Контрольные вопросы

1. Особенность конструкции ротора АДФР;

2. Перечислить основные элементы схемы электропривода якорно-швартовного устройства с АДФР, их назначение;

3. Как осуществляется пуск и регулирование скорости рассматриваемого двигателя, назначение резисторов Р1-Р6;

4. Достоинства и недостатки двигателя с фазным ротором, область их применения;

5. Перечислите способы регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей .

Содержание отчета

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

2. Принципиальная схема управления эл.приводом брашпиля с АДФР;

3. Ответы на контрольные вопросы.

Лабораторная работа №5

ТЕМА: БЕСКОНТАКТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СУДОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НА ОСНОВЕ СИЛОВЫХ ТИРИСТОРНЫХ КОММУТАТОРОВ

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип действия аппаратов бесконтактного управления на примере управляемых вентилей (тиристоров), герконовых реле;

2. Ознакомиться и изучить порядок чтения схемы управления электроприводом с АДКР на бесконтактных элементах;

3. Особенности управления, защиты, а также достоинства и недостатки бесконтактного управления;

Теоретический раздел

В технике управления применяют мощные магнитные и полупроводниковые элементы, такие как тиристоры, которые включаются непосредственно в главные цепи электродвигателей. Такие устройства получили название тиристорные контакторы или симметричных тиристорных элементов (СТЭ).

Напоминаем, что тиристор- управляемый ключевой прибор с четырехслойной структурой p-n переходов и наличием третьего вывода из средней р-области- управляющего электрода. Для открытия тиристора необходимо: приложить к аноду положительный импульс напряжения относительно катода (изменение амплитуды анодного напряжения); к цепи «управляющий электрод- катод» нужно приложить напряжение положительной полярности (подать положительный импульс на управляющий электрод). В цепи переменного тока запирание тиристора осуществляется источником питания (естественная коммутация) в конце проводящего полупериода, а приложенное обратное напряжение способствует уменьшению времени выключения. В цепи постоянного тока для выключения используют принудительную коммутацию, чаще всего с помощью конденсаторов. Импульсное управление включением тиристора осуществляют, когда в цепи управляющего электрода имеется источник импульсного напряжения. Он обязателен в тех случаях, когда необходимо регулировать фазу (момент) открытия тиристора. При этом, чем выше требуется точность регулирования, тем круче должен быть передний фронт управляющего импульса.

Тиристоры выпускаются на напряжение до 1200В, токи до 1000 А.

Рассмотрим значение и особенности работы бесконтактных (тиристорных) коммутаторов.

Бесконтактные коммутационные устройства (коммутаторы) на магнитных и полупроводниковых элементах служат для:

• пуска и реверса электродвигателя (прямого или при пониженном напряжении);

• преключения питания односкоростных и многоскоростных электродвигателей;

• торможение электродвигателей;

• ступенчатого регулирования скорости вращения электродвигателей.

Наиболее полно проявляются преимущества тиристорных коммутаторов ( в отношении ресурса, срока службы, надежности и др.) в системах электроприводов с многоскоростными короткозамкнутыми двигателями, в которых осуществляется замена всех силовых контактных коммутационных аппаратов бесконтактными. Применение бесконтактных контроллерах в этих системах позволяет помимо характеристик, свойственных системам релейно-контакторного типа, реализовать и новые. Так, представляется возможным без существенного усложнения схемы электропривода получать режимы динамического и двухтокового торможения, а также режим противовключения. Открывается возможность изменять по требуемому закону момент двигателя в режимах пуска и торможнения. Однако формирование таких пусковых и тормозных характеристик, требует регулирование подводимого к двигателю напряжения, что сопряжено с некоторыми усложнением системы управления.

На базе тиристорных коммутаторов создано несколько типов и исполнений контроллеров и пускателей, предназначенными для управления асинхронными короткозамкнутыми двигателями. Так, для управления многоскоростными двигателями серии МАП, освоены бесконтактные контроллеры серии КБТ.

Простейшая схема управления двухскоростным двигателем АД с тиристорным контроллером представлена на рис.5. Коммутация обмоток электродвигателя и тормозного электромагнита в тиристорных контроллерах осуществляется симметричными тиристорными элементами с питанием управляющих электроприводов синхронизированным анодным напряжением. Схема СТЭ показана отдельно.

Замена контактных коммутационных устройств бесконтактными имеет следующие достоинства:

• повышают надежность работы, и увеличивает межремонтный период, упрощает обслуживание самого коммутатора и электромеханизма в целом;

• увеличивает допустимое число включений электропривода;

• расширяет возможности управления пуском, торможением и другими переходными режимами электропривода;

• допускает применение во взрывоопасных помещениях;

• хотя стоимость бесконтактных устройств как правило выше, однако, при технико-экономическом расчете их рентабельности (большой срок службы, большая вероятность безотказной работы, меньший объем ремонтных и наладочных работ) в ряде случаев применение бесконтактных устройств управления экономически оправдано.

Практика эксплуатации выявила специфические особенности работы бесконтактных электроприводов, обусловила ряд недостатков:

• значительно большее, чем в контактном варианте, влияние электромагнитных переходных процессов на работу коммутатора и электродвигателя в целом. Из-за безинерционной работы полупроводниковых приборов и применения малоинерционных электродвигателей с большим допустимым числом включений значительно возрастают электрические и механические перенапряжения, действующие на все элементы и звенья электропривода.

• при своей работе полупроводниковые устройства создают значительные радиопомехи, а также искажают кривые напряжения и тока (являются источниками высших гармонических тока и напряжения)

• применение тиристорных коммутаторов вызывает необходимость таких видов защит, которых нет в системах релейно-контакторного типа. Это связано с недостаточно высокими перегрузочными свойства (по току и напряжения) тиристоров. В связи с этим, в системах электропривода с бесконтактными контроллерами надлежит предусматривать защиту тиристора от перенапряжения и перегрузок по току.

• Должна быть предусмотрена также защита, обеспечивающая контроль включения тиристорных коммутаторов, во избежание аварийности в случае не включения какого-либо коммутатора.

• относительно высокая стоимость полупроводниковых приборов, а также их высокая пробивная способность и чувствительность к температурным изменениям.

• полупроводниковые приборы обычно имеют большой разброс параметров однотипных изделий, что затрудняет их выбор и взаимозаменяемость.

Описание работы схемы управления АД с тиристорным контроллером.

В симметричных тиристорных элементах (СТЭ) два тиристора с одинаковыми характеристиками включаются встречно-параллельно. Открытие каждого из тиристоров (Т1, Т2) осуществляется анодным напряжением, которое через замыкающий контакт Г какого-либо аппарата подается на управляющий вывод тиристоров. В данной схеме показан контакт реле, созданного на базе герметезированных магнитоуправляемых контактов (герконов). Принцип действия герконов основан на использовании сил взаимодействия между ферромагнитными телами, размещенными в магнитном поле. Контакты герконов находятся в стеклянном баллоне с инертным газом и замыкаются с помощью магнитоуправляющей катушки. Герконы имеют высокий коэффициент возврата , малое время включения 1-2 мсек и выключения 1,0 мсек. Если необходимо получить выдержку времени, параллельно катушке геркона включают емкость. Выдержка времени достигает 0,3- 0,6 сек.

Каждый из тиристоров пропускает свою полуволну синусоидального переменного тока. Закрытие каждого тиристора происходит при спаде анодного тока до нуля (естественная коммутация). В случае трехфазного потребителя применяют три (два) тиристорных контактора.

СТЭ В1, В2 и Н1, Н2 предназначены для изменения направления вращения электродвигателя, а элементы Т1,Т2 и Б1, Б2 – для переключения быстроходной обмотки (БО) и тихоходной обмотки (ТО). Элементы ТМ1 и ТМ2 служат для коммутации обмотки тормозного магнита ТМ.

Так, герконы ГВ1 и ГВ2 служат для управления элементами В1 и В2, а герконы ГБ1 и ГБ2 – для включения и отключения БО.

Управление электродвигателем производится с помощью обычного контакторного командоконтроллера серии КВ-0, но может быть полностью бесконтактным.

СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМ ПОЛЮСО-ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВАМИ БЕСКОНТАКТНОЙ И БЕСТОКОВОЙ КОММУТАЦИИ (ТИРИСТОРНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ)

Роль реле нулевой защиты выполняет геркон ГНЗ, катушка и контакты которого включены обычным способом. Для предотвращения отпуска якоря ГНЗ при переводе рукоятки командоконтроллера из положения «0» в положение «1» параллельно катушке включен конденсатор С2. Так как суммарное время отпуска любого из герконов ГВ1, ГВ2, ГН1, ГН2 и восстановления отключенными тиристорами запирающих свойств не превышают 1,0 мсек( меньше одного полупериода даже при частоте 400Гц), а время перевода рукоятки составляет десятые доли секунды, то в отличие от контактных схем здесь не нужна запрещающая блокировка катушек герконов направления ГВ1, ГВ2, ГН1, ГН2. Также как и в магнитных контроллерах, применяемых для управления многоскоростными электродвигателями, схемой предусмотрена выдержка времени, чтобы предотвратить отключение обмоток при переходе с одной скорости на другую. Роль промежуточного реле в данном случае выполняет промежуточный геркон ГП с выдержкой времени порядка 0,3 сек, получаемой благодаря конденсатору С3, включенному параллельно катушке ГП.

В тиристорных пускателях и контроллерах для защиты асинхронного двигателя в зависимости от условий работы электромеханизма применяют тепловую, грузовую, минимальную или любую другую защиту обычного характера.

Применение тиристорных коммутаторов вызывает необходимость иметь такие виды защит, которых нет в системах релейно-контакторного типа. Это связано с недостаточно высокими перегрузочными свойствами (по току и напряжению) тиристоров. В связи с этим в системах электроприводов с бесконтактными контроллерами надлежит предусматривать еще дополнительную защиту тиристоров от перенапряжений и перегрузок по току. Должна быть предусмотрена также защита , обеспечивающая контроль включения тиристорных коммутаторов во избежание аврийности вслучае невключения какого-либо коммутатора.

Для защиты тиристоров от перегрузки и перенапряжения применяют следующие средства защиты:

• при относительно небольшой и неопасной в течение нескольких полупериодов токовой перегрузки (например, при стоянке под током АД или ДПТ на реостатной характеристике, при удаленных к.з), можно применять обычные средства защиты, такие как плавкие предохранители, автоматические выключатели и максимальные реле. При глухих к.з. и при стоянке под током ДПТ на естественной характеристике, когда появление токов недопустимо даже в течение одного полупериода. в этих случаях применяют ограничители тока (спец.предохранители) или быстродействующие предохранители (прерывают ток к.з. в течение нескольких миллисекунд). Отключить аварийный ток, протекающий через тиристор, можно и с помощью быстродействующей схемной защиты.В схемах переменного тока в систему управления тиристорами вводят обратные связи по току, действие которых снимает управляющий сигнал.

способы защиты от перенапряжений, вызываемых наличием индуктивностей:

1. применение вентилей и тиристоров с контролируемым лавинообразованием;

2. применение контактной коммутации с помощью контакторов и автоматических выключателей, которые из-за большого времени отключения и наличия дуги прерывают ток более плавно;

3. шунтирование защищаемого прибора стабилитронами или варисторными шунтами;

4. применение разрядных R-C контуров, включаемых параллельно нагрузке;

5. применение обратных диодов, включаемых параллельно индуктивной нагрузке таким образом, чтобы прямое направление рабочего тока соответствовало непроводящему направлению диода;

6. последовательное включение диодов или последовательное включение тиристора и диода.

Особенностью работы бесконтактных коммутирующих устройств является гальваническая связь с источником питания и отсутствие видимого разрыва коммутируемой цепи. Поэтому в цепи главного тока должен быть предусмотрен дополнительный разрыв контактами автоматического выключателя или линейного контактора (на схеме автомат АВ). Наиболее рациональны защитные устройства, в которых сигнал, выдаваемый соответствующим датчиком, одновременно воздействует на схемную защиту тиристоров и на аппарат видимого разрыва.

Состав основных электрических аппаратов, предусмотренных схемой.

М – асинхронный двухскоростной двигатель с короткозамкнутым ротором

В1, В2, Н1, Н2 – тиристорный коммутатор направления вращения двигателя (Вперед), (Назад);

Т1,Т2,Б1,Б2 – тиристорный коммутатор, подключающий тихоходную или быстроходную обмотку статора двигателя;

ТрН – трансформатор напряжения;

Вп – выпрямительный мост;

ГВ1, ГВ2 и ГН1, ГН2 – магнитоуправляющие катушки герконов направления вращения;

ГТ1, ГТ2 и ГБ1, ГБ2 -– магнитоуправляющие катушки герконов скорости вращения;

ГНЗ – катушка геркона нулевой защиты;

ГП – катушка промежуточного геркона;

РТ1-РТ4 – тепловые реле и их контакты в цепи управления;

К1-К6 – контакты командоконтроллера (контактный элемент);

С1-С3 – конденсаторы;

R1-R5 – резисторы (сопротивления);

Д1-Д3 – неуправляемый вентиль (диод);

СТЭ – симметричный тиристорный элемент;

Т1,Т2 – (в схеме СТЭ) тиристоры;

АВ – автоматический выключатель с магнитным расцепителем;

ВУ – выключатель управления.