Контрольные вопросы.

1. Назначение швартовного шпиля.

2. Устройство и работа силового кулачкового контроллера.

3. Особенности управления электродвигателем постоянного тока.

4. Чтение схемы по диаграмме включений контактов контроллера (устно).

5. Необходимые условия для нормального пуска и разгона электродвигателя постоянного тока.

6. Как осуществляется регулирование частоты вращения в рассматриваемом электроприводе шпиля.

7. Чем обеспечивается торможение рассматриваемого электродвигателя постоянного тока (способы торможения).

8. Защиты, предусмотренные схемой.

9. Каким недостатком обладает рассмотренная схема управления

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться с назначением и условиями работы электропривода шпиля.

2. Ознакомиться с конструкцией и работой силового кулачкового контроллера.

3. Опробовать работу контроллера в предусмотренных схемой режимах.

4. Изучить контроллерную схему управления электроприводом шпиля по диаграмме включений контактов контроллера.

Содержание отчета.

1. Титульный лист, выполненный с учетом требований нормативных документов;

2. Принципиальная контроллерная схема управления эл.приводом шпиля и диаграмма включений контактов контроллера;

3. Ответы на контрольные вопросы.

Лабораторная работа №4

РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЯКОРНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С ДВУХСКОРОСТНЫМ ФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ.

Цель работы

1. Изучить устройство аппаратов релейно-контакторного управления и защиты электропривода с АДФР

2. Ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФР);

3. Особенности пуска и регулирования скорости вращения АДФР;

4. Достоинства и недостатки, а также область применения АДФР;

5. Изучить схему управления якорного электропривода с двухскоростным фазным асинхронным двигателем.

Теоретический раздел

При пуске двигателя в ход должны по возможности удовлетворяться следующие основные требования:

• процесс пуска должен быть простым и осуществляться без сложных пусковых устройств;

• пусковой момент должен быть достаточно большим;

• пусковой ток по возможности малым, и пр.

Практически используются следующие способы пуска:

• непосредственное подключение обмотки статора к сети (прямой пуск для двигателей малой и средней мощности);

• понижение напряжения, подводимого к обмотке статора при пуске;

• подключение к обмотке ротора пускового реостата (для пуска двигателей с фазовым ротором).

Наличие контактных колец у двигателей с фазным ротором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат

При включении в цепь ротора пускового реостата увеличивается активное сопротивление ротора , пропорционально возрастает пусковой момент . Максимальный момент не зависит от активного сопротивления, но это сопротивление определяет величину критического скольжения, при котором асинхронная машина развивает максимальный момент. Следовательно, включая в цепь ротора различные добавочные сопротивления , можно получить семейство зависимостей и механических характеристик , см. рис.1, отличающихся друг от друга различной жесткостью (наклоном к оси моментов). При этом, чем больше добавочное сопротивление в цепи ротора, тем большую крутизну имеют эти характеристики. Характеристика 1при называется естественной, 2,3,4 – реостатными, или искусственными характеристиками. Из кривых следует, что включение добавочного сопротивления определенной величины увеличивает начальный пусковой момент. Максимальное значение пусковой момент приобретает при работе на характеристике 4, когда . Включение сопротивления уменьшает также и пусковой ток, так как в этом случае:

а) б)

Рис.1 – Зависимости асинхронного двигателя (а) и его механической характеристики (б) при включении в цепь ротора добавочного активного сопротивления.

Пусковой реостат обычно имеет четыре-шесть позиций, что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пускового момента во все время разгона двигателя. В начале двигатель пускается по характеристике 4, соответствующей сопротивлению пускового реостата и развивает вращающий пусковой момент . По мере увеличения скорости, вращающий момент уменьшается, и часть сопротивления реостата выводят. Вращающий момент при этом мгновенно возрастает. При дальнейшем увеличении скорости и уменьшении вращающего момента часть сопротивления реостата снова отключается и двигатель ступенчато переходит на работу по характеристикам 3 и 2. В течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным.

Таким образом, при постепенном (ступенчатом) уменьшении сопротивления пускового реостата, вращающий момент двигателя изменяется в пределах от до ,имеет среднее значение а скорость вращения n возрастает по ломанной кривой, показанной на рис.1б) красной жирной линией. В конце пуска пусковой реостат полностью выводят, обмотка ротора замыкается накоротко и двигатель переходит на естественную характеристику 1. Выключение отдельных ступеней пускового реостата в процессе разгона двигателя осуществляется автоматически.

Таким образом, путем включения реостата в цепь ротора можно осуществить пуск двигателя при и резко уменьшить пусковой ток.

Недостатками этого способа являются:

• относительная сложность, продолжительность и неэкономичность пусковой операции;

• наличие контактного соединения и сложного технического обслуживания контактных частей;

• работа в процессе пуска на повышенных скольжениях и ,следовательно, с большими потерями мощности;

• необходимость применения сложного и дорогостоящего двигателя с фазным ротором.

• фазные двигатели имеют худшие рабочие характеристики, низкий КПД и

Достоинством АДФР является

• наиболее благоприятное соотношение между пусковым моментом и пусковым током: большой пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе (в 2-3 раза больше номинального);

• возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.

В связи с недостатками двигатели с фазовым ротором применяют только при тяжелых условиях пуска (когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент), при малой мощности электрической сети или при необходимости плавного регулирования скорости вращения. АДФР нашли применение в электроприводах рулевых, подруливающих устройств, а также некоторые насосы энергетической установки, где по требованиям эксплуатации необходимо плавно регулировать скорость. В данной лабораторной работе рассматривается схема управления электропривода брашпиля (ЯШУ), работающего на двух скоростях в кратковременном режиме.

Рассмотрим схему управления электропривода брашпиля с фазным двухскоростным асинхронным электродвигателем

Рассматриваемая схема нашла большое применение в электроприводах брашпилей больших серий сухогрузных судов. В качестве приводного двигателя применен асинхронный двигатель с двумя обмотками на статоре, имеющих различное число полюсов:2р=16 и 2р=8. Роторная фазная обмотка этого двигателя снабжена эквипотенциальными соединениями, остающимися обесточенными при работе на основной первой скорости и включающимися в работу при включенной быстроходной обмотке статора, переводя обмотку ротора в короткозамкнутый режим.

Управление двигателем осуществляется посредством командоконтроллера, имеющего по шесть фиксированных рабочих положения в каждую сторону. При подаче напряжения на схему посредством замыкания выключателя В1 и выключателя управления ВУ при нулевом положении командоконтроллера получает питание контактор тормоза КТ, подключая частично главными контактами тормозной магнит ТМ, а замыкающим блок-контактом, осуществляя нулевую блокировку. Катушка тормозного магнита ТМ будет включенной лишь при срабатывании реверсивных контакторов, а поэтому оттормаживание двигателя не происходит. Сохранение постоянно включенной цепи тормозного магнита в процессе всей работы существенно ограничивает перенапряжения. Схема для одного направления вращения не симметрична по отношению к другому.

В первом положении «Выбирать» размыкается контакт К1 и схема в последующих положениях получает питание через замыкающий блок-контакт КТ, т.е. вводится нулевая блокировка (нулевая защита). Замыканием контактов К2 и К5 срабатывают реверсивный контактор В и контактор первой скорости 1С. Реверсивный контактор В кроме замыкания цепи двигателя и тормоза блок- контактом В шунтирует экономический резистор ЭС в цепи катушки ТМ и тем самым вызывает оттормаживание двигателя. Расторможенный двигатель будет работать на тихоходной обмотке статора при включенных в каждую фазу ротора резисторах Р1-Р6.Эта скорость используется для подтягивания якоря к клюзу. Во втором, третьем, четвертом и пятом положениях командоконтроллера замыканием контактов К6, К7, К8 и К9 включаются контакторы ускорения 1У, 2У,3У и 4У и тем

самым поочередно выводится по одной ступени резистора из трех фаз ротора. Скорость при включенной последней ступени реостата используется при наиболее тяжелых режимах подтягивания судна и отрыва якоря от грунта при максимальном моменте.

При переводе рукоятки командоконтроллера в шестое положение тихоходной обмотки статора размыкаются контакты К5 и замыкаются К10. В результате этого контактором 1С отключается тихоходная обмотка, а контактором 2С включается быстроходная. Обмотка ротора переводится в короткозамкнутый режим. Быстроходная обмотка статора служит для выбирания швартовных концов, обеспечивая момент вращения порядка 0,2 .

В положении «Травить» схема работает иначе, она несимментрична.

В первом положении «Травить» замыкаются контакты К4,К5 и К6 благодаря чему тихоходная обмотка статора подключается к сети реверсивным контактором Н1 и скоростным контактором 1С, а контактор 1У шунтирует ступень резистора Р1-Р2 в каждой фазе ротора. Реверсивный контактор Н1 совместно с с контактором 1С подают на обмотку статора только две фазы, и двигатель оказывается включенным по схеме однофазного торможения. В этом положении контроллера, когда стравливаемый якорь на валу создает положительный статический момент, электродвигатель осуществляет тормозное травление якорной цепи со сравнительно небольшой скоростью. Во втором положении размыкаются контакты К6 выключается контактор 1У и в цепь ротора вводится резистор Р1-Р2.При этом торможение становится менее эффективным, а скорость травления якоря увеличивается. Если на валу двигателя в этих положениях статический момент отрицательный, травления не происходит. Разгон начинается с третьего положения, при котором вместо реверсивного контактора Н1 включенным оказывается контактор Н2 и поэтому на статор двигателя поступают три фазы сети, две из которых по отношению к режиму выбирания поменялись местами.

Так же замыкается контакт К7 и замкнувшимися контактами 2У выводится из цепи ротора ступень резистора Р1-Р3. Это приводит в реверсу электродвигателя, этот режим дает возможность подхватить швартовые в режиме силового спуска (двигательный режим) и травить якорь в режиме рекуперативного торможения. В последующих положениях контроллера замыкаются К8, К9 и ступенчато выводятся резисторы Р4-Р6 из цепи ротора. При замыкании контакта К10 контактор тихоходной скорости теряет питание, замыкая свой контакт в цепи контактора К2 и получает питание контактор быстроходной скорости 2С. Двигатель работает на более высокой скорости, обеспечивая быстрое травление якоря.

СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА БРАШПИЛЯ С ФАЗНЫМ ДВУХСКОРОСТНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Защиты, предусмотренные схемой

Кроме нулевой защиты, выполняемой с помощью контактора КТ, предусмотрена защита от перегрузки. Тихоходная обмотка статора защищается тепловым реле 1ТР: его срабатывание отключает электродвигатель. реле 2РТ защищает от перегрузки быстроходную обмотку статора. Однако в случае срабатывания реле 2ТР, благодаря шунтирующему размыкающему контакту 2С, двигатель может работать на тихоходной обмотке во всех пяти положениях контроллера.

Состав основных электрических аппаратов, предусмотренных схемой.

М – асинхронный двигатель с фазным ротором;

ВУ – выключатель управления;

Тр1, Тр2 –понижающие трансформаторы напряжения;

ТрТ – трансформатор тока для подключения амперметра;

ТМ – тормозной электромагнит, сопряженный с двигателем;

СД, ЭС – сопротивление добавочное и экономический резистор, который позволяет контактору тормозного электромагнита оставаться включенным и не перегреваться за время пуска и работы электродвигателя;

В – однофазный выпрямительный мост;

1ТР,2ТР – тепловые реле;

КТ – катушка контактора тормоза;

В, Н1,Н2 – реверсивные контакторы(Вперед, Назад);

1С, 2С – скоростные контакторы (тихоходная и быстроходная скорости);

1У, 2У,3У,4У – контакторы ускорения

К1-К10 – контакты командоконтроллера;

Р1-Р6 – ступени пускового реостата в цепи ротора;