратное вращение. Однако наряду с этим способом достаточно широкое применение находит и динамическое торможение.

Схема включения и физическая сущность процессов, протекающих в асинхронном двигателе в режиме динамического торможения, значительно отличаются от аналогичных показателей других режимов работы двигателя. Для получения этого режима обмотка статора отключается от сети трехфазного переменного тока и включается на пониженное напряжение постоянного тока.

Постоянный ток, протекая по обмотке статора, создает неподвижное в пространстве магнитное поле, которое наводит э. д. с. и ток в обмотке вращающегося ротора. Взаимодействие этого тока с магнитным потоком статора и создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель представляет собой синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной частоте на сопротивление цепи ротора. Однако для расчета механических характеристик асинхронного двигателя при динамическом торможении режим синхронного генератора заменяется режимом асинхронного двигателя с питанием статора вместо постоянного тока IП равнозначным ему по м. д. с. трехфазным переменным током I1. Механические характеристики динамического торможения по форме аналогичны характеристикам двигательного режима, но, в отличие от них, выходят из начала координат и располагаются во втором квадранте координатной плоскости (рис.16).

Расчет динамического торможения и построение механических характеристик без учета насыщения магнитной системы двигателя можно осуществить, имея паспортные (каталожные) данные машины, в том числе Е2Н и I2Н. При этом возможно ориентировочное определение активного и индуктивного сопротивления обмоток двигателя.

Активное сопротивление обмотки ротора можно найти из уравнений (74) и (75).

Приведенное значение этого сопротивления будет

где – коэффициент трансформации асинхронного двигателя.

С достаточной для ориентировочных расчетов точностью можно принять активное сопротивление статора равным приведенному значению сопротивления ротора, т.е.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания двигателя

В этом уравнении можно принять:

– для асинхронных короткозамкнутых двигателей

– для двигателей с фазным ротором

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания

При динамическом торможении используют параметр относительной скорости ν, который аналогичен скольжению s, характеризующему работу асинхронного двигателя:

Критическое значение относительной скорости двигателя определится из выражения

При выборе νКР для тормозной механической характеристики следует иметь в виду, что наибольший тормозной эффект при определенном МКР имеет место при νКР ≈ 0,41, которую можно получить для двигателя с фазным ротором путем введения в цепь ротора активных добавочных сопротивлений.

Критический, а, следовательно, и тормозной динамический моменты выбираются в зависимости от времени, в течение которого необходимо затормозить привод. Из уравнения критического момента при динамическом торможении

можно определить эквивалентный тормозной ток статора

В зависимости от схемы включения обмотки статора на питание от источника постоянного тока, между трехфазным переменным током I1 и постоянным током IП устанавливается определенное соотношение. Если к источнику постоянного тока подключить два луча звезды обмотки статора, то IП = 1,23I1. При этом к статору подводят напряжение

где r1 – активное сопротивление одной фазы статора.

Для построения всей механической характеристики асинхронного двигателя при динамическом торможении можно воспользоваться формулой Клосса, записанной для этого режима;

Рассчитанная и построенная для сопротивления r2’ механическая характеристика является естественной. Искусственные характеристики можно рассчитать и построить с помощью соотношения

где R2 = r2 + rД – общее активное сопротивление фазы ротора.

Что такое динамическое торможение асинхронного двигателя применение

Главное меню

• Главная
• Паровые машины
• Двигатели внутреннего сгорания
• Электродвигатели
• Автоматическое регулирование двигателей
• Восстановление и ремонт двигателей СМД
• Топливо для двигателей
• Карта сайта

Судовые двигатели

• Судовые двигатели внутреннего сгорания
• Судовые паровые турбины
• Судовые газовые турбины
• Судовые дизельные установки

Торможение противовключением. Режим противовключения имеет место в том случае, когда ротор включенного в сеть элек­тродвигателя по инерции или под действием момента сопротив­ления вращается в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля статора. При этом электродвигатель развивает значительный тормозной момент и происходит весь­ма интенсивное торможение.

Данный способ торможения применяется как для ускорения остановки механизма, так и для получения устойчивых скоро­стей при спуске грузов (в подъемных устройствах). Если, например, требуется быстро остановить электродвигатель, то можно на ходу произвести переключение его статорной обмотки (поменять местами две фазы). При этом магнитное поле ста­тора начнет вращаться в сторону, противоположную направле­нию вращения ротора, который будет интенсивно затормажи­ваться. При снижении скорости ротора до нули статорную об­мотку необходимо от сети отключить, иначе ротор начнет вра­щаться в противоположную сторону.

Допустим, асинхронная машина работает в двигательном ре­жиме на естественной характеристике а в точке 1 при М ₁ =М _с (рис. 51,а). Чтобы перевести электродвигатель в режим противовключения, в его роторную цепь вводится добавочное сопротивление R _п и изменяется направление вращения магнит­ного поля путем переключения статорной обмотки. Очевидно, что при этом электродвигатель должен перейти на работу по искусственной характеристике b, уравнение которой будет иметь вид

Переход электродвигателя на работу с естественной харак­теристики (точка 1) на искусственную (точка 2) происходит по прямой, параллельной оси абсцисс. Однако в точке 2 электродвигатель устойчиво работать не может, так как развивае­мый им момент М ₂ ни по абсолютной величине, ни по знаку не совпадает с моментом сопротивления М _с . Поэтому скорость электродвигателя начинает резко уменьшаться и в точке 3 ста­новится равной 0. В этот момент обмотку статора необходимо отключить от сети, иначе ротор начнет вращаться в противопо­ложную сторону. При использовании режима противовключения для ускорения реверса электродвигателя обмотку статора от сети отключать не следует.

Необходимо иметь в виду, что дополнительное сопротивление R _п вводится в цепь ротора с тем, чтобы избежать слишком большого толчка тока в сети. Возможность подключения дополнительных сопротивлений в цепь ротора имеется лишь у электродвигателей с контактными кольцами. У электродвигате­лей же с короткозамкнутым ротором такой возможности нет и для ограничения тока при их торможении иногда дополнитель­ное сопротивление включает в цепь статора, хотя это приводит к существенному снижению тормозного момента.

Режим противовключения дает неплохие результаты, если требуется производить спуск грузов с заданными скоростями. Пусть электродвигатель работает на подъем груза на естественной характеристике а в точке 1 (рис. 51,б), развивая мо­мент М ₁ = M _с . Когда груз будет поднят на заданную высоту и его необходимо спустить, в цепь ротора можно включить допол­нительное сопротивление R _п и электродвигатель перейдет на работу по искусственной характеристике b, уравнение которой

При введении достаточного дополнительного сопротивления ис­кусственная характеристика b будет проходить левее точки 1’ (М ₁ =M _с ). В этом случае электродвигатель устойчиво будет ра­ботать в точке 4, а груз опускаться со скоростью — n ₄ , которую можно регулировать, вводя различные сопротивления в ротор­ную цепь. Чем больше величина сопротивления, введенного в цепь ротора, тем выше установившаяся скорость спуска.

Уменьшая сопротивление роторной цепи, можно соответст­венно уменьшить скорость спуска до нуля, а затем сделать ее отрицательной, т. е. заставить груз подниматься. Последнее воз­можно в том случае, если вращающий момент машины окажет­ся больше, чем момент, создаваемый грузом на ее валу.

Режим противовключения является простым и достаточно на­дежным тормозным режимом, но отличается неэкономичностью из-за больших потерь энергии и в дополнительных сопротивлени­ях. Наилучшие результаты он дает у электродвигателей с кон­тактными кольцами, где имеется возможность произвольно ме­нять активное сопротивление роторной цепи.

Генераторный режим с отдачей энергии в сеть. Ротор асин­хронного электродвигателя под влиянием внешних сил (напри­мер, опускающегося груза) может превысить синхронную ско­рость и вращать в направлении вращения магнитного поля статора со скоростью п ₂ >п ₁ . В этом случае скольжение s

Соответственно меняют свой знак э. д. с. и ток в роторе, а так­же вращающий момент, развиваемый электродвигателем.

Таким образом, при определенных условиях асинхронный электродвигатель без всяких переключений может переходить из двигательного режима в генераторный, возвращая некоторую часть электроэнергии в сеть.

Торможение с отдачей энергии в сеть чаще всего применяет­ся для ограничения скорости спуска груза у портальных кранов с большой высотой подъема, где этот способ торможения поз­воляет получить существенную экономию энергии.

Уравнение механических характеристик для генераторного режима следующее

Оно показывает, что характеристики электродвигателя являются прямым продолжением характеристики двигательного режима и располагаются во II квадранте (рис. 52).

Кроме того, уравнение (101) показывает, что скорость спус­ка груза можно регулировать, вводя различные активные со­противления в цепь ротора. Недостатком данного способа тор­можения следует считать повышенную скорость спуска груза. Даже при работе на естественной характеристике минимальная скорость спуска груза при данном способе торможения всегда превосходит наибольшую скорость его подъема примерно на 10—12%. При введении же дополнительных сопротивлений в цепь ротора скорость спуска груза значительно увеличивается (в некоторых случаях до двойной синхронной). Очевидно, что чем выше скорость электродвигателя в генераторном режиме, тем больше электроэнергии возвращается в сеть. Расчеты показыва­ют, что таким путем можно возвращать в сеть более 30% энер­гии, затраченной на подъем груза. Особенно большую экономию энергии данный способ дает при погрузке судов, когда высота спуска груза значительно больше, чем высота его подъема.

Режим динамического торможения. В последние годы в ста­ночных и некоторых крановых схемах широкое применение по­лучил режим динамического торможения асинхронных электро­двигателей при питании обмотки статора постоянным током.

Обмотка статора работающего электродвигателя отключается от сети трехфазного тока и подключается к источнику постоян­ного тока (рис. 53), в качестве которого может использоваться селеновый или купроксный выпрямитель, монтируемый непо­средственно у электродвигателя. При этом магнитное поле ма­шины будет неподвижным, в обмотке ротора при его вращении будет наводиться э. д. с. и появится ток, т. е. электродвигатель превратится в генератор, создающий тормозной момент. Таким образом, данный способ аналогичен торможению электродвига­телей постоянного тока замыканием на сопротивление при независимом возбуждении. Ротор электродвигателя, работающего в этом режиме, может вращаться по инерции или под действием момента внешних сил. Передаваемая при этом электродвигате­лю механическая энергия преобразуется в его роторе в электри­ческую, а последняя в тепловую.

Характеристики режима динамического торможения прохо­дят через начало координат и до некоторого предела их можно считать прямолинейными (см. рис. 53). Жесткость характери­стик определяется величиной активного сопротивления ротор­ной цепи. Чем выше величина сопротивления, тем мягче харак­теристика электродвигателя в этом режиме. Регулируя сопро­тивление, можно изменить число оборотов электродвигателя и тем самым регулировать, например, скорость спуска груза.

Торможение при однофазном включении. Иногда в крановых схемах на время спуска груза обмотка статора подключается только к двум фазам трехфазной сети. При этом вместо вра­щающего будет образовываться пульсирующее магнитное поле статора. Когда ротор под действием внешних сил будет вра­щаться в этом магнитном поле, то согласно закону Ленца в его обмотке будет индуктироваться ток, создающий тормозной момент. Путем соответствующего подбора сопротивлений, вклю­чаемых в роторную цепь, можно получать различные тор­мозные характеристики, позволяющие опускать груз со скоро­стями как ниже, так и выше синхронной. Скорость спуска при одном и том же тормозном моменте будет тем больше, чем большее сопротивление введено в цепь ротора.

Изменение направления вращения. Как указывалось, для изменения направления вращения асинхронного электродвигате­ля необходимо изменить направление вращения магнитного по­ля статора. Для этого достаточно поменять местами любые два провода, подводящие ток к зажимам статора. Такое переключение статорной обмотки можно осущест­вить посредством двухпо­люсного переключателя или двух-, трехполюсных контакторов (рис. 54).

Нужно помнить, что из­менению направления вра­щения на ходу предшествует торможение противовключением, которое для электро­двигателей с фазным рото­ном недопустимо без пред­варительного введения со­противления в цепь ротора.

Тормозные режимы асинхронной машины

Способы торможения. Тормозные режимы возникают в машине естественно при определенных условиях работы или создаются искусственно с целью ускорения процесса остановки двигателя. Торможение может быть: генераторное (с отдачей энергии в сеть), торможение противовключением и динамическое.

Генераторный режим асинхронной машины и генераторное торможение. Асинхронная машина, работающая в режиме генератора, приводится во вращение посторонним двигателем в направлении вращения поля статора. Частота вращения ротора п в генераторном режиме больше частоты вращения поля n₁(n>n₁), поэтому скольжение s будет отрицательным и наводимая ЭДС в обмотке статора E₁>U. В результате ток статора I₁ меняет фазу на 180°. Электромагнитная сила также изменяет направление и возникающий момент противодействует вращению ротора.

Для создания вращающегося магнитного поля необходима реактивная мощность, соответствующая намагничивающему току I_1к.р..

Необходимость в реактивной мощности ограничивает широкое применение асинхронного генератора.

Генераторное торможение возникает в описанном выше генераторном режиме за счет противодействующего электромагнитного момента. Например, в грузоподъемной машине при опускании груза частота вращения ротора п может стать больше частоты вращения поля n₁. Тогда электромагнитный момент изменяет свой знак и становится тормозным.

3.15.3. Торможение противовключением. Этот способ осуществляется изменением направления вращения поля в работающем двигателе путем переключения любых двух фаз (рис. 3.32). На рисунке показано переключение фаз А и В.

Когда машина работает в двигательном режиме, переключатель находится в нижнем положении 1. При торможении он перебрасывается в положение 2, фазы А и В меняются местами. Поле при этом будет вращаться в противоположном направлении, а электромагнитный момент изменит направление на противоположное.

Рис. 3.32 Рис. 3.33

Под влиянием сил инерции ротор будет продолжать вращаться в прежнем направлении, а электромагнитный момент будет его тормозить. Механическая характеристика 2 при торможении показана на рис. 3.33. Торможение происходит путем перехода из точки а двигательного режима (характеристика 1) в точку b тормозного режима и далее по тормозной характеристике 2 частота вращения падает до нуля (точка с). Когда частота вращения ротора становится равной нулю, двигатель надо отключить от сети, так как в противном случае ротор начнет вращаться в противоположном направлении.

Динамическое торможение. Этот способ осуществляется путем отключения статора от сети переменного тока и включения обмотки статора на сеть постоянного тока (рис. 3.34). В двигательном режиме замкнуты контакты К1 и разомкнуты контакты К2. В тормозном режиме контакты К1 разомкнуты, а К2 замкнуты. В результате МДС статора создает неподвижное магнитное поле.

Взаимодействие магнитного поля статора с током ротора создает на валу двигателя тормозной момент. Механические тормозные характеристики показаны рис. 3.35. В этом случае ротор тормозится до полной остановки без дополнительных устройств.

Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов — Электроприводы механизмов подъема с динамическим торможением

Содержание материала

• Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов
• Тиристорные системы
• Электроприводы с импульсно-ключевыми коммутаторами в цепи ротора асинхронных фазных электродвигателей
• Электроприводы механизмов подъема с динамическим торможением
• Электропривод с двухдвигательным механизмом подъема
• Тиристорные электроприводы постоянного тока
• СИФУ
• Конструкция и наладка преобразователя
• Схемы электроприводов с тиристорным преобразователем постоянного тока
• Защита и наладка электропривода
• Тиристорные электроприводы с низкочастотными преобразователями частоты
• ТТС-100
• Схемы электроприводов с тиристорными преобразователями частоты
• Защита и наладка электроприводов с тиристорными преобразователями частоты
• Неисправности крановых тиристорных электроприводов

Электроприводы с динамическим торможением самовозбуждением имеют значительно более высокие регулировочные и энергетические показатели, чем рассмотренные выше электроприводы с торможением противовключением. Эти электроприводы выполняются только для механизмов подъемов, и их применение целесообразно при номинальных скоростях подъема выше 0,08 м/с. Комплектные электроприводы охватывают все крановые асинхронные двигатели с фазным ротором при управлении от комплектных устройств серии Б и П. Эти электроприводы выпускаются только для механизмов общепромышленного исполнения.
Электроприводы с магнитными контроллерами имеют индивидуальную защиту. Применение режима динамического торможения самовозбуждением позволяет получить устойчивые посадочные скорости при диапазоне регулирования 1:8, а за счет импульсно-ключевого включения на первом положении подъема обеспечивается регулирование скорости до 1:7. Следует также отметить, что, обладая повышенными регулировочными и энергетическими свойствами, рассматриваемые электроприводы позволяют значительно улучшить использование двигателей и повысить надежность работы контакторной аппаратуры благодаря снижению числа включений приводов при осуществлении доводочных операций, а также снизить нагрузки на механические передачи при натягивании грузовых канатов.
Электроприводы с магнитными контроллерами П6506 рассматриваются ниже на примере привода с возбуждаемыми двигателями. Схема электропривода приведена на рис. 5, а соответствующие ей механические характеристики — на рис. 6. В схеме реверс осуществляется контакторами КМ1 и КМ2, динамическое торможение — контактором КМ6, механически сблокированным с силовым контактором КМ1. Подпитка двигателя в режиме динамического торможения осуществляется от сети через контакты контакторов КМ5, КМ6, две фазы двигателя, выпрямитель VD1, реле контроля КА2, резистор. Регулирование скорости осуществляется контакторами КМ7-КМ10. Питание тормозных приводов производится через контакты контакторов КМ И и КМЗ. При подъеме и спуске предусматривается автоматический разгон под контролем электронных реле времени КТ2-КТ4. Режим динамического торможения реализуется на всех положениях спуска, кроме последнего, на котором двигатель работает от сети с минимальным невыключаемым сопротивлением в роторе. При остановке привода со спуска в течение времени выдержки реле КТЗ и КТ4 остается включенным контактор КМ6 и осуществляется электродинамическое торможение, что необходимо для облегчения работы тормоза.
Малая скорость подъема реализуется с помощью тиристорного блока VS1, работающего в импульсно-ключевом режиме.

Рис. 5. Схема электропривода механизма подъема с динамическим торможением и импульсно-ключевым регулированием малой скорости

Рис. 6. Механические характеристики электропривода по схеме рис. 5
Выпрямитель VD2 получает питание от зажимов обмотки ротора через конденсаторы С1. В цепи выпрямителя включены стабилитрон VD5 и управляющая часть оптрона VS2. Выходная часть оптрона включена в управляющие цепи тиристоров блока VS1. По уставке стабилитрона VD5 осуществляется автоматическое поддержание роторного напряжения независимо от нагрузки, а следовательно, и установленной малой частоты вращения электродвигателя.
Управление электроприводом может осуществляться из кабины с помощью командоконтроллера, как описано выше, а также от кнопочного поста. Кнопочный пост имеет пять кнопочных блоков, из которых четыре двухходовые, т.е. с двумя положениями кнопки. Кнопочный пост имеет также индивидуальный ключ S3.
Для работы от кнопочного поста переключателем постов в кабине STJ (Sni-Sn5) устанавливается режим управления с пола, а ключом S3 подготавливается работа с пола. При нажатии на посте кнопки SH включается контактор нулевой защиты КМ 11. При нажатии кнопки малой скорости спуска SCM2 с помощью вспомогательного контактора КСМ создается механическая характеристика малой скорости спуска. При нажатии кнопки большой скорости спуска SCB2 с помощью вспомогательного контактора КСБ двигатель разгоняется до выхода на механическую характеристику большой скорости спуска.
При переходе к малой скорости спуска происходит включение на динамическое торможение с самовозбуждением и последовательным уменьшением ступеней резисторов в цепи ротора.
Для реализации подъема с малой скоростью используется кнопка ST1M, а для подъема с номинальной скоростью — кнопка ST1B2. При этом осуществляется пуск по всем ступеням.
Вспомогательные контакторы КПМ, КСМ и КСБ устанавливаются на отдельной панели типа БКА. Поскольку при управлении от кнопочного поста реализуются все необходимые скоростные параметры крана и его производительность практически не снижается, такое управление может быть допущено для режимных групп ЗК-6К, т.е. управление из кабины является обязательным только для кранов режимных групп 7К-8К.

Одним из основных недостатков описанной схемы управления является отсутствие малой скорости спуска грузов, не преодолевающих трения механизма — порожнего крюка или грузов массой до 15 % номинальной грузоподъемности. Этот недостаток усугубляется интенсивным разгоном в положении 4 спуска, что значительно затрудняет работу машинистов. Поэтому для механизмов подъема применяются различные способы реализации малых скоростей спуска. В частности, одним из наиболее прогрессивных способов является применение двухдвигательного электропривода, описываемого ниже.
Управление электроприводом из кабины осуществляется посредством командоконтроллеров ККП1124 или через крановый пульт управления DVP15 (вариант 6). Комплектные устройства управления компонуются в панели трех типоразмеров: на ток 63 А для электродвигателей мощностью до 22 кВт — П6503 размером 650X1100 мм; на ток 160 А для электродвигателей мощностью свыше 22 до 80 кВт — П6506 размером 900X1700 мм; на ток 250 А для электродвигателей мощностью свыше 80 до 125 кВт — П6507 размером 1300X1700 мм.
Комплектные устройства поставляются в полностью смонтированном и отрегулированном виде и на месте монтажа требуют лишь небольшой подрегулировки малой скорости подъема и интенсивности разгона с помощью электронных реле времени КТ.