Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов — Схемы электроприводов с тиристорным преобразователем постоянного тока

Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов — Схемы электроприводов с тиристорным преобразователем постоянного тока

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

Тиристорные электроприводы постоянного тока применяются на кранах в основном для механизмов подъема, к которым предъявляются наиболее сложные требования по обеспечению двухзонного регулирования скорости. Схема и механические характеристики электропривода приведены соответственно на рис. 24 и 25. Регулирование скоростей в зоне от минимальной до номинальной осуществляется изменением напряжения силового выпрямителя, а в зоне скоростей выше номинальной — ослаблением поля возбуждения двигателя (уменьшением тока возбуждения) посредством выпрямителя возбуждения. Управление работой электропривода осуществляется командоконтроллером, контакты которого на схеме обозначены SM1-SM10. Исполнительный двигатель М получает питание от силового выпрямителя, имеющего, как было показано на с. 37, две группы вентилей UZ1 и UZ2. Обмотка возбуждения двигателя L-M получает питание от выпрямителя возбуждения UZ3.

Рис. 23. Форма напряжений синхронизации
В зависимости от положения рукоятки командоконтроллера устанавливается определенное выпрямленное напряжение силового выпрямителя, а значит, и частота вращения двигателя. При достижении на выходе силового выпрямителя напряжения, соответствующего номинальной скорости перемещения груза, а также при условии, что ток в цепи якоря двигателя не превышает заданного значения, соответствующего подъему груза массой, равной 30-40 % номинальной грузоподъемности, и опусканию холостого крюка, схема позволяет увеличить частоту вращения электродвигателя в 2,4-2,5 раза по сравнению с номинальной. В режиме подъема груза массой от 30 % до номинальной благодаря наличию обратной связи по току якоря, заведенной в систему регулирования выпрямителя возбуждения (см. рис. 12), обеспечивается характеристика постоянной мощности.
Рассмотрим работу схемы по позициям командоконтрол- лера. Перед началом работы включаются автоматические выключатели: преобразователя QF1, QF2 и QF4, силового ввода QF3- цепей управления QF5-QF7 и вентилятора двигателя QF8. Затем включаются реле времени КТ1, КТ2, реле напряжения КН2, реле обрыва поля КА2. В результате собирается цепь нулевого реле КН1, которе при нажатии кнопки SB2 своими дополнительными контактами включит линейный контактор КММ и контактор динамического торможения КМ1, после чего выключится реле КТ1. Включение блокировок автоматических выключателей преобразователя UZ (зажимы 376-388) и вентилятора, а также контакторов и реле в цепь нулевого реле позволяет проконтролировать правильную подготовку схемы и цепи возбуждения. При переводе рукоятки командоконтроллера в любое направление подъема или спуска включается реле КН4, размыкающие контакты которого в цепи 21-162 преобразователя разрывают цепь блокировки импульсов управления. Одновременно включаются контакторы управления тормозным электромагнитом YA-KM2-KM4. После того как ток в катушке YA нарастает до значения включения тормоза, включится токовое реле КАЗ, а контактор КМ4 отключится и введет в цепь YA балластное сопротивление R29. Через замыкающий контакт КАЗ в зависимости от направления движения получат питание реле направления КВ1 и КВ2 или КВЗ и КВ4 соответственно в направлении «Подъем» или «Спуск» груза. Замыкающие контакты этих реле подают питание от стабилизированного источника, задающего напряжение на вход задатчика интенсивности и осуществляют реверс сигнала задания.

Рис. 24. Схема электропривода постоянного тока с тиристорным преобразователем

Сигнал задания возрастает с переводом рукоятки командоконтроллера по позициям от 1-й? до 4-й благодаря закорачиванию резисторов R17-R21, при этом диоды V4 и V5 обеспечивают большее значение сопротивления на первой позиции спуска по сравнению с первой позицией подъема.

В положении 4 подъема системой автоматического регулирования преобразователя обеспечивается характеристика постоянной мощности для грузов массой от 25 до 100 % номинальной грузоподъемности. При этом напряжение на выходе силового выпрямителя равно номинальному значению (460 В), а система регулирования поддерживает постоянство тока якоря, что и соответствует режиму постоянства мощности,
поскольку Р = U1 = = -Рном- Переход на эту характеристику осуществляется под контролем реле напряжения КVI. Указанное реле отключает цепь питания реле времени КТ2, за время выдержки которого ток двигателя стабилизируется. Контакты КТ2 включают реле КНЗ, которое замыкает цепь задания на ослабление поля на входе системы регулирования выпрямителя возбуждения. На позиции 4С спуска, в отличие от подъема, для включения реле КНЗ необходимо не только срабатывание реле KV1 и КТ2, но и реле КН2, катушка этого реле находится на выходе выпрямительных мостов UZ4, UZ5 и UZ6, и включение реле зависит от значения силового тока. При холостом крюке напряжение на выходе выпрямительных мостов будет иметь значение, недостаточное для удержания реле КН2, что и приведет к включению КНЗ и ослаблению тока возбуждения двигателя. При наличии груза реле КН2 остается включенным, вследствие чего цепь питания реле КНЗ не соберется, и сигнал на ослабление поля двигателя не будет подан.

Рис. 25. Механические характеристики электропривода по схеме рис. 24
При резком переводе рукоятки командоконтроллера в крайнюю позицию подъема или спуска сигнал на вход за- датчика интенсивности силового выпрямителя подается скачком, а на выходе его нарастает по линейному закону. 60
Частота вращения двигателя при этом также будет нарастать плавно при постоянном значении пускового момента и тока двигателя. Переход двигателя на повышение частоты вращения на последних позициях командоконтроллера осуществляется под контролем реле KV1 и в зависимости от массы груза так, как это было рассмотрено выше. При переводе рукоятки командоконтроллера в обратном направлении привод переходит в тормозной режим с заданным ускорением. При этом обесточивается катушка реле КНЗ и снимается сигнал задания на ослабление поля. Напряжение на выходе силового выпрямителя плавно уменьшается, а магнитный поток плавно нарастает. Постановка рукоятки командоконтроллера в нулевое положение приведет к наложению механического тормоза.

Способы и схемы торможения электродвигателей

Торможение электродвигателя применяют, если необходимо сократить время свободного выбега и фиксацию механизма в конкретном положении. Существует несколько видов принудительной остановки устройства. Это механическое, электрическое и комбинированное. Механическое устройство представляет собой тормозной шкив, закрепленный на валу, с колодками. После отключения устройства колодки прижимаются к шкиву. За счет трения кинетическая энергия преобразуется в тепловую, т.е. происходит процесс торможения. Остальные способы и схемы торможения электрического двигателя будут рассмотрены далее в статье.

• Способы электрического торможения электроприводов
• Противовключения
• Динамическая остановка электропривода
• Режимы торможения моторов постоянного тока
• Рекуперативное торможение электрических машин
• Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах
• Комбинированный режим

Способы электрического торможения электроприводов

Для того чтобы быстро остановить устройство или обеспечить постоянную скорость вращения используют электрические способы остановки. В зависимости от схемы включения тормозные режимы подразделяют на:

• противовключения;
• динамический;
• рекуперативный.

Противовключения

Режим противовключения применяется при необходимости быстрой остановки механизма. Представляет собой смену полярности на обмотке якоря двигателя постоянного тока или переключения двух фаз на обмотках асинхронного электродвигателя.

В этом случае ротор вращается в противоположном направлении магнитного поля статора. Вращение ротора замедляется. При скорости вращения близкой к нулю с реле контроля скорости поступает сигнал, отключая механизм от сети.

На нижеприведенном рисунке представлена схема противовключения асинхронного электромотора.

После переключения обмоток возникает повышенное действующее напряжение и увеличение тока. Для его ограничения, в обмотки ротора или статора устанавливают дополнительные резисторы. Они ограничивают токи в обмотках в режиме торможения.

Динамическая остановка электропривода

Этот способ применяют на асинхронных машинах, подключенных к сети переменного тока. Он заключается в отключении обмоток от сети переменного напряжения и подачи постоянного тока на обмотку статора.

На вышеприведенном рисунке представлена схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.

Подача постоянного напряжения осуществляется с помощью понижающего трансформатора для динамического торможения. Пониженное переменное напряжение преобразуется в постоянное диодным мостом и подается на статорную обмотку. Для торможения электромотора может применяться дополнительный источник постоянного тока.

При этом ротор может быть выполнен в виде «беличьей клетки» или ее обмотку подключают к добавочным резисторам.

Постоянное напряжение создает неподвижный магнитный поток. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, т.е. электромотор переходит в режим генератора. Возникающая электродвижущая сила рассевается на обмотке ротора и добавочных резисторах. Создается тормозной момент. В момент остановки механизма постоянное напряжение отключается по сигналу реле скорости.

Механизмы, где применяется электродвигатель с самовозбуждением, динамическую остановку выполняют с помощью подключения конденсаторов. Они соединяются треугольником или звездой.

Схема приведена на нижеприведенном рисунке.

На выбеге остаточная энергия магнитного поля переходит в заряд конденсаторов, а затем она питает обмотку статора. Возникающий тормозной эффект останавливает механизм. Конденсаторная батарея может быть подключена постоянно или подсоединяться в момент отключения от сети. Такая схема получила название “конденсаторное торможение асинхронного двигателя”.

Если необходимо быстро остановить двигатель, то после отключения от сети, замыкают контакты накоротко без гасящих резисторов. При соединении обмоток закорачиванием в них возникают большие токи. Для уменьшения токов к обмоткам подключают токоограничивающие резисторы.

На нижеприведенном рисунке представлена схема с токоограничивающими резисторами.

Режимы торможения моторов постоянного тока

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется после отключения его от сети с замыканием обмотки ротора на тормозной реостат. Выделенная электрическая энергия рассеивается на реостате.

На вышеприведенном рисунке представлены схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока.

Рекуперативное торможение электрических машин

Рекуперативное торможение электродвигателя характеризуется переводом двигателя в генераторный режим. При этом вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть или используется для подзарядки аккумулятора.

Этот режим широко применяется в электровозах, электричках, трамваях и троллейбусах. В момент торможения, вырабатываемая электроэнергия возвращается в электрическую сеть.

Режим рекуперативного торможения применяется для подзарядки аккумуляторов в гибридных автомобилях, электромобилях, электросамокатах, электровелосипедах.

Этот режим является наиболее экономичным и возможен при условии: если частота вращения ротора превышает частоту вращения холостого хода. Это условие выполняется, когда ЭДС электродвигателя превышает напряжение питающей сети. А ток якоря и магнитный поток меняют свое направление. Электрическая машина переходит в генераторный режим, возникает момент торможения.

На рисунке представлена схема торможения тягового двигателя а) с независимым возбуждением и стабилизирующим сопротивлением, б) с противовозбуждением возбудителя.

Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах

Режим рекуперации применяется не только в двигателях постоянного тока. Его можно применять и в асинхронных двигателях.

При этом такой режим возможен в следующих случаях:

1. Если изменить частоту питающего напряжения при помощи частотного преобразователя. Что возможно при условии питания асинхронного электродвигателя от устройства с возможностью регулирования частоты питающей сети. Эффект торможения наступает при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом переход в генераторный режим происходит, когда скорость вращения ротора становится больше номинальной (синхронной).
2. Асинхронные машины, которые конструктивно имеют возможность переключения обмоток, для изменения скорости.
3. В грузоподъёмных механизмах, где применяется силовой спуск. В них монтируется электромотор с фазным ротором. В этом случае скорость регулируется с помощью изменения величины резистора, подсоединяемого к обмоткам ротора. Магнитный поток начинает обгонять поле статора, а скольжение становится больше 1. Электромотор переходит в режим генератора, вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть, возникает тормозной эффект.

Комбинированный режим

Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Схема включения и статические характеристики двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, работающих в электроприводах

Статические характеристики электроприводов зависят от технологического процесса, выполняемого производственным механизмом, а уже по статическим характеристикам выбирают тип электродвигателя, который необходим для выполнения технологических процессов данного производственного механизма .

Статические характеристики зависят от типа двигателя, а у двигателей постоянного тока – от способа возбуждения.

Схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Для того чтобы двигатель привести во вращение на обмотку возбуждения надо подать напряжение, по обмотке возбуждения потечет ток i_δ и в машине создастся основной магнитный поток Ф_δ. Затем на обмотку якоря нужно подать напряжение, по обмотке якоря потечет ток I_а и в якоре возникнет ЭДС E_а. На валу двигателя возникнет момент M и вращаться он будет со скоростью ω. Собственное сопротивление двигателя r_а состоит из сопротивления обмотки якоря r_оя,сопротивления дополнительных полюсов r_дп, сопротивления компенсационной обмотки для машин мощностью больше 7 кВт и сопротивления в щеточном аппарате.

Вообще и якорь и обмотка возбуждения обладают индуктивным сопротивлением, но оно настолько мало, что обычно не учитывается при расчетах.

Связь между скоростью вращения и током якоря выражается зависимостью (1) и называется уравнением электромеханической характеристики двигателя постоянного тока.

Зависимость (2) называется уравнением механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Как видно из уравнений (1) и (2) и электромеханическая и механическая характеристики представляют собой линейные зависимости между скоростью и током, скоростью и моментом.

Электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Электромеханическая и механическая характеристики имеют одинаковый вид в разном масштабе.

Уравнение механической характеристики:

Δω называется перепадом скорости относительно скорости идеального холостого хода под действием нагрузки.

Характеристики 1 и 2 отличаются только полярностью на якоре двигателя. Характеристика 3 может быть получена по следующией схеме:

Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением для получения характеристики динамического (реостатного) торможения.

3 – характеристика реостатного торможения.

Если напряжение равно нулю, то ω = -Δω.

ω = -[(M·R_а) / (C_M·Ф_δ) 2 ] – уравнение 3-й характеристики.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЭВМ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный институт электроники и математики

Кафедра «Управление и информатика

в технических системах »

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЭВМ

к лабораторной работе по дисциплине

«ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ»

к.т.н., проф. Фалк Г.Б.

к.т.н., доц. Денисова Т.С.

к.т.н., доц. Ваганова М.Ю.

к.т.н., докторант Володин С.М.

аспирант Шабанов Н.С.

Основным содержанием работы является обучение по теме «Электромеханические устройства и системы постоянного тока» на основе экспериментального исследования основных характеристик электроприводов постоянного тока типа «Управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока », в том числе с использованием компьютера. Для студентов III курса специальности «Управление и информатика в технических системах» — 220100.

Исследование тиристорного электропривода постоянного тока с применением ПЭВМ: метод. указания к лаб. работе по дисциплине “Электромеханические устройства и системы”/ Моск. Гос. институт электроники и математики; сост. Г.Б. Фалк, Т.С. Денисова, М.Ю. Ваганова, С.М. Володин, Н.С.Шабанов 2011, С. 25.

Табл. 6, Ил. 5. Библиограф.: 6 назв.

Описание предметной области.

Электропривод постоянного тока с тиристорным управляемым выпрямителем.

2. Описание стенда ЭМП1-К.

3. Выполнение лабораторной работы

3.1. Цель лабораторной работы

3.2. Порядок выполнения лабораторной работы

3.3. Выполнение заданий по лабораторной работе.

4. Содержание отчета по лабораторной работе

1.Описание предметной области

Предметом исследования являются основные регулировочные и динамические характеристики электроприводов постоянного тока с тиристорными управляемыми выпрямителями.

Тиристорный управляемый выпрямитель (УВ).

Управляемые выпрямители на тиристорах состоят из силовой части, в которую кроме самих тиристоров обычно входят специальные трансформаторы, и схемы управления тиристорами.

Силовая часть включается в одно- или трехфазную сеть переменного тока. У однофазных (по первичной стороне) трансформаторов, применяемых в преобразователях малой мощности, на вторичной стороне напряжение либо однофазное, либо двухфазное со сдвигом на 180 о . У трехфазных трансформаторов, применяемых в преобразователях средней и большой мощности, на вторичной стороне число фаз от 3 до 24.

У нереверсивных УВ полярность выходного напряжения не может изменяться, у реверсивных – может изменяться в зависимости от входного воздействия. Реверсивные УВ имеют двойной комплект тиристоров, один из которых обеспечивает вращение двигателя в одном направлении, другой – в противоположном.

Принцип работы управляемого тиристорного выпрямителя основан на том, что в положительный полупериод тиристор открывается и пропускает ток только в том случае, если на его управляющий электрод подан соответствующий импульс. Закрывается тиристор либо напряжением противоположной полярности, либо при спаде тока до нуля. Меняя момент открытия тиристора (угол запаздывания), можно изменить среднее значение выходного напряжения и тока.

Рассмотрим работу простейшего двухфазного УВ (рис.1,а), в котором двухфазная система напряжений и получена выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (U m – амплитуда напряжения на полуобмотке). Выпрямление и регулирование напряжения на якоре двигателя осуществляется тиристорами VS 1 и VS 2 .В момент времени, определяемый углом запаздывания (рис.1,б), на управляющий электрод тиристора VS 1 от схемы управления поступает разрешающий импульс напряжения, тиристор открывается и подает положительное напряжение на якорь двигателя. Если бы сопротивление якоря было чисто активным, то ток якоря i, протекающий через тиристор VS 1, изменялся бы по тому же закону, что и напряжение (толстая линия, ограничивающая заштрихованный участок –180 о на рис.1,б). Закрытие тиристора произошло бы при прохождении тока через нуль (напряжением противоположной полярности). Затем со сдвигом на 180 о этот процесс повторился бы в цепи тиристора VS 2 . В интервале 180 о – ( + 180 о ) ток якоря был бы равен нулю, т.е. привод работал бы в режиме прерывистого тока.

Рис.1.Принцип работы тиристорного управляемого выпрямителя

В действительности обмотка якоря обладает кроме активного сопротивления индуктивностью, и ток не может нарастать и исчезать скачком, а должен изменяться плавно. Закон изменения тока i при работе только тиристора VS 1 показан на рисунке 1,в пунктирной линией. Причем при прохождении напряжения через нуль ток в нуль не обращается, а продолжает некоторое время протекать под действием ЭДС самоиндукции якоря, преодолевая отрицательное напряжение питания. Тиристор VS 1 закрывается в момент времени, соответствующий углу , когда ток тиристора i 1 становится равным нулю; при этом график мгновенных значений выпрямленного напряжения имеет как положительный, так и отрицательный участок. При определенных условиях граница возможного интервала проводимости первого тиристора может оказаться равной или больше угла открытия второго тиристора + 180 о . Тогда при открытии тиристора VS 2 тиристор VS 1 будет закрыт, т.к. на его отрицательный электрод поступит более высокий потенциал через открывшийся тиристор VS 2 . В этот момент мгновенное значение тока тиристора VS 2 должно стать равным току якоря, протекающему до этого через тиристор VS 1 ; наступает режим непрерывного тока (рис.1,г).

Выпрямленный ток имеет две составляющие: постоянную и переменную. Постоянная составляющая обеспечивает создание вращающего момента, соответствующего нагрузке двигателя. Переменная составляющая вызывает дополнительные потери мощности в двигателе, причем она резко возрастает в режиме прерывистого тока. Поэтому в системе УВ-Д стремятся обеспечить режим непрерывного тока; в большинстве схем для этого последовательно с якорем двигателя приходится включать дополнительную индуктивность, называемую дросселем или реактором.

В рассмотренной схеме в режиме непрерывного тока = + 180 о и среднее значение выпрямленного напряжения

где – максимально возможное значение среднего напряжения, соответствующее углу запаздывания =0; U – действующее значение напряжения на полуобмотке.

Рассмотренный УВ является нереверсивным, т.е. обеспечивает только одну полярность выходного напряжения и соответственно одно направление вращения двигателя. Реверсивные УВ выполняются с двойным комплектом тиристоров, комплекты включаются по встречно- параллельной или перекрестной схемам.

2. Описание стенда ЭМП1-К.

Стенд ЭМП1-С-К предназначен для проведения лабораторных занятий по дисциплине « Электромеханические устройства и системы».

Машинная часть стенда представляет собой соединенные механически машину постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель и маховик. Технические данные этих машин приведены в таблице 1. В данной лабораторной работе машина постоянного тока исследуется в режиме двигателя независимого возбуждения, в качестве нагрузочной машины для исследуемого двигателя используется асинхронный двигатель в режиме динамического торможения, а маховик используется для сглаживания электромеханических переходных процессов. На одном валу с двигателями находится ротор оптоэлектронного преобразователя угловых перемещений, используемого для измерения частоты вращения роторов двигателей.

Таблица 1. Технические данные электрических машин и преобразователя