Проектирование электропивода

Находим электромеханическую  постоянную времени.

(с)

Учитывая, что переход  на естественную характеристику осуществляется не в начальный момент времени, а  через 0,122 с., аналитическое выражение  для участка переходного процесса, соответствующего разгону двигателя  по естественной характеристике, имеет  вид:

(рад/с)

Определим время, через которое  двигатель выйдет на установившийся режим. Учитывая, что переходный процесс  считается завершённым при достижении значения , получаем:

(с.)

Через 0,323 с после пуска (через 0,201 с после перехода на естественную характеристику)  переходный процесс  завершится.

Таким образом, аналитическое  выражение переходного процесса по скорости имеет вид:

Аналогично, используя формулу (5.9), определим аналитическое выражение  для переходного процесса по моменту.

Пусковой момент на 1-ой искусственной  характеристике равен:

Тогда получаем:

( )

Соответствующий скорости момент определяем по формуле (3.3):

( )

Таким образом, аналитическое  выражение переходного процесса по моменту имеет вид:

Графики переходных процессов  по скорости и моменту показаны на рисунках 5.1 и 5.2:

 

 

Рисунок 5.1. Переходный процесс по скорости при пуске двигателя в две ступени.

 

Рисунок 5.2. Переходный процесс по моменту при пуске двигателя в две ступени.

 

6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ  УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Система управления двигателем должна обеспечить пуск в две ступени  по времени, динамическое торможение по скорости и реверс. Кроме того, схема должна предусматривать защиту от аварийных режимов и сигнализацию.

 

6.1. Выбор элементов  автоматики. Выбор элементов автоматики цепи управления обусловлен её схемным решением и производится исходя из следующих общих принципов:

1. номинальное напряжение устройства – 220 В, постоянное;
2. наличие требуемого количества основных и дополнительных контактов устройств автоматики;
3. контакты реле и контакторов, кнопочные выключатели должны быть рассчитаны на коммутируемые ими токи;
4. обеспечение требуемого времени срабатывания реле контакторов.

Кроме того:

1. реле напряжения (для включения режима динамического торможения) должно выбираться в соответствии с требуемым напряжением отключения;
2. реле времени должно выбираться в соответствии с требуемым временем выдержки контактов на замыкание;
3. для устройств защиты должны быть определены превышения величин, при которых происходит их срабатывание.

 

Устройства защиты обеспечивают:

1. защиту от токов перегрузки в цепи якоря (автоматический выключатель QF1);
2. защиту от токов перегрузки в цепи управления и возбуждения (автоматический выключатель QF2);
3. нулевую защиту (контактор КМ1 и реле KV2).

Выбор автоматического  выключателя QF1. Номинальный ток якоря составляет 35 А.Для защиты силовых цепей электродвигателей, как правило, должны использоваться автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, причём на ток до 100 А рекомендуется автомат А3120. Выбираем автоматический выключатель А3123 с номинальным током расцепителя 40 А. Ток отключения при КЗ составляет 400 А, что превышает максимально допустимый ток . Если мгновенный ток якоря достигнет значения 400 А, автоматический выключатель QF1 разомкнёт свои контакты QF1.1 и QF1.2 и отключит якорную цепь от питающего напряжения.

Выбор автоматического  выключателя QF2. Осуществляется аналогично выбор автоматического выключателя QF1, только в данном случае имеем дело с защитой цепи управления и возбуждения. Для защиты цепей управления рекомендуются двухполюсные автоматы АП50 и АК63 с электромагнитным расцепителем. Определим номинальный ток расцепителя. Поскольку в паспортных данных ток возбуждения ДПТ отсутствует, то ориентировочно оценим его как (А). Поскольку в цепи управления не работают сразу все аппараты, а только часть контакторов и реле, для выбора автоматического выключателя необходимо рассчитать максимальный ток, потребляемый цепью управления в нормальном (неаварийном) режиме работы. Такой ток возникает при реверсе электродвигателя. Номинальный ток контактора КМ1 составляет (А), реле KV2 (А), а каждого из контакторов КМ4 и КМ5 (А). Кроме того, при пуске «Назад» засветится лампа HL3, ток которой (А). Итого номинальный ток расцепителя должен составлять 1.98+0,24+0,11+0,09+0,09+0,1=2.61 (А). Выбираем автоматический выключатель АК63-2М с номинальным током расцепителя 3.2 А. Тогда ток уставки расцепителя составляет (А). Если ток цепи управления и возбуждения достигнет значения 9.6 А, автоматический выключатель QF2 разомкнёт свои контакты QF2.1 и QF2.2 и отключит цепь от питающего напряжения. Так как цепи с током выше 5 А условно считаются сильноточными, приходится использовать основные контакты автоматического выключателя, а не дополнительные.

Нулевая защита. Срабатывает при исчезновении питающего напряжения и предназначена для предотвращения самозапуска электропривода при его появлении, способного вызвать нежелательные последствия. В нашем случае нулевая защита осуществляется контактором КМ1, который при потере напряжения отключает якорную цепь двигателя. Помимо нулевой защиты этот контактор участвует в пуске двигателя, поэтому КМ1 должен работать при постоянном напряжении 220 В, иметь 1 основной контакт (способный коммутировать ток 35 А), и 5 дополнительных – 3, работающих на замыкание (способные коммутировать ток 0,24 А) и 2, работающих на размыкание (способные коммутировать ток 0,11 А). Таким требованиям удовлетворяет контактор КТ6021/3 (хотя он и классифицируется как контактор переменного тока, предусмотрен также режим работы на постоянном токе при напряжении 220 В). Если двигатель был пущен «Назад» (реверс), то помимо КМ1 нулевую защиту выполняет ещё и реле напряжения KV2, которое при потере напряжения отключает цепь реверса (далее работа релейно-контакторной системы управления будет рассмотрена более подробно). Помимо нулевой защиты это реле участвует в реверсе двигателя, поэтому КМ1 должен работать при постоянном напряжении 220 В и иметь 4 контакта – 3, работающих на замыкание (способные коммутировать ток 0,39 А), и 1, работающий на размыкание (способные коммутировать ток 0,1 А). Таким требованиям удовлетворяет реле РЭВ-825, допускающее пересборку контактов.

 

6.2. Описание работы  системы управления двигателем. Разработанная система управления представлена в Приложении 1. Рассмотрим её работу.

Все элементы на принципиальной схеме изображаются при отсутствии питающего напряжения и механического  воздействия на них.

Включая автоматы QF1 и QF2, подаём напряжение на схему, о чём сигнализирует засветившаяся лампа HL1 («Питание»). Напряжение поступает на обмотку возбуждения ОВ двигателя. Все остальные элементы обесточены.

Пуск «Вперёд». Нажимая кнопку SB1 («Вперёд») осуществляем пуск двигателя в 2 ступени по времени. Начинает светиться лампа HL2 («Вперёд») свидетельствует о пуске двигателя вперёд. Напряжение подаётся на контактор КМ1, который, срабатывая, шунтирует контактом КМ1.3 кнопку SB1 (чтобы её можно было не держать нажатой), размыкает контакт КМ1.1 (отключает цепь динамического торможения), замыкает КМ1.2 (подаёт напряжение на якорную цепь) и КМ1.6, размыкает КМ1.4. КМ1 замыкает свой контакт КМ1.5 в цепи реле времени КТ1, которое начинает выдержку времени (0,13 с). Оба пусковых резистора (R2, R3) подключены в цепь якоря и начинается пуск по 1-ой искусственной характеристике. После того, как пройдёт время выдержки реле КТ1 замкнёт свой контакт КТ1.1, чем вызовет срабатывание контактора КМ2. КМ2 замыкает свой контакт КМ2.1 в якорной цепи и шунтирует пусковой резистор R2 (теперь в цепь якоря включен только один пусковой резистор R3), а также замыкает контакт КМ2.2, вызывая срабатывание реле времени КТ2. КТ2 начинает выдержку времени (0,06 с). Двигатель переходит на 2-ую искусственную характеристику и после того, как пройдёт время выдержки реле КТ2 замкнёт контакт КТ2.1, чем вызовет срабатывание контактора КМ3, шунтирующего пусковой резистор R3 своим контактом КМ3.1. Теперь двигатель переходит на естественную характеристику и разгоняется до точки установившегося режима.

Торможение. Нажимая кнопку SB2 («Стоп») осуществляем динамическое торможение двигателя. Контактор КМ1 обесточивается и возвращает свои контакты в исходное положение. КМ1.3 размыкается и уже не шунтирует кнопку SB1, исключая подачу напряжения на КМ1. Размыкание контакта КМ1.5 вызывает последовательное отключение КТ1, КМ2 (размыкается КТ1.1), КТ2 (размыкается КМ2.2) и КМ3 (размыкается КТ2.1), пусковые резисторы R2 и R3 вновь вводятся в якорную цепь для следующего пуска. Лампа HL2 («Вперёд») гаснет, теряя питающее напряжение вместе с контактором КМ1. Контакт КМ1.1, наоборот, замыкается, вызывая срабатывание реле напряжения KV1, которое своим контактом KV1.1 включает КМ1, последнее же замыкает якорь на резистор R1. КМ1.2 размыкается и отключает от питающего напряжения якорную цепь. Начинается динамическое торможение, о чём сигнализирует лампа HL4 («Динамическое торможение»), которая начинает светится после того, как срабатывает KV1 и замыкает свой контакт KV1.3 в цепи лампы HL4. Процесс динамического торможения происходит до тех пор, пока при небольшой скорости ЭДС якоря не станет меньше напряжения отпускания реле KV1, которое в таком случае отключается. Контакты KV1 возвращаются в исходное состояние, KV1.1 размыкается и отключает резистор R1 динамического торможения, KV1.3 размыкается и отключает лампу HL4 («Динамическое торможение»). Система возвращается в исходное положение.

Реверс. Для осуществления реверса нужно остановить двигатель кнопкой SB2 (если он уже работал в режиме «Вперёд») и нажать кнопку реверса SB3 («Назад»). Это вызывает срабатывание контакторов КМ4, КМ5 и реле КV2. КМ4 размыкает свой контакт КМ4.1 и замыкает КМ4.2, КМ5 замыкает свой контакт КМ5.1 и размыкает КМ5.2 – так на якорь подаётся напряжение обратной полярности. Реле KV2, срабатывая, шунтирует кнопку SB3 свои замыкающимся контактом КV2.3, а контактом КV2.1 – кнопку SB1. В результате подаётся напряжение на контактор КМ1, который срабатывая, вызывает пуск в 2 ступени по времени как изложено выше. Размыкая контакт КМ1.4, он одновременно замыкает контакт КМ1.3, который обеспечивает питание КМ1. Контактор КМ1 замыкает свой контакт КМ1.6, реле КV2 замыкает свой контакт КV2.4, в результате чего начинает светиться лампа HL3 («Реверс»). Остановка двигателя осуществляется кнопкой SB3 как изложено выше. Кроме того, реле KV1 (участвующее в динамическом торможении) размыкает свой контакт KV1.2, КV2 теряет питание и, размыкая контакт КV2.3, обесточивает контакторы КМ4 и КМ5 (которые возвращают свои контакты в исходное положение – для пуска «Вперёд»). Контакты КМ1.6 и КV2.4 размыкаются и отключают лампу HL3 («Реверс»). Система возвращается в исходное положение.

Замечание 1. Запустить двигатель «Назад» можно сразу после включения автоматических выключателей QF1 и QF2, запускать его сначала «Вперёд» специально для этого не обязательно.

Замечание 2. Осуществить реверс можно и при работающем «Вперёд» двигателе, не осуществляя торможение кнопкой SB2. Однако в таком случае после нажатия кнопки реверса SB2 («Назад») начнётся торможение противовключением, что вызовет очень большой ток в якорной цепи, поскольку

Это может привести к срабатыванию автоматического выключателя QF1  и аварийному отключению якорной цепи от питающего напряжения. Таким образом, для осуществления реверса рекомендуется сначала осуществить торможение двигателя, и только после этого его пуск кнопкой SB2 («Назад»).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе данной работы был  проанализирован электропривод  механизма перемещения тележки. По заданному графику нагрузки на валу двигателя мы определили статическую  нагрузку на валу двигателя. Выяснилось, что она соответствует повторно-кратковременному режиму работы.

Исходя из условий работы  двигателя с точки зрения постоянства  скорости, магнитного потока, постоянных потерь мощности и наличия нагрузочной  диаграммы  , для проверки двигателя по нагреву используем метод эквивалентного момента. Она показала, что нагрев не превышает допустимого.

Для облегчения пускового  режима двигателя предусмотрен пуск в 2 ступени. Пусковые резисторы определялись методом отрезков. Кроме того, был  рассчитан переходный процесс для  этого режима и построены графики  изменения момента и скорости в зависимости от времени

Исходя из предельно допустимого  тока якоря ( ), было определено сопротивление резистора динамического торможения.

На заключительной стадии была разработана схема релейно-контакторного  управления двигателем, которая обеспечивает пуск в две ступени по времени, динамическое торможение по скорости и реверс. Кроме того, схема предусматривает  защиту от аварийных режимов и  сигнализацию. Необходимые для реализации системы управления элементы автоматики приводятся в перечне элементов.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Москаленко В. В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с., ил.;

2. Справочник по электрическим машинам. Под ред. Копылова И.П. 1988.

3. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. – В 2-х кн.: кн. 1 / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев; Под ред. И. П. Копылова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 464 с., ил.;

4.Чиликин М.Г., Сандлер  А.С. Общий курс электропривода.: Учебник для ВУЗов.- М.:Энергоиздат,1981.-576с.

5. Алиев И. И. Электротехнический справочник. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ИП РадиоСофт, 2000. – 383 с., ил.;

6. Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. пособие для студ. Учреждений сред. Проф. Образования. – М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. – 368 с.;

7. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов) и др. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 712 с.