Пуск двигателя постоянного тока с ограничивающими сопротивлениями и на пониженном напряжении
Пуск двигателя постоянного тока с ограничивающими сопротивлениями и на пониженном напряжении
Пуск двигателя с ограничивающими сопротивлениями
Все электрические машины постоянного тока рассчитываются на трехкратное превышение номинального тока. При таком превышении тока изоляция в машинах не повреждается .
Схема пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения с помощью пусковых сопротивлений.
Rn – пусковое сопротивление. Величина этого сопротивления выбирается таким, чтобы ток при пуске был равен (2÷3)Iн.
Сопротивление Rn, которые вводится в цепь якоря, может быть отключено, когда двигатель достигнет максимальной скорости вращения, но это приведет к затягиванию времени пуска, а это невыгодно для производственного механизма, потому что приведет к снижению производительности.
Чтобы уменьшить время переходного процесса с помощью системы управлений электрического двигателя сопротивления выводятся из цепи якоря по частям, и такой пуск называется ступенчатым. Для того чтобы определить когда должна срабатывать схема управления электрическим приводом, выбирают значения контрольного тока, который называется током переключения (1,1÷1,3)Iн.
При подаче напряжения на якорь, в цепи якоря происходит бросок тока до величины пускового тока, равного (2÷3)Iн, затем ток начинает уменьшаться, а скорость расти. Когда ток достигнет значения тока переключения, срабатывает система управления двигателем и замыкает контакт K1.
Так как система электрического привода обладает инерционностью, скорость вращения его мгновенно измениться не может. В момент переключения происходит бросок тока до величины пускового тока.
Зависимость Iа, M и n от времени при пуске двигателя постоянного тока.
При ступенчатом пуске существует два положительных момента:
1. За счет уменьшения величины пускового тока удается снизить размеры электрического оборудования для управления двигателем и улучшить режим работы электрического двигателя.
2. Уменьшить время переходного процесса (время пуска) за счет поочередного вывода сопротивлений из цепи якоря.
К недостаткам следует отнести усложнение схемы управления электроприводом, и, как следствие, большие капитальные затраты.
Механические удары в системе электрического привода в момент переключения ступеней ускорения могут привести к разрушению зубчатой передачи или сбросу ремня в ременной передаче.
Сопротивления, которые устанавливаются при пуске в цепь якоря, нагреваются, поэтому использовать такой способ пуска для электрических двигателей мощностью более 100 кВт не рекомендуется.
Для двигателей мощностью более 100 кВт используется третий способ пуска – пуск на пониженном напряжении.
Пуск двигателя на пониженном напряжении
Для того чтобы осуществить пуск на пониженном напряжении, между питающей сетью и электрическим двигателем должен находится источник регулируемого напряжения.
Схема пуска двигателя постоянного тока на пониженном напряжении с помощью источника регулируемого напряжения.
Характеристика пуска двигателя постоянного тока на пониженном напряжении с помощью источника регулируемого напряжения.
При этом способе пуска отсутствуют броски тока в цепи якоря. Пуск плавный. В механической части электрического привода отсутствуют удары, но этот способ пуска очень дорогой, так как стоимость источника регулируемого напряжения соизмерима со стоимостью электрического двигателя.
Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды
Электрические двигатели, приводящиеся в движение путем воздействия постоянного тока, применяются значительно реже, по сравнению с двигателями, работающими от переменного тока. В бытовых условиях электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, с питанием от обычных батареек с постоянным током. На производстве электродвигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Питание для них подводится от мощных батарей аккумуляторов.
Устройство и принцип работы
Электродвигатели постоянного тока по конструкции подобны синхронным двигателям переменного тока, с разницей в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателя применяли один магнит и рамку с проходящим по ней током. Такое устройство рассматривалось в качестве простого примера. Современные двигатели являются совершенными сложными устройствами, способными развивать большую мощность.
Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.
Статор может состоять из обмоток возбуждения или из постоянных магнитов. В маломощных двигателях используют постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. Статор с торцов закрыт крышками со встроенными в них подшипниками, служащими для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.
Принцип действия такого двигателя основывается на законе Ампера. При размещении проволочной рамки в магнитном поле, она будет вращаться. Проходящий по ней ток создает вокруг себя магнитное поле, взаимодействующее с внешним магнитным полем, что приводит к вращению рамки. В современной конструкции мотора роль рамки играет якорь с обмотками. На них подается ток, в результате вокруг якоря создается магнитное поле, которое приводит его во вращательное движение.
Для поочередной подачи тока на обмотки якоря применяются специальные щетки из сплава графита и меди.
Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.
Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки притираются к коллектору, повторяя его форму, и с постоянным усилием прижимаются к нему. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а токопроводящая пыль, являющаяся продуктом этого износа, оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно удаление пыли выполняют воздухом под большим давлением.
Щетки требуют периодического их перемещения в пазах и продувки воздухом, так как от накопившейся пыли они могут застрять в направляющих пазах. Это приведет к зависанию щеток над коллектором и нарушению работы двигателя. Щетки периодически требуют замены из-за их износа. В месте контакта коллектора со щетками также происходит износ коллектора. Поэтому при износе якорь снимают и на токарном станке протачивают коллектор. После проточки коллектора изоляция, находящаяся между ламелями коллектора стачивается на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток.
Виды
Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:
Независимое возбуждение
При таком характере возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. При этом параметры двигателя аналогичны двигателю на постоянных магнитах. Обороты вращения настраиваются сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируют специальным регулировочным реостатом, включенным в цепь обмоток возбуждения. При значительном снижении сопротивления или при обрыве цепи ток якоря повышается до опасных величин.
Электродвигатели с независимым возбуждением запрещается запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как его скорость резко возрастет, и двигатель выйдет из строя.
Параллельное возбуждение
Обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. При такой схеме ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно применять для привода вентиляторов и станков.
Регулировка оборотов двигателя обеспечивается реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.
Последовательное возбуждение
В этом случае возбуждающая обмотка подключается последовательно с якорем, в результате чего по этим обмоткам проходит одинаковый ток. Обороты вращения такого мотора зависят от его нагрузки. Двигатель нельзя запускать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель обладает приличными пусковыми параметрами, поэтому подобная схема используется в работе тяжелого электротранспорта.
Смешанное возбуждение
Такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, находящихся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.
Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов.
Особенности эксплуатации
Электродвигатели постоянного тока отличаются экологичностью и надежностью. Их главным отличием от двигателей переменного тока является возможность регулировки оборотов вращения в большом диапазоне.
Такие электродвигатели постоянного тока можно также применять в качестве генератора. Изменив направление тока в обмотке возбуждения или в якоре, можно изменять направление вращения двигателя. Регулировка оборотов вала двигателя осуществляется с помощью переменного резистора. В двигателях с последовательной схемой возбуждения это сопротивление расположено в цепи якоря и позволяет уменьшить скорость вращения в 2-3 раза.
Этот вариант подходит для механизмов с длительным временем простоя, так как при работе реостат сильно нагревается. Повышение оборотов создается путем включения в цепь возбуждающей обмотки реостата.
Для моторов с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяются реостаты для уменьшения оборотов в два раза. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, то это позволит повышать обороты до 4 раз.
Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяют электронными элементами, управляющими скоростью без сильного нагревания.
На коэффициент полезного действия мотора, работающего на постоянном токе, влияет его мощность. Слабые электродвигатели постоянного тока обладают малой эффективностью, и их КПД около 40%, в то время, как электродвигатели мощностью 1 МВт могут обладать коэффициентом полезного действия до 96%.
Схема защиты электродвигателя постоянного тока привода мотор-компрессора
Использование: в электрооборудовании транспортных средств, получающих питание от контактной сети постоянного тока. Схема для защиты электродвигателей постоянного тока компрессоров может быть использована для повышения надежности мотор компрессоров транспортных средств, получающих питание непосредственно от контактной сети. Сущность: схема защиты содержит реле дифференциальной защиты, контакт линейного контактора, демпферный резистор, реле перегрузки, и релейно-контакторную цепь управления. Для исключения разрыва цепи питания двигателя от срабатывания реле перегрузки при пуске, на время пуска контакт реле времени шунтирует контакт реле перегрузки. Технический результат — повышение эффективности защитных функций в аварийных режимах, обеспечение надежности.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию транспортных средств, получающих питание от сети постоянного тока и предназначено для защиты в аварийных режимах цепи двигателя мотор-компрессора.
Известна схема для зашиты электродвигателя компрессора постоянного тока в аварийных режимах, содержащая демпферный резистор и быстродействующий выключатель (З.Я.Гуледани. Электрические схемы электровоза ВЛ10. М.: Транспорт, 1974 г., стр.6, рис.1).
Однако такая схема не защищает цепь питания двигателей от перегрузок.
Наиболее близкой, по технической сущности, является схема зашиты электродвигателя компрессора постоянного тока в аварийных режимах, состоящая из реле дифференциальной защиты, к клемме которого последовательно подключены контакт линейного контактора и демпферный резистор (Устройство и работа электровозов постоянного тока / С.Н.Чернявский, И.М.Ривин. М.: Транспорт, 1971 г., 360 с., рис.318.).
Данная схема также не обеспечивает надежную защиту системы питания электродвигателей мотор-компрессора, поскольку лишена токовой защиты в случае заклинивания мотор-компрессора или короткого замыкания в цепи обмотки двигателя, а также в случае межвиткового короткого замыкания двигателя.
Задачей изобретения является создание схемы, обеспечивающей надежную защиту цепи питания электродвигателя мотор-компрессора в аварийных режимах.
Поставленная задача достигается тем, что в цепь питания электродвигателя мотор-компрессора, состоящую из реле дифференциальной защиты, к клемме которого последовательно подключены: силовой контакт линейного контактора, демпферный резистор, клемма обмотки двигателя мотор-компрессора, а другая клемма обмотки соединена с клеммой реле дифференциальной защиты, введено реле перегрузки, и релейно-контакторная цепь управления, а для исключения разрыва цепи питания двигателя от срабатывания реле перегрузки при пуске, на время пуска контакт реле времени шунтирует контакт реле перегрузки, для чего в релейно-контакторную цепь управления введен соответствующий контакт.
Положительный эффект изобретения проявляется в том, что предлагаемое техническое решение позволяет обеспечивать надежную защиту цепи питания электродвигателя постоянного тока привода мотор-компрессора.
На фиг.1 показана предлагаемая схема зашиты электродвигателя постоянного тока привода мотор — компрессора.
Схема зашиты цепи питания электродвигателя постоянного тока привода мотор — компрессора состоит из силовой цепи 1 питания двигателя от источника постоянного тока 2, состоящей из реле дифференциальной защиты 3, к клемме 4 которого последовательно подключены: силовой контакт 5 линейного контактора 6, реле перегрузки 7, демпферный резистор 8, клемма 9 обмотки двигателя мотор-компрессора 10, клемма 11 другого конца обмотки двигателя 10 соединенная с клеммой 12 реле дифференциальной защиты 3, и цепи управления 13 силовым оборудованием, получающей питание от низковольтного источника напряжения питания цепей управления 14, питающего: через ключ 15,
контакт 16 контактора 6 катушку реле времени 17, через параллельно соединенные ключ 18 и контакт 19 промежуточного реле 20, последовательно соединенные с ними параллельно соединенные контакт 21 реле перегрузки 7 и нормально открытый контакт 22 реле времени 17 катушку промежуточного реле 20, через ключ 15, контакт 23 промежуточного реле 20 катушку контактора 6.
Схема работает следующим образом. При замкнутом ключе 15 напряжение с источника питания цепей управления 14 через замкнутый блокировочный контакт 16 контактора 6 прикладывается к катушке реле времени 17. При кратковременном замыкании ключа 18 напряжение с низковольтного источника питания 14 цепей управления поступает через блок-контакт 21 реле перегрузки 7, и параллельно через блок-контакт 22 реле времени 17, на катушку реле 20, которое включившись замыкает свой контакт 19, чем обеспечивает «самоподхват», т.е. поддержание питания цепи своей катушки, после отключения ключа 18, одновременно замыкая другой собственный контакт 23 в цепи питания катушки контактора 6 двигателя мотор-компрессора 10. Двигатель 10 мотор-компрессора получает питание от силового источника питания 2 через реле дифференциальной защиты 3, контакт 5 линейного контактора 6, реле перегрузки 7 и демпферный резистор 8. Величина пускового тока двигателя 10 превышает уставку защиты реле перегрузки 7, что вызывает ее срабатывание и размыкание контакта 21, но катушка реле 20 остается включенной, т.к. ее питание обеспечивается через контакт 22 реле времени 17. За время перехода двигателя из пускового режима в установившийся, контакт 21 замыкается, а контакт 22, по истечении задержки на размыкание, размыкается.
В случае короткого замыкания в цепи двигателя или его заклинивания, величина аварийного тока приводит к срабатыванию реле перегрузки 7 и размыканию контакта 21, потере питания катушки реле 20,
размыканию контакта 23 в цепи катушки контактора 6 и обесточиванию двигателя 10.
Восстановление работоспособности схемы обеспечивается кратковременным замыканием ключа 18, с последующим его размыканием.
Таким образом, предлагаемая схема позволяет обеспечить надежную защиту цепи двигателя мотор-компрессора.
Схема для зашиты электродвигателя мотор-компрессора постоянного тока, состоящая из реле дифференциальной защиты, контакта линейного контактора, демпферного резистора, отличающаяся тем, что в нее введено реле перегрузки и релейно-контакторная цепь управления, а контакт реле перегрузки на время пуска зашунтирован нормально открытым контактом реле времени.
Оборудование «Силовых машин» для горнодобывающей промышленности
АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД «СИЛОВЫХ МАШИН»
Начиная с 2005 г. в компании «Силовые машины» осуществляется разработка асинхронных частотных электрических приводов для карьерных экскаваторов. Создание принципиально нового электропривода было продиктовано усилением требований заказчиков к надежности, сервису и технологическому уровню оборудования для обеспечения достижения новых целей и современных вызовов отрасли.
Экскаватор с электрическим приводом постоянного тока по схеме Г-Д (генератор-двигатель) обладал низким КПД, а наличие большого количества коллекторных машин постоянного тока требовало затратного квалифицированного обслуживания. Схема ТП-Д (тиристорный преобразователь- двигатель постоянного тока) электрического привода сократила объем обслуживания электрических машин, но плохая совместимость с сетью из-за низкого коэффициента мощности и наличия высших гармоник в питающей сети сделала данный электропривод непривлекательным для эксплуатирующих организаций.
Электрический привод переменного тока стал, тем самым актуальным решением для многих заказчиков, которое позволило уменьшить время простоя оборудования, по вине сервисных ремонтов, обеспечило ресурсосбережение, иными словами, продлило срок службы основного механического и электрического оборудования экскаватора.
Асинхронный привод построен по системе транзисторный преобразователь частоты – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (ТрПЧ – АД). Теоретические основы построения таких приводов, как структуры векторного управления с преобразованием координат и инверторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией были уже известны. Но применение IGBT-транзисторов и микропроцессоров в системе управления привода позволило добиться хорошей совместимости с сетью активного выпрямителя при использовании LC фильтра и более конкурентной стоимости с электрическими приводами первых поколений.
Электродвигатель с короткозамкнутым ротором позволил реализовать более сложные и точные алгоритмы управления электрическим приводом и существенно повысить КПД электрического привода.
Ввод в эксплуатацию первого комплекта электрического привода переменного тока для ЭКГ-32Р производства «ИЗ-Картэкс» был осуществлен в 2011 г. Также в конце 2011 г. компанией «Уралмашзавод» был введен в эксплуатацию экскаватор ЭКГ-18 с аналогичным приводом. Освоение привода переменного тока на этапе ввода в эксплуатацию прошло успешно, т.к. оборудование проходило проверку на испытательном стенде завода «Электросила». Специалисты компании «Силовые машины» провели обучение персонала сервисных центров заказчиков, что позволило обеспечить качественное и своевременное обслуживание электрического привода на стадии промышленной эксплуатации.
Сегодня «Силовые машины» серийно выпускают широкую линейку электроприводов для карьерных и шагающих экскаваторов, а также активно участвуют в совместных проектах по модернизации экскаваторов с производителями оборудования. В эту линейку входят электроприводы для экскаваторов: ЭКГ-18(20), ЭШ-20.90 и ЭКГ-35 производства «Уралмашзавод», ЭКГ-15КМ, ЭКГ-20КМ и ЭКГ-32Р производства «ИЗ-Картэкс». В настоящее время изготовлено и введено в эксплуатацию более 50 комплектов электроприводов для экскаваторов разных типов.
«Силовые машины» стараются предвосхищать ожидания заказчиков и поддерживают их потребность в получении оборудования нового поколения.
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК И РУДО-РАЗМОЛЬНЫХ МЕЛЬНИЦ
В последние годы российский рынок добычи полезных ископаемых демонстрирует уверенный рост. Предприятия горнодобывающей промышленности наращивают добычу, обновляют парк технологического оборудования. Эти задачи являются серьезным вызовом как для ответственных за эксплуатацию подразделения предприятий, так и для компании «Силовые машины». В этой статье мы хотим рассказать о новых продуктовых направлениях, которые наша компания активно развивает.
Предприятия горнодобывающих отраслей являются одними из ключевых потребителей электротехнической продукции «Силовых машин». Первые электродвигатели для горнодобывающей промышленности были выпущены в середине 1960-х годов на базе Ленинградского производственного объединения «Электросила» им. С.М. Кирова, которое сегодня входит в «Силовые машины». За прошедшие десятилетия компанией накоплен колоссальный опыт в области разработки и проектирования электрических машин любой сложности. «Силовые машины» готовы осуществить проектирование и изготовление оборудования как с интеграцией в действующее оборудование заказчика (с полным соблюдением габаритно-присоединительных размеров), так и для новых проектов с учетом самых жестких требований, предъявляемых к оборудованию такого назначения.
Линейка производимого ПАО «Силовые машины» электротехнического оборудования для шахтных подъемных установок включает в себя электродвигатели постоянного и переменного тока мощностью от 200 до 5500 кВт со скоростью вращения от 25 до 750 об/мин. Двигатели способны работать как с прямым приводом, так и через редуктор. Наличие собственного инжинирингового центра с численностью персонала около 2000 человек позволяет подойти к вопросу с максимальной степенью вовлеченности в проблемы, обозначенные заказчиками.
При разработке оборудования нами учитываются все имеющиеся требования к данному типу оборудования, в том числе государственные и отраслевые стандарты. В процессе реализации проекта часто бывают ситуации, при которых требуется внесение корректировок в проектируемое оборудование исходя из уточнений, поступающих в виде требований проектной организации или заказчика. Такие ситуации не пугают наших специалистов, и они готовы учесть в полном объеме поступившую информацию в технической документации. Опираясь на опыт сотрудничества с участниками рынка, мы стараемся учесть все нюансы проекта и полностью погрузиться в специфику будущего объекта эксплуатации для минимизации рисков получения технического решения пусть и с минимальными отклонениями от ожиданий клиентов.
Накопленный опыт позволяет конструкторским подразделениям «Силовых машин» с традиционной уверенностью решать одну из самых сложных задач модернизации – сохранение габаритно-присоединительных размеров с увеличением мощности оборудования. Такие решения позволяют существенно сократить затраты на реализацию проекта как в части строительных работ, так и при выполнении монтажных работ.
При проведении последних, специализированная служба компании готова предоставить высококвалифицированный персонал, под профессиональным руководством которого возможно обеспечение качественного выполнения монтажа оборудования с соблюдением жестких сроков, запланированных заказчиком. Это позволяет обеспечить безоговорочное соответствие плановым срокам ввода оборудования в эксплуатацию.
В планах нашей компании расширение линейки выпускаемого оборудования за счет новых электродвигателей переменного тока, а также за счет обеспечения комплектных поставок оборудования с включением в состав шкафов управления, систем сигнализации и др.
В условиях перманентных изменений на рынке сырья, тренда на постоянное улучшение качества продукции, повышение эффективности и безопасности производства горно- обогатительных комбинатов наша компания делает акцент на повышении качества и новаторства в предлагаемых технических решениях. При этом обеспечение клиентоориентированности и клиентского сервиса на высочайшем уровне обеспечивается путем действующего принципа «единого окна» для заказчиков, имеющих разные направления бизнеса, постоянным совершенствованием технологий и применением при реализации проектов лучших мировых практик.
Техническая политика ПАО «Силовые машины» направлена на предоставление эффективных и надежных комплексных решений, а специалисты компании готовы к новым вызовам и находятся в авангарде технических решений.
