0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство двигателя с улучшенными пусковыми характеристиками

Тиристорные устройства безударного пуска по схеме регулятора напряжения

Назначение

Устройства, выполненные по принципу тиристорного регулятора напряжения (ТРН), обеспечивают ограничение скорости нарастания и значения пускового тока электродвигателя изменением углов отпирания тиристоров через систему импульсно-фазового управления (СИФУ). В течение заданного времени пуска электродвигателя происходит плавное нарастание напряжения на обмотках статора от нуля до номинального значения. Пусковой ток увеличивается плавно с заданным токоограничением, не создавая ударных электромагнитных моментов, отрицательно сказывающихся на электродвигателе и механизме.

Устройства по схеме ТРН предназначены для безударного плавного пуска высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей механизмов с «вентиляторной» (квадратично зависимой от скорости) характеристикой нагрузочного момента (центробежные компрессоры, насосы, вентиляторы, дымососы, эксгаустеры и другие аналогичные механизмы). Устройства имеют цифровую систему управления, обеспечивающую удобное программирование настройки параметров. В устройствах предусмотрена связь по высокопроизводительному интерфейсу RS-485 для возможности дистанционного управления от АСУ ТП. Использование удобного пользовательского интерфейса обеспечивает максимально улучшенные сервисно-эксплуатационные характеристики устройства.

Силовые высоковольтные тиристорные блоки (ВТБ) подключаются к внешним устройствам через линейный QSл и шинный QSш разъединители с заземляющими ножами. Это позволяет после запуска электродвигателя проводить необходимые работы на тиристорных блоках.

Для защиты от перенапряжений на входе устройства и параллельно тиристорным блокам установлены ограничители перенапряжений. В устройствах предусмотрены регулируемые уставки токоограничения со шкалой от 1,0 до 4,0 Iном для обеспечения возможности запуска от одного устройства до нескольких двигателей разной мощности, а также регулируемые уставки времени разгона в пределах до 60 с. Допустимые колебания напряжения вспомогательных цепей: от +10% до -40% от номинального значения, частоты 2% от номинального значения; напряжений силовых цепей 6 кВ и 10 кВ: должны соответствовать ГОСТ 13109.

Общий принцип работы СБП

При наличии сигнала «Готовность» системы управления разрешается включение головного высоковольтного выключателя ГВ, подающего силовое напряжение на устройство, и, при исправности тиристоров силовых блоков, выдается команда «Разрешение включения».

При подаче сигнала «Пуск» система управления автоматически изменяет угол управления тиристорами силовых блоков, за счет чего ток двигателя плавно нарастает до значения, необходимого для трогания двигателя и связанного с ним механизма. Это значение пускового тока стабилизируется, и двигатель разгоняется с фиксированным значением пускового тока. В зависимости от скорости для большинства механизмов этот ток составляет (1,5…4) Iном. Для механизмов с «вентиляторной» нагрузкой пусковой ток может иметь линейно-нарастающую зависимость от времени пуска.

При увеличении скорости двигателя до значения близкого к номинальному двигатель выходит на свою рабочую характеристику, и пусковой ток уменьшается до величины, определяемой фактической нагрузкой двигателя. Система управления при этом полностью открывает тиристоры силовых блоков, и на двигатель подается полное напряжение питающей сети.
После окончания отсчета времени или по спаду тока устройство выдает команду «Окончание разгона», разрешающую включение рабочего выключателя, который перехватывает ток нагрузки на себя. Получив команду «Контроль шунтирования», устройство снимает импульсы управления с тиристоров, запирая тиристоры силовых блоков, а также разрывает их цепи управления. Далее выдается команда «Окончание пуска», и происходит отключение пусковой и головной ячеек. Процесс пуска заканчивается. Повторный запуск возможен при повторной подаче команды «Пуск».

Изоляция.

Защиты устройств:

  • максимально-токовая;
  • время-токовая;
  • от превышения заданного времени пуска двигателя;
  • от обрыва фазы главных цепей и неполнофазного пуска;
  • от неисправности тиристоров;
  • от неисправности устройств формирования импульсов управления тиристорами.

Функции устройств:

  • проверка исправности тиристоров перед началом пуска двигателя;
  • плавное нарастание тока двигателя до величины начального токоограничения, обеспечивающего трогание двигателя с места;
  • формирование заданного токоограничения по времени для обеспечения разгона электродвигателя;
  • фиксация окончания разгона и выдачу сигнала на включение высоковольтного выключателя, подключающего двигатель напрямую к сети по окончании разгона;
  • контроль времени разгона двигателя и выдачу сигнала на прекращение пуска при превышении заданного времени разгона.

Режимы пуска электродвигателя:

  • дистанционный: через контроллер высшего уровня с пульта оператора в системе автоматизированного управления пуском или непосредственно с панели управления самого шкафа.
  • регулируемый (с использованием устройства) или прямой от сети (без использования устройства).

Устройства обеспечивают:

  • плавный пуск двигателей с ограничением пускового тока в процессе пуска на уровне до 4,0 Iном;
  • установку уставок токоограничения для обеспечения возможности пуска с помощью одного устройства нескольких двигателей разной мощности;
  • регулируемые уставки времени разгона (до 60 с).

Примечание:

Примечание:

Номинальное напряжение питания вспомогательных цепей СБП:

  • 3х100 В (-15…+10)%, 50 Гц от трансформатора напряжения секции шин с которой запускается электродвигатель;
  • потребляемая мощность не более 5 ВА;
  • 220 В (-15. +10)%, 50 Гц переменного тока для питания цепей управления и сигнализации, потребляемая мощность не более 800 ВА;
  • освещение (параметры сети по требованию заказчика);
  • 220 В (-15. +10)% постоянного тока для питания цепей блокировок.
Читать еще:  Бензиновый генератор какой двигатель лучше

Условия работы:

  • диапазон рабочих температур от плюс 1 до плюс 40 град. С, без конденсации влаги (максимальная относительная влажность воздуха 80 % при температуре 25 град. С);
  • высота над уровнем моря не более 1000 м;
  • место установки – в закрытых помещениях, при отсутствии непосредственного воздействия солнечной радиации;
  • окружающая среда не взрывоопасная, не содержащая газов, испарений, химических отложений и токопроводящей пыли в концентрациях, снижающих параметры устройств в недопустимых пределах;
  • Рабочее положение шкафов в пространстве — вертикальное. Допускается отклонение от вертикального положения не более 5 o в любую сторону.

Шкаф имеет приспособления для подъема – рым-болты. Шкафы одного типоисполнения обеспечивают взаимозаменяемость выкатных элементов и запасных частей. Допускается подрегулировка сочленяемых элементов по месту.

Входы и выходы шкафа для подключения внешних силовых цепей допускают подсоединение как медных, так и алюминиевых силовых кабелей.

Устройства имеют шкафное исполнение. Шкафы являются напольными и имеют конструкцию, обеспечивающую свободный доступ ко всем элементам, степень защиты IP20, IP32, IP54 по ГОСТ14254-96.

(8352) 39-00-10, 39-00-12

Каталог «Преобразовательная техника» 2.9 Mb

Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами

§ 96. ДВИГАТЕЛИ С УЛУЧШЕННЫМИ ПУСКОВЫМИ СВОЙСТВАМИ

Простота конструкции и надежность в эксплуатации двигате­лей с короткозамкнутым ротором являются их очень существенным достоинством, благодаря чему они получили очень широкое приме­нение в промышленности. Однако эти двигатели имеют плохие пу­сковые характеристики.

Значительное улучшение пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором достигается изменением конструкции ротора: используют роторы с двойной короткозамкну-т0й обмоткой и с глубокими пазами.

Ротор с двойной короткозамкнутой обмоткой был впервые предложен М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г . Он имеет две короткозамкнутые обмотки, выполненные в виде беличьих клеток (рис. 118).

Число пазов верхней А и нижней Б клеток может быть одинаково или раз­лично. Наружная обмотка А выполнена из стержней малого поперечного сечения, а внутренняя обмотка Б — из стержней большого поперечного сечения. Поэтому активное сопротивление обмотки А ока­зывается значительно большим, чем ак­тивное сопротивление обмотки Б (rA>rБ). Вследствие того что стержни внутренней обмотки Б глубоко погружены в тело ротора и окружены сталью, индуктивное сопротивление внутренней обмотки значительно больше, чем индуктивное сопро­тивление внешней обмотки (XБ>>Ха).

Принцип действия этого двигателя состоит в следующем. В мо­мент включения двигателя в сеть ротор неподвижен и частота тока в роторе равна частоте тока сети f2=f1. Ток в обмотках А и Б рас­пределяется обратно пропорционально их полным сопротивле­ниям.

Так как реактивные сопротивления обмоток асинхронных ма­шин значительно больше их активных сопротивлений, то при пуске в ход распределение тока между обмотками А к Б примерно обрат­но пропорционально их индуктивным сопротивлениям. Поэтому при пуске в ход ток в основном протекает по проводникам внешней обмотки А, имеющей меньшее индуктивное и большее актив­ное сопротивление. Эта обмотка называется пусковой.

В рабочем режиме скольжение мало и, следовательно, частота тока в роторе также мала (f2»0). Поэтому индуктивные сопротивления обмоток не имеют значения и токи в обмотках А и Б обратно пропорциональны их активным сопротивлениям.

Таким образом, в рабочем режиме ток в основном протекает по проводникам внутренней обмотки Б, имеющим меньшее активное сопротивление. Эта обмотка называется рабочей. При такой конструкции ротора увеличивается активное сопротивление его обмоток в момент пуска в ход двигателя, что уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент так же, как включение пуско­вого реостата в цепь фазного ротора.

В двигателях с глубокими пазами на роторе коротко замкнутая обмотка ротора выполняется в виде тонких и высоких полос (рис. 119). При такой конструкции обмотки происходит оттеснение

тока к верхней части проводников вследствие того, что нижние части проводников сцеплены с большим числом магнитных линий потока рассеяния, чем верхние части.

Таким образом, ток, протекающий по проводникам, стремится сконцентрироваться преимущественно в верхней их части, что равносильно уменьшению поперечного сечения или увеличению актив­ного сопротивления этих проводников.

Это явление оттеснения тока в верхние части проводников осо­бенно сильно сказывается в момент включения двигателя, когда частота тока в роторе равна частоте тока сети, и, следовательно, при пуске в ход повышается активное сопротивление обмотки ротора, что увеличивает пусковой момент. При увеличении скорости вращения ротора частота тока в его обмотке уменьшается и ток более равномерно распределяется по сечению стержней, и при нормальной скорости вращения неравномер­ность распределения тока по поперечному сечению стержней почти полностью исчезает. Пусковой момент двигателей этого типа Мп= (1 ÷1,5) Мн, а пусковой ток Iп= (4÷5) Iн.

Читать еще:  Датчик давления масла в двигателе ваз 21074

Таким образом, в двигателях с двойной короткозамкнутой обмоткой и с глубокими пазами пусковые моменты больше и пусковые токи меньше, чем у обычных короткозамкнутых двигателей.

Однако рабочие характеристики этих двигателей несколько хуже, чем обычных короткозамкнутых двигателей — несколько меньше соs j, к. п. д. и максимальный момент, так как больше по­токи рассеяния, т. е. больше индуктивные сопротивления обмоток ротора.

Применение АД с улучшенными пусковыми характеристиками

Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей находится под постоянным вниманием специалистов, занимающихся асинхронным электроприводом. Одним из перспективных конструктивных решений является асинхронный трехфазный двигатель с массивным ферромагнитным или двухслойным ротором. Известны специфические качественные показатели асинхронного двигателя с массивным ротором – хорошие пусковые характеристики, практически отсутствие зубцовой пульсации вращающего момента, высокое электрическое сопротивление роторной цепи. Однако эти двигатели имеют низкие энергетические показатели при номинальной нагрузке. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором представляют собой модификацию асинхронного двигателя с массивным ротором и имеют по сравнению с ними приемлемые потери при номинальной мощности и сохраняют хорошие пусковые свойства.

Двухслойный ротор представляет собой полый массивный ферромагнитный цилиндр, выполненный из материала с оптимальным значением магнитной проницаемости, насаженный на цилиндр, набранный из листов обычной электротехнической стали, у которой магнитная проницаемость значительно больше магнитной проницаемости материала цилиндра (рис. 1).

Толщина массивного цилиндра приблизительно равна высоте зубца обычного короткозамкнутого ротора. В области больших скольжений электромагнитные процессы в двухслойном роторе не отличаются от электромагнитных процессов в массивном роторе.

Это объясняется тем, что при больших скольжениях глубина проникновения электромагнитной волны в тело ротора меньше толщины массивного цилиндра (рис.1,а).

В этом случае в шихтованный цилиндр магнитное поле не проникает и он не оказывает влияния на работу двигателя. Следовательно, двигатель с двухслойным ротором, как и двигатель с массивным ротором, будет иметь большой начальный пусковой момент при малом начальном пусковом токе, а также малые потери энергии при пуске.

Рис. 1 — Конструкция ротора асинхронного двигателя с двухслойным ротором: 1 – рабочий цилиндр; 2 – шихтованный сердечник; 3 – короткозамыкающее кольцо; 4 – вал.

В области малых скольжений, когда глубина проникновения электромагнитной волны в тело ротора станет больше толщины массивного цилиндра, работа электродвигателя с двухслойным ротором будет отличаться от работы двигателя с массивным ротором (рис.1,б). Основное магнитное поле в этом случае будет смещено в шихтованную часть, так как магнитное сопротивление ее много меньше, чем магнитное сопротивление массивного рабочего цилиндра. Вследствие этого в массивном цилиндре возрастет нормальная составляющая и уменьшится тангенциальная составляющая магнитной индукции. Увеличение нормальной составлявшей магнитной индукции основного магнитного поля приведет к увеличению ЭДС в массивном цилиндре и, следовательно, вращающего момента двигателя при прочих равных условиях. Таким образом, жесткость механической характеристики возрастет, что приведет к повышению КПД двигателя.

Уменьшение тангенциальной составляющей магнитной индукции основного поля в массивном цилиндре, обусловленное вытеснением поля из области с большим магнитным сопротивлением в область с малым магнитным сопротивлением, приведет к уменьшению намагничивающего тока и, следовательно, к увеличению сos?.

В короткозамкнутых асинхронных двигателях общего назначения паз ротора, как правило, имеет овальное сечение и заливается алюминием. Известно, что такие обмотки не всегда обеспечивают требуемые пусковые характеристики, поэтому с целью улучшения пусковых свойств применяются роторы специального исполнения: с литой двойной клеткой, с обычной клеткой и заливкой сплавами алюминия с большим удельным электрическим сопротивлением, со сварной двойной клеткой и различными материалами клеток и т.д.

Рис. 2 — Механические характеристики АД с различными роторами: 1 – ротор без вытеснения тока в клетке; 2 – ротор с двойной клеткой; 3 – ротор с глубоким пазом; 4 – двухслойный ротор

Для сравнительной оценки на рис.2 приведены механические характеристики асинхронного двигателя с различными роторами. Как видно, применение роторов с двойной клеткой или с глубоким пазом не решает полностью проблемы пуска асинхронных двигателей. Кроме того, из–за увеличения пазового рассеяния ротора эти двигатели имеют меньший cos? при номинальной нагрузке (на 4…6%) и меньшую перегрузочную способность (на 15….25%) по сравнению с двигателем, у которого отсутствует эффект вытеснения тока.

Замена ротора с двойной клеткой двухслойным приводит примерно при том же начальном пусковом токе к увеличению начального пускового момента в среднем в 2,5 раза (рис.2). Добротность пуска двигателя с двухслойным ротором выше в 2…2,5 раза добротности пуска двигателя с двойной клеткой или глубоким пазом ротора и в 3….4 раза по сравнению с двигателем с обычной клеткой ротора без вытеснения тока.

Читать еще:  Условиях долговечная и надежная работа двигателя

Исходя из опыта эксплуатации, а также положительных качеств двигателей с двухслойным ротором можно рекомендовать их применение в следующих случаях:

— в электроприводах повторно – кратковременного режима работы и в электроприводах с частыми пусками. Исследования показали, что двигатели с двухслойным ротором допускают число пусков подряд 3….5 раз больше, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, поэтому они могут обеспечить более высокую надежность работы и более высокую производительность механизма;

— в электроприводах продолжительного режима работы, но с тяжелыми пусками. Это относится к приводам, питание которых осуществляется через длинные линии с повышенным падением напряжения, а также к автономным электроэнергетическим системам, где мощность двигателей соизмерима с мощностью генераторов;

— в электроприводах, требующих большого начального пускового момента и стоянки под током короткого замыкания.

Асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми свойствами (пояснить рисунками пазов и механическими характеристиками

Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, где по ряду причин желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, применяются двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: большим пусковым моментом и меньшим пусковым током, чем у двигателей общего назначения. Эти двигатели отличаются от двигателей нормального исполнения только устройством короткозамкнутой обмотки ротора. Одни из них снабжены двумя самостоятельными обмотками типа «беличьей клетки» (рис. 10.24, а), другие имеют более глубокие пазы ротора (рис. 10.24, б), в которые укладывается короткозамкнутая обмотка, имеющая в отличие от обы­чной стержни с большим отношением высоты к ширине, третьи обладают повышенным сопротивлением стержней обмотки. Первые называются двигателями с двойной «беличьей клеткой», вторые — с глубоким пазом, третьи — с повышенным скольжением. Рассмотрим процессы, происходящие при пуске двигателя с двойной «беличьей клеткой».

Рис. 10.24 Двигатель с улучшенными пусковыми свойствами: с двойной «беличьей клеткой» (а), с глубоким пазом (б)

Обмотка 1 (рис. 10.24, а) имеет меньшее активное сопротивление по сравнению с обмоткой 2, так как она большего диаметра и выполнена из материала с меньшим удельным сопротивлением (медь), чем вторая (латунь). Стержни обмотки1 расположены в толще ферромагнитного сердечника ротора, стержни обмотки 2 —ближе к воздушному зазору. В результате этого при пуске магнитное поле, образованное токами обмоток, располагается примерно так, как показано на рис. 10.24.

Из рисунка следует, что магнитный поток, сцепленный с обмоткой 1, больше, чем магнитный поток, сцепленный с обмоткой 2, следовательно, индуктивность первой обмотки будет также больше.

В первый момент пуска (s = 1) индуктивное сопротивление обмоток будет иметь наибольшее значение, так как

xs = 2πf2L= 2πf1sL = 2πf1L,

и токораспределение между обмотками будет определяться главным образом их индуктивными сопротивлениями. Поскольку индуктивное сопротивление первой обмотки значительно больше, чем второй, ток в ней, как следует из закона Ома для роторной цепи (10.29), будет значительно меньше по сравнению с током второй обмотки. Таким образом, основной

момент будет возникать в результате действия тока второй обмотки, имеющей значительное активное сопротивление. По мере разгона двигателя уменьшаются частота тока ротора и индуктивные сопротивления обеих обмоток, что вызывает перераспределение тока в обмотках: в первой обмотке ток увеличивается, во второй уменьшается. После окончания разгона частота тока ротора становится настолько малой (0,5 — 5 Гц), что индуктивное сопротивление обмоток оказывается намного меньше их активного сопротивления, вследствие чего весь ток ротора практически будет располагаться в первой обмотке, активное сопротивление которой значительно меньше, чем второй. Таким образом, роль рабочей выполняет первая обмотка, роль пусковой — вторая. Получается картина, подобная пуску двигателя с контактными кольцами и введенным в цепь ротора добавочным сопротивлением.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами

Многие электроприводы для достижения высокого быстродействия и надежности запуска требуют повышенного пускового момента, близкого к максимальному. Этой цели можно достичь, выполнив обмотку ротора с повышенным активным сопротивлением (кривая 1 рис. 4.19). Однако рабочая ветвь механической характеристики такого двигателя оказывается весьма «мягкой», поэтому в номинальном режиме двигатель будет работать с большим скольжением, что связано со значительными потерями и низкими энергетическими показателями. Для достижения высоких энергетических показателей желательно иметь «жесткую» механическую характеристику (кривая 2 рис. 4.19). Получить механическую характеристику, сочетающую положительные свойства характеристик 1 и 2, можно, если использовать поверхностный эффект в стержнях роторной обмотки для повышения активного сопротивления обмотки в начале пуска, когда частота тока в роторе близка к частоте сети. По мере разгона двигателя частота тока в роторе падает, поверхностный эффект ослабляется и сопротивление ротора снижается. Вид механической характеристики такого двигателя представлен кривой 3 на рис. 4.19. Существует несколько конструктивных решений, обеспечивающих использование поверхностного эффекта.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector