ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.04.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
позволяет протекать току под действием ЭДС самоиндукции, возникающей при ее отключении. Выбор сопротивления в указанных пределах позволяет снизить темп падения тока в обмотке возбуждения и тем самым ограничить
ЭДС самоиндукции до допустимых пределов.
Защита от повышения напряжения применяется главным образом в системе «преобразователь - двигатель». Она реализуется с помощью реле напряжения, включаемого на выходе преобразователя и своими контактами воздействующего на цепи отключения напряжения ЭП. Эта защита косвенно защищает ДПТ и от чрезмерного увеличения скорости при появлении повышенного напряжения.
Защита от превышения скорости применяется в ЭП рабочих машин, для которых недопустимо превышение скорости движения исполнительных органов (лифты, подъемные лебедки, эскалатор, шахтные подъемники).
Такая защита обеспечивается с помощью тахогенератора или центробежных выключателей, соединенных с валом двигателя. Центробежные выключатели непосредственно действуют на цепь управления, а тахогенератор через реле напряжения, включаемое на его якорь.
Защита от затянувшегося пуска СД обеспечивает его прекращение, если к концу расчетного времени ток возбуждения СД не достигает заданного уровня.
Путевая защита обеспечивает отключение ЭП при достижении исполнительным органом рабочей машины крайних положений. Она осуществляется с помощью конечных выключателей, устанавливаемых в этих положениях исполни тельного органа и размыкающих в случае необходимости цепи реле защиты или непосредственно линейных контакторов.
Защита от выпадения СД из синхронизма применяется для ЭП с синхронными двигателями, работающих с резко изменяющейся нагрузкой на валу и питающихся от сети, в которой возможно снижение напряжения.
На рисунке 2 для примера приведена одна из многочисленных схем, реализующая защиту с созданием схемы соединения искусственной звезды из трех конденсаторов.
ЭДС самоиндукции до допустимых пределов.
Защита от повышения напряжения применяется главным образом в системе «преобразователь - двигатель». Она реализуется с помощью реле напряжения, включаемого на выходе преобразователя и своими контактами воздействующего на цепи отключения напряжения ЭП. Эта защита косвенно защищает ДПТ и от чрезмерного увеличения скорости при появлении повышенного напряжения.
Защита от превышения скорости применяется в ЭП рабочих машин, для которых недопустимо превышение скорости движения исполнительных органов (лифты, подъемные лебедки, эскалатор, шахтные подъемники).
Такая защита обеспечивается с помощью тахогенератора или центробежных выключателей, соединенных с валом двигателя. Центробежные выключатели непосредственно действуют на цепь управления, а тахогенератор через реле напряжения, включаемое на его якорь.
Защита от затянувшегося пуска СД обеспечивает его прекращение, если к концу расчетного времени ток возбуждения СД не достигает заданного уровня.
Путевая защита обеспечивает отключение ЭП при достижении исполнительным органом рабочей машины крайних положений. Она осуществляется с помощью конечных выключателей, устанавливаемых в этих положениях исполни тельного органа и размыкающих в случае необходимости цепи реле защиты или непосредственно линейных контакторов.
Защита от выпадения СД из синхронизма применяется для ЭП с синхронными двигателями, работающих с резко изменяющейся нагрузкой на валу и питающихся от сети, в которой возможно снижение напряжения.
На рисунке 2 для примера приведена одна из многочисленных схем, реализующая защиту с созданием схемы соединения искусственной звезды из трех конденсаторов.
Рисунок 2 - Схема защиты электродвигателя при помощи теплового реле и по
напряжению нулевой последовательности с применением схемы соединения
искусственной звезды из трех конденсаторов
Фазочувствительные устройства защиты электродвигателей.
Угол сдвига между токами в трехфазной сети в нормальных условиях равен
120°, а при обрыве одной из фаз угол сдвига в исправных фазах увеличивается до 180°. Таким образом, если контролировать изменение угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя, то его можно защитить от основного аварийного режима — обрыва фазы. Поэтому устройства защиты, реагирующие на изменение угла фазового сдвига между токами нагрузки электродвигателя, были названы фазочувствительными.
Для контроля можно использовать различные фазовые детекторы. В этом случае необходимо из трехфазных токов питания электродвигателя сформировать два измеряемых напряжения U
1
и U
2
с определенным углом сдвига фаз между ними, используя фазовращающий трансформатор тока —
ФТТ (рис.3,4).
Если угол равен или близок 90 0
при наличии токов во всех фазах питания электродвигателя и если при обрыве любой из фаз угол изменяется на 0 или
180°, то можно применять фазовые детекторы с косинусной характеристикой.
Рисунок 3–Функциональная схема ФУЗ
Рисунок 4 – Пример защиты асинхронного электродвигателя с помощью ФУЗ
При нормальной работе электродвигателя в катушке реле КVтечет небольшой ток, меньше тока отпускания реле. Если электродвигатель не
запускается или затормаживается во время работы, то токи нагрузки электродвигателя, следовательно, и измеряемые напряжения U
1
и U
2
резко увеличиваются. Ток в катушке реле KVтакже резко возрастает и становится больше тока притягивания реле, что приведет к срабатыванию реле и отключению электродвигателя.
Для защиты электродвигателя от симметричных перегрузок применяют схему, которая контролирует одно из измеряемых напряжений.
Модернизированное фазочувствительное устройство защиты электродвигателей ФУЗ-М предназначено для защиты трехфазных электродвигателей от неполнофазных режимов и любых перегрузок (в том числе при заторможении ротора).
ФУЗ-М моментально срабатывает при обрыве фазы, а при симметричных перегрузках — с выдержкой времени, зависящей от размера перегрузки:
30…50с при 50%-ной перегрузке и 8...12с при заторможенном роторе двигателя.
Рисунок 5 - Модернизированное фазочувствительное устройство защиты ФУЗ-М: 1
— трансформатор тока; 2 — печатная плата; 3 - реле защиты; 4 — шкала
потенциометра; 5 — изоляционное основание; 6 — крышка, закрывающая клеммную
колодку; 7 — крышка
Принцип работы устройства. Фазовращающие трансформаторы тока (ФТТ) ТА1 и
ТА2 из трехфазного тока нагрузки формируют два измеряемый напряжения U1 и
U2. Угол сдвига фаз между ними при работе электродвигателя на всех трех фазах
близок к 90°. При обрыве любой из фаз угол сдвига становится равным 0 или 180°,
вследствие чего срабатывает фазочувствительный кольцевой детектор на диодах
VD1...VD4 с балластными резисторами R1...R4. Нагрузкой кольцевого детектора
является реле защиты, включенное между средними точками сигнальных обмоток
ФТТ.
1
и U
2
резко увеличиваются. Ток в катушке реле KVтакже резко возрастает и становится больше тока притягивания реле, что приведет к срабатыванию реле и отключению электродвигателя.
Для защиты электродвигателя от симметричных перегрузок применяют схему, которая контролирует одно из измеряемых напряжений.
Модернизированное фазочувствительное устройство защиты электродвигателей ФУЗ-М предназначено для защиты трехфазных электродвигателей от неполнофазных режимов и любых перегрузок (в том числе при заторможении ротора).
ФУЗ-М моментально срабатывает при обрыве фазы, а при симметричных перегрузках — с выдержкой времени, зависящей от размера перегрузки:
30…50с при 50%-ной перегрузке и 8...12с при заторможенном роторе двигателя.
Рисунок 5 - Модернизированное фазочувствительное устройство защиты ФУЗ-М: 1
— трансформатор тока; 2 — печатная плата; 3 - реле защиты; 4 — шкала
потенциометра; 5 — изоляционное основание; 6 — крышка, закрывающая клеммную
колодку; 7 — крышка
Принцип работы устройства. Фазовращающие трансформаторы тока (ФТТ) ТА1 и
ТА2 из трехфазного тока нагрузки формируют два измеряемый напряжения U1 и
U2. Угол сдвига фаз между ними при работе электродвигателя на всех трех фазах
близок к 90°. При обрыве любой из фаз угол сдвига становится равным 0 или 180°,
вследствие чего срабатывает фазочувствительный кольцевой детектор на диодах
VD1...VD4 с балластными резисторами R1...R4. Нагрузкой кольцевого детектора
является реле защиты, включенное между средними точками сигнальных обмоток
ФТТ.
Рисунок 6 - Электрическая схема устройства защиты ФУЗ-М
Схема контроля перегрузки состоит из регулируемого тиристорного выпрямителя
(VS1, R5, RP1, RP2), зарядно-разрядной цепи (R6, R7, накопительного конденсатора
С1, порогового элемента —тиристора VS2 со стабилитроном VD5, режимных
резисторов R8...R10 и шунтирующего тиристора VS3 (рис.6).
Устройство ФУЗ-М, надежно защищает электродвигатель от всех прямых аварийных режимов (обрыва фазы, незапускания, заторможения, перегрузки), не реагирует на некоторые косвенные, из-за чего статорная обмотка перегревается. Косвенные аварийные режимы возникают при недостаточном теплообмене с окружающей средой (высокие температура и влажность или чрезмерная запыленность окружающего воздуха), частых реверсах или пусках электродвигателя, перегреве подшипников.
Чтобы расширить возможности фазочувствительных устройств защиты, была разработана универсальная модификация ФУЗ-У, дополнительно контролирующая нарушение охлаждения электродвигателя по температуре его корпуса или обмотки.
Лекция II-4_22
Вопросы
Замкнутые схемы управления ЭП с ДПТ. Формирование
статических свойств
1) Замкнутые схемы управления электроприводов с двигателями
постоянного тока по скорости
2) Регулирование (ограничение) тока и момента двигателя постоянного
1 2 3
тока с помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току
3) Замкнутая схема электрического привода с двигателями постоянного
тока с обратными связями по скорости и току
4) Замкнутые электропривода с подчиненным регулированием координат
Замкнутые схемы управления электроприводов с двигателями
постоянного тока по скорости
Характеристики разомкнутых ЭП, построенных по системе «преобразователь—
двигатель» (П — Д), имеют относительно невысокую жесткость из-за влияния внутреннего сопротивления преобразователя. Для получения значительных диапазонов и высокой точности регулирования скорости требуется иметь более жесткие характеристики, которые можно получить лишь в замкнутой системе
П—Д. Кроме того, характеристики разомкнутой системы не обеспечивают точного регулирования (или ограничения) тока и момента, что также требует перехода к замкнутой системе.
Рисунок 1 - Схема замкнутой системы П—Д с отрицательной обратной связью по
скорости
Замкнутая система П—Д с отрицательной обратной связью по скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Основу структурной схемы составляет разомкнутая схема П — Д. На валу ДПТ находится датчик скорости — тахогенератор (ТГ) (рис. 1), выходное напряжение которого пропорциональное скорости ДПТ и является сигналом обратной связи.
Коэффициент пропорциональности носит название коэффициента обратной связи по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения ТГ.
Сигнал обратной связи U
тг
=γω=U
о.с сравнивается с задающим сигналом скорости U
з.с
, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки)
U
вх
=U
з.с
- γω
3) Замкнутая схема электрического привода с двигателями постоянного
тока с обратными связями по скорости и току
4) Замкнутые электропривода с подчиненным регулированием координат
Замкнутые схемы управления электроприводов с двигателями
постоянного тока по скорости
Характеристики разомкнутых ЭП, построенных по системе «преобразователь—
двигатель» (П — Д), имеют относительно невысокую жесткость из-за влияния внутреннего сопротивления преобразователя. Для получения значительных диапазонов и высокой точности регулирования скорости требуется иметь более жесткие характеристики, которые можно получить лишь в замкнутой системе
П—Д. Кроме того, характеристики разомкнутой системы не обеспечивают точного регулирования (или ограничения) тока и момента, что также требует перехода к замкнутой системе.
Рисунок 1 - Схема замкнутой системы П—Д с отрицательной обратной связью по
скорости
Замкнутая система П—Д с отрицательной обратной связью по скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Основу структурной схемы составляет разомкнутая схема П — Д. На валу ДПТ находится датчик скорости — тахогенератор (ТГ) (рис. 1), выходное напряжение которого пропорциональное скорости ДПТ и является сигналом обратной связи.
Коэффициент пропорциональности носит название коэффициента обратной связи по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения ТГ.
Сигнал обратной связи U
тг
=γω=U
о.с сравнивается с задающим сигналом скорости U
з.с
, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки)
U
вх
=U
з.с
- γω
подается на вход дополнительного усилителя У, который с коэффициентом k
у усиливает сигнал рассогласования U
вх и подает его в виде сигнала управления U
у на вход преобразователя П.
Рисунок 2 – Механические
характеристики ДПТ в
замкнутой системе
регулирования с
отрицательной обратной
связью (ООС) по скорости
Жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомкнутой системе
(рисунок 2). Сами характеристики, представляют собой прямые параллельные линии 2, 4, 5, расположение которых определяется уровнем задающего сигнала по скорости и соответственно скоростью холостого хода ω
0
. Здесь же для сравнения приведена характеристика
ДПТ в разомкнутой (прямая 3) системе.
В замкнутой системе может быть получена абсолютно жесткая характеристика, которая изображена на рисунке 2 в виде штриховой линии 1.
Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предположим, что ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки
М
с
. Так как развиваемый ДПТ момент стал меньше момента нагрузки, его скорость начнет снижаться и соответственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости. Это, в свою очередь, вызовет увеличение сигналов рассогласования U
вх и управления U
y и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, напряжения и скорости ДПТ.
При уменьшении момента нагрузки обратная связь действует в другом направлении, приводя к снижению ЭДС преобразователя. Таким образом, благодаря наличию обратной связи осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя и тем самым подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего получаются более жесткие характеристики ЭП. В разомкнутой системе при изменении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в результате чего жесткость характеристик электропривода оказывается меньше.
Для получения жестких характеристик в системе П — Д кроме обратной связи по скорости используются также отрицательная обратная связь по напряжению и положительная обратная связь по току двигателя и их сочетания.
у усиливает сигнал рассогласования U
вх и подает его в виде сигнала управления U
у на вход преобразователя П.
Рисунок 2 – Механические
характеристики ДПТ в
замкнутой системе
регулирования с
отрицательной обратной
связью (ООС) по скорости
Жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомкнутой системе
(рисунок 2). Сами характеристики, представляют собой прямые параллельные линии 2, 4, 5, расположение которых определяется уровнем задающего сигнала по скорости и соответственно скоростью холостого хода ω
0
. Здесь же для сравнения приведена характеристика
ДПТ в разомкнутой (прямая 3) системе.
В замкнутой системе может быть получена абсолютно жесткая характеристика, которая изображена на рисунке 2 в виде штриховой линии 1.
Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предположим, что ДПТ работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки
М
с
. Так как развиваемый ДПТ момент стал меньше момента нагрузки, его скорость начнет снижаться и соответственно будет снижаться сигнал обратной связи по скорости. Это, в свою очередь, вызовет увеличение сигналов рассогласования U
вх и управления U
y и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, напряжения и скорости ДПТ.
При уменьшении момента нагрузки обратная связь действует в другом направлении, приводя к снижению ЭДС преобразователя. Таким образом, благодаря наличию обратной связи осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя и тем самым подводимого к ДПТ напряжения, за счет чего получаются более жесткие характеристики ЭП. В разомкнутой системе при изменении момента нагрузки ЭДС преобразователя не изменяется, в результате чего жесткость характеристик электропривода оказывается меньше.
Для получения жестких характеристик в системе П — Д кроме обратной связи по скорости используются также отрицательная обратная связь по напряжению и положительная обратная связь по току двигателя и их сочетания.
2 Регулирование (ограничение) тока и момента двигателя постоянного тока
с помощью нелинейной отрицательной обратной связи по току
В качестве датчика тока (рис. 3) в этой системе может быть использован шунт с сопротивлением R
ш
, падение напряжения на котором пропорционально току якоря. В результате сигнал обратной связи по току
U
о.т
=
I,
где
— коэффициент обратной связи по току.
Рисунок 3 - Схема замкнутой системы П—Д с нелинейной отрицательной
обратной связью по току
Отметим, что в качестве резистора R
Ш
часто используется обмотка дополнительных полюсов и компенсационная обмотка двигателя.
Сигнал обратной связи U
о.т поступает на узел токоограничения УТО, называемый также узлом токовой отсечки, вместе с сигналом задания тока U
з.т
Этот сигнал определяет уровень тока отсечки I
отс
, с которого начинается регулирование (ограничение) тока.
Работа УТО в соответствии с его характеристикой U
о.т.
=f(I) происходит следующим образом (рис. 4).
Рисунок 4 –
Механические
характеристики замкнутой
системы
П—Д с нелинейной отрицательной обратной связью по току
При токе в якоре, меньшем заданного тока отсечки, сигнал обратной связи на выходе УТО равен нулю.
Другими словами, ЭП в диапазоне тока 0...I
отс является разомкнутым и имеет характеристики, изображенные на рисунке 4, в зоне 1.
При токе, больше тока отсечки на выходе УТО появляется сигнал отрицательной обратной связи U
о.т
=
I ЭП становится замкнутым и начинает работать в зоне 2 . Для пояснения вида характеристик ЭП в этой зоне запишем выражение для сигнала рассогласования
U
вх
=U
з.с
-
I.
Из выражения видно, что при увеличении тока I сигнал U
вх уменьшается, что вызовет уменьшение сигнала U
y и Е
п
. Это приведет к уменьшению напряжения на двигателе U и соответствующему снижению тока в якоре двигателя. Характеристики двигателя становятся крутопадающими (мягкими), что и отражает эффект регулирования (ограничения) тока и соответственно момента. При увеличении коэффициента усиления системы характеристики в зоне 2 все ближе приближаются к вертикальным линиям. Уровень ограничения тока определяется задающим сигналом (уставкой) U
з.т
Замкнутая схема электрического привода с двигателями
постоянного тока с обратными связями по скорости и току
Для получения жестких характеристик ЭП, необходимых для регулирования скорости, и мягких характеристик, требуемых для ограничения тока и момента, т. е. при регулировании двух (или более) координат, применяются различные сочетания обратных связей. В схеме ЭП с нелинейными обратными связями по скорости и току (рис. 5) для обеспечения нелинейности цепей обратных связей использованы рассмотренный ранее узел
УТО и узел ограничения скорости УСО, характеристики которых показаны внутри соответствующих условных изображений. Приведенная схема соответствует структуре с общим усилителем и нелинейными обратными связями.
Рисунок 5 -
Схема и
характеристики
замкнутой
системы П — Д с
обратными
связями по
скорости и току.
