Что такое пусковая диаграмма двигателя

Что такое пусковая диаграмма двигателя

В процессе пуска двигателей (асинхронных трехфазных двигателей с контактными кольцами и двигателей постоянного тока) необходимо постепенное выключение пусковых сопротивлений.

Управление в функции скорости. Скорость вращения двигателя часто фиксируется косвенным путем — измерением параметров, однозначно связанных с ней.

Для двигателей постоянного тока таким параметром является э. д. с. двигателя, а для синхронных и асинхронных двигателей с контактными кольцами — частота тока в роторе.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

При управлении двигателями постоянного тока напряжение, зависящее от э. д. е., прикладывается к катушкам реле или контакторов, которые, срабатывая при определенной ее величине, осуществляют переключение пусковых сопротивлений в требуемой последовательности.

Каждый из включенных в схему контакторов ускорения настроен на определенное значение напряжения втягивания. В начальный момент пуска напряжение на контакторах ускорения равно величине падения напряжения в якорной цепи, так как е = /тФ = 0. По мере увеличения скорости вращения двигателя его э. д. с. возрастает. При определенной скорости п (см. рис. 62) напряжение на зажимах катушки контактора /У достигает такой величины, при которой контактор срабатывает и замыкает свои контакты. Таким образом, первая ступень сопротивления оказывается зашунтированной.

Контакторы 2У и ЗУ при этом еще не работают, так как они настроены на более высокие напряжения втягивания. Как только скорость двигателя достигает значения «2 (см. рис. 62), срабатывает контактор 2У, замыкая свои контакты. Далее процесс идет аналогично до тех пор, пока все ступени пускового сопротивления не окажутся за-шунтированными. После того как будет выведена последняя ступень сопротивления, пуск двигателя заканчивается и он работает на естественной характеристике.

Рис. 61. Пусковая диаграмма электродвигателя с тремя ступенями пускового сопротивления

Рис. 62. Узел схемы автоматического пуска электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции э. д. с.

Рис. 63. Узел видоизмененной схемы автоматического пуска электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции э. д. с.

К недостаткам схемы следует отнести различное напряжение срабатывания, на которое должны быть выбраны контакторы ускорения, хотя этот недостаток можно в известной мере сгладить, если осуществить включение контакторов по схеме, изображенной на рис. 63. В этой схеме к зажимам якоря присоединены одни концы катушек контакторов, а вторые их концы подключаются к разным точкам пускового сопротивления. При таком присоединении удается выравнить напряжение втягивания для всех трех катушек. Следовательно, для всех ступеней могут быть применены однотипные контакторы. Все же в силу ряда недостатков подобные схемы встречаются только в приводах небольшой мощности.

Обычно на месте контакторов ставятся промежуточные реле напряжения, действующие в функции э. д. с. и включающие контакторы, питаемые от сети постоянного напряжения.

В схемах управления асинхронными двигателями этот принцип применяется сравнительно редко.

Рис. 64. Узел схемы автоматического управления электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения в функции тока

Однако схемы, основанные на принципах ограничения тока, не свободны от недостатков. Так, если при пуске двигателя нагрузочный момент на его валу по каким-либо причинам окажется выше расчетного, ток может длительное время превышать величину /2, при которой происходит отпускание якоря реле. Следовательно, пусковое сопротивление окажется невыключенным, что может привести к его перегоранию, так как оно не рассчитано на длительную работу.

Для автоматизации пуска используются различные реле времени, настраиваемые на соответствующие выдержки времени. Реле времени разделяются на механические, электромагнитные и электронные.

В приводах с асинхронными двигателями применяются обычно механические маятниковые реле, а при управлении двигателями постоянного тока — электромагнитные реле; в приводах с синхронными двигателями для переключения напряжения во время пуска могут применяться электромагнитные или электронные реле, обеспечивающие большую выдержку времени. Необходимая выдержка времени каждого реле определяется на основании пусковой диаграммы.

Рис. 65. Узел схемы автоматического пуска асинхронного двигателя в функции времени

9 Опишите способы пуска двигателя постоянного тока, дайте определение понятию «пусковая диаграмма двигателя постоянного тока».

В установившемся режиме работы ток якоря ДПТ НВ определяется по формуле:

При пуске, когда скорость вращения якоря ω равна нулю, ЭДС якоря также равна нулю, что вызывает увеличение тока якоря при пуске:

Пусковой ток при этом определяется выражением:

Так как сопротивление якоря ДПТ обычно имеет величину от долей Ома до нескольких Ом, то кратность пускового тока составляет I_П = (3 – 20)I_НОМ. Первая цифра в скобках соответствует двигателям малой мощности, вторая – двигателям большой мощности.

Увеличение пускового тока в двигателях малой мощности не вызывает опасных последствий, так как кратность тока невелика, а продолжительность процесса пуска небольшая. Поэтому двигатели малой мощности (до 1 кВт) пускают в ход непосредственным включением в сеть. У двигателей мощностью более 1 кВт кратность пускового тока гораздо выше, а время разгона якоря продолжительней. Большая кратность пускового тока вызывает сильное искрение на коллекторе, и может привести к резкому падению напряжения питающей сети, что может плохо отразиться на работе других потребителей энергии, включенных в ту же сеть. Поэтому для пуска двигателей мощностью более 1 кВт принимают специальные меры для ограничения пускового тока. Обычно это пусковые реостаты, включенные последовательно в цепь якоря.

Для пуска двигателя большой мощности использование пусковых реостатов нецелесообразно из-за больших размеров реостатов и больших потерь в них. Поэтому такие двигатели запускаются методом понижения напряжения.

Пусковой диаграммой называется совокупность двух и более искусственных характеристик, используемых при пуске двигателя (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 – Пусковая диаграмма и схема пуска ДПТ НВ

Двигатель запускается по искусственной характеристике 1. При включении ток и момент двигателя ограничиваются до допустимого уровня

суммарным сопротивлением ступеней R₁ и R₂. При скорости ω₁, когда ток в цепи якоря уменьшается до значения ключом К₁ закорачивается ступень R₁, и двигатель переходит на искусственную характеристику 2, соответствующую включению в цепь якоря ступени R₂.. При скорости ω₂ ключом К₂ закорачивается ступень R₂, и двигатель выходит на естественную характеристику 3, по которой продолжает разгон до номинальной скорости.

10 Приведите и поясните схемы включения асинхронного двигателя и п-образную схему замещения асинхронного двигателя.

Схемы включения АД с фазным и короткозамкнутым ротором представлены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Схемы включения АД

Трехфазный АД имеет трехфазную обмотку статора, которая подключается к сети переменного тока и создаёт в двигателе вращающееся магнитное поле, и обмотку ротора, которая может быть выполнена по двум вариантам. Первый вариант – это фазный ротор, его обмотка выполнена из медного провода и имеет выводы на три контактных кольца, с помощью которых осуществляется контакт с внешними цепями. Двигатель с таким ротором имеет дополнительные возможности по регулированию координат, в первую очередь момента, схема его включения приведена на рисунке 3.1,а.

Второй вариант – АД с короткозамкнутым ротором. Его обмотка выполняется заливкой алюминия в пазы сердечника ротора и представляет собой конструкцию типа “беличье колесо”. Двигатель с короткозамкнутым ротором является более простым, дешевым и надежным. Схема его включения приведена на рисунке 3.1,б.

Для получения выражений электромеханической и механической характеристик АД используется его схема замещения, в которой ток, ЭДС и параметры цепи ротора приведены к цепи статора, что позволяет изобразить эти две цепи на схеме электрически связанными, хотя в действительности связь между ними осуществляется через электромагнитное поле. Приведение параметров производится с помощью коэффициента трансформации АД по ЭДС.

На рисунке 3.2 представлена П-образная схема замещения АД.

Рисунок 3.2 – П-образная схема замещения АД

Эта схема может использоваться для вывода формул статических характеристик АД. На схеме приняты следующие обозначения: U_1Ф — действующее значение фазного напряжения сети; I₁, I_μ, I’₂ – фазные токи статора, намагничивания и приведенный ток ротора; R₁ – суммарное активное сопротивление фазы статора; R’₂ – приведенное суммарное активное сопротивление фазы ротора; x₁ и x’₂ — индуктивные сопротивления фазы статора и приведенное фазы ротора; R_μ и x_μ — параметры цепи намагничивания; S – скольжение АД.

Пусковая диаграмма двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Для ограничения пускового тока в цепь якоря вводят добавочное сопротивление R_доб (см. рисунок 3.14).

U=E+IR, где R=R_я+R_доб → .

При пуске ω=0, следовательно Е=0, значит . В паспорте электродвигателя указывается его перегрузочная способность:

(2…2,5 у ДПТ)

Пусковые сопротивления выполняют секционными:

В процессе пуска пики токов и моментов выбирают одинаковыми, тогда пусковая диаграмма будет иметь вид как на рисунке 3.15:

Для любых соседних характеристик пусковой диаграммы отношение сопротивлений ступеней постоянно:

Для расчета R нужно задаться двумя из трех следующих величин:

§ Z – число ступеней.

Число ступеней Z выбирают в зависимости от мощности двигателя. При контакторном управлении:

При Р 50 кВт, число ступеней Z=3…4

Различают форсированный и нормальный пуск. При форсированном пуске задаются пиковым током I₁, выбирая его возможно большим (по условиям коммутации). I₁= 2…2,5 I_н. Ток переключения рассчитывают:

При нормальном пуске задаются током переключения I₂ (на 10…20% больше статического тока I_с), пиковый ток I₁ рассчитывают:

По пусковой диаграмме рассчитывают сопротивление ступеней и секций пусковых сопротивлений.

1. Аналитический метод.

; ;

; ;

2. Графический метод.

ω*=1-R* (при I=I_н) см. рисунок 2.15

R₁*=ае; R₂*=ad; R₃*=ac; R_я*=ab; r₁*=de; r₂*=cd; r₃*=bc.

Для смягчения первого пускового толчка момент иногда выполняют ½ предварительные ступени, которые обеспечивают меньший начальный момент (характеристики 0 и 0′ на рисунке 3.15)

Дата добавления: 2016-11-02 ; просмотров: 2013 ;

Учебное пособие для подготовки по профессии «Машинист электропоездов метрополитена»

6.1 Пуско-тормозная диаграмма

6.1.1 Пусковая диаграмма

Пусковой диаграммой называется графическое изображение изменения скорости движения и силы тяги в зависимости от тока при пуске тягового двигателя.

Пусковая и тормозная диаграммы строятся для одного двигателя, представлены на рис.117.

Пусковая диаграмма имеет большое значение: по диаграмме можно определить величину тока, величину реализуемой мощности, скорости, ускорение пуска, тяговое усилие и время для каждой позиции в отдельности и за весь пуск: ускорение, реализуемый коэффициент сцепления.

На пусковой диаграмме графически располагаются скоростные характеристики V=f(I), которые начинаются снизу от первой реостатной позиции РК. Первая позиция РК рассчитывается на полностью введенные пусковые резисторы, исходя из необходимости реализации расчетного ускорения 0,3 м/с 2 для плавности трогания:

Во вращающемся якоре

По мере увеличения скорости вращения якоря двигателя противо-ЭДС увеличивается, а ток уменьшается. Чтобы величину тока поддерживать на определенном уровне, т.е иметь постоянное тяговое усилие, необходимо постепенно уменьшать величину сопротивления пусковых резисторов R, доведя их величину до нуля. После первой позиции до достижения тока уставки РК должно вращаться хронометрически увеличивая ускорение с 0,3 до 1,2 м/с 2 .

Скоростные характеристики строятся по числу позиций реостатного контроллера на последовательном и параллельном соединении групп ТЭД, включая позиции ослабления поля.

Скоростные характеристики подразделяются на реостатные и безреостатные. Реостатными характеристиками являются такие, которые имеют определенную величину сопротивления резисторов и время движения по ним ограничивается их нагревом (не более 5 минут). Характеристики при полностью выведенных резисторах называются безреостатными (ходовыми).

Кроме скоростных характеристик на пусковой диаграмме строятся и тяговые характеристики F=f(I). Тяговые характеристики строятся слева-направо, с увеличением тока увеличивается и сила тяги. Эти характеристики располагаются одна под другой. Наверху располагается характеристика 100% поля ТЭД и по мере ослабления поля характеристики опускаются вниз. Количество их зависит от количества ступеней ослабления поля.

Величины пусковых резисторов подбираются таким образом, чтобы величина тока не была опасна для двигателя и не превышала в пределах поезда уставку автоматов защиты на тяговых подстанциях, а также чтобы сила тяги не превышала силу сцепления колес с рельсами, т.е на пусковые диаграммы накладывается ограничение по току, сцеплению и конструктивной скорости.

Некоторые позиции на параллельном соединении ТЭД могут быть сдвоены или строены, на них не происходит изменений в силовой цепи и выполнены с целью улучшения плавности пуска.

6.1.2 Тормозная диаграмма

Графическое изображение изменения скорости и тормозной силы от тока при торможении называется тормозной диаграммой.

Тормозная диаграмма изображена на рис.117.

Построение тормозной диаграммы производится в левом координатном углу: по оси абсцисс откладываются величины тока, по оси ординат- скорости и тормозной силы. Тормозные характеристики строятся по числу позиций РК. Кроме тормозных характеристик на тормозной диаграмме строятся характеристики тормозной силы при 48% и 100% полях.

С уменьшением скорости движения на каждой характеристике уменьшается ток и тормозная сила, а при переходе на следующую позицию ток скачком увеличивается, затем падает до величины уставки, и снова при переходе на следующую позицию скачком возрастает. При таком регулировании поддерживается среднее значение тормозного тока, которое устанавливает величину замедления 1,1 м/с 2 установленную для вагонов 81-717.5М, 81-714.5М.

6.1.3 Порядок работы с пуско-тормозной диаграммой

По заданной скорости движения Vа определить позицию РК, ток, силу тяги, реализуемый коэффициент сцепления, ускорение (см. рис.118).

От заданной скорости, которую находим на оси ординат точки а, проводим горизонтальную прямую до пересечения со скоростной характеристикой N, где проходит пилообразная кривая пуска (точка б) и находим номер позиции РК. Из точки б опускаем перпендикуляр на ось токов и точка в покажет величину тока тягового двигателя на данной скорости и позиции РК. Из точки в проводим вертикальную прямую до пересечения с характеристикой силы тяги F, соответствующего поля, точка г. Из точки г проводим горизонтальную прямую до пересечения с осью ординат и точка д покажет величину силы тяги.

Используя указанную схему можно на любой позиции РК определить скорость движения, ток, силу тяги, ускорение, реализуемый коэффициент сцепления.

6.2 Пуск тяговых двигателей в ходовом режиме

Если к зажимам неподвижного тягового двигателя приложить напряжение U (В), то при сопротивлении обмоток якоря и полюсов r (Ом) в цепи установится ток:

Сопротивление обмотки якоря и полюсов тягового двигателя ДК-117 составляет около 0,0691 Ом. Если соединить последовательно четыре тяговых двигателя и включить их в сеть с напряжением 750В, то по обмоткам неподвижных двигателей пройдет ток:

При таком токе вращающий момент будет очень велик, что вызовет разрушение частей самого двигателя, зубчатой передачи. Кроме того, обмотки двигателя при таком токе быстро нагреются и сгорят. Поэтому для ограничения величины тока при пуске последовательно в цепь двигателей вводится дополнительно резистор сопротивлением 4,176 Ом, которое значительно увеличивает сопротивление цепи и ограничивает ток до величины, при которой первоначально допустимая по плавности пуска ускорение 0,3 м/с 2 будет обеспечено. Ток при этом будет равен:

Как только вагон тронется с места, т.е. якорь двигателя начнет вращаться, в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, которая будет направлена против тока и внешнего напряжения, подводимого к двигателю. Величина противо-ЭДС увеличивается с увеличением скорости вращения якоря двигателя.

Если обозначить величину противо-ЭДС, наводимую в обмотке якоря через Е, то величина тока вращающего двигателя определится выражением:

Из этой формулы следует, что при неизменном сопротивлении резисторов R и постоянном напряжении контактной сети U с увеличением скорости движения увеличивается и противо-ЭДС, а величина тока падает. Соответственно уменьшается и сила тяги. Чтобы обеспечить разгон поезда по установленной характеристике, нужно сначала повышать ток якоря двигателя путем уменьшения сопротивление пускового резистора. При этом величина ускорения увеличивается с 0,3 м/с 2 до 1,1 -1,2 м/с 2 с поддержанием постоянства темпом 0,6 м/с 3 .

Уменьшение сопротивления пускового резистора производится замыканием накоротко его секций кулачковыми элементами РК, что приводит к ступенчатому колебанию пускового тока, а, следовательно, и величины тягового усилия при разгоне.

Чтобы уменьшить величину колебания тока при пуске предусматривается достаточно большое количество ступеней сопротивлений.

Наиболее полно разгон двигателя отображает пусковая диаграмма, изображенная на рис.117.

Расчет и построение пусковой диаграммы ДПТ НВ

Формируемая) компетенция:

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

Цель работы:

1. Повторить теоретический материал.

2 Освоить построение пусковой диаграммы.

3 Рассчитать и выбрать пусковые сопротивления.

Выполнив работу, Вы будете:

— определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

— организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;

Материальное обеспечение:

калькулятор, конспект лекций, справочник

Задание:

1 Рассчитать и построить пусковую диаграммуДПТ НВ, рассчитать и выбрать пусковые сопротивления

Краткие теоретические сведения:

Т.к. в момент пуска в двигателе противо-Э.Д.С. равна нулю, то значение пускового тока очень велико и превышает номинальное значение в 10 – 20 раз, что недопустимо по условиям безыскровой коммутации. Необходимость ограничения величины тока двигателя определяется также механическими причинами, т.к большие токи создают соответственно большие моменты, которые при внезапном приложении обусловливают механические удары в передачах, увеличивая их износ и далее вызывают поломки.

Поэтому во многих случаях в цепь обмотки якоря последовательно включают пусковое сопротивление, состоящее из нескольких ступеней, которые по мере разгона двигателя постепенно шунтируются соответствующими контактами.

На рис. 5 приведена схема включений пусковых сопротивлений

Рисунок 5 — Схема включения пусковых сопротивлений

Различают форсированный и нормальный пуски. Форсированный пуск применяется для напряженно работающих приводов с большим числом включений в час. Для редко пускаемых приводов используют нормальный пуск (например, конвейеры, транспортеры и т.д.).

Порядок выполнения работы:

1 Повторить теоретический материал.

2 По алгоритму рассчитать и построить пусковую диаграмму ДПТ НВ. Исходные данные для расчетов приведены в таблице 5.

3 Ответить на вопросы.

Ход работы:

Нормальный пуск двигателя.

Переключающий момент (или минимальный пусковой момент) Мпер, Н м

где М_ном – номинальный момент двигателя, Нм (из практической работы №3)

Отношение пускового момента к переключающему

где R_а 0 — сопротивление якоря в относительных единицах

где R_а — полное сопротивление якоря, Ом (из практической работы № 3);

R_ном – номинальное сопротивление, Ом

М_пер 0 — переключающий момент в относительных единицах

где М_ном – номинальный момент, Н м (из практической работы № 3);

m – число ступеней пускового реостата, зависит от типа контакторной панели.

Если тип контакторной панели не известен, то число ступеней m принимается ориентировочно, исходя из мощности двигателя:

Р_ном 50 кВт m = 3 – 4

Однако при расчете далее необходимо проверить, чтобы при заданном числе ступеней М_пик