Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Наладка электрических машин электроприводов

Основные достоинства и недостатки систем управления электрических машин - Наладка электрических машин электроприводов

Оглавление
Наладка электрических машин электроприводов
Введение
Общие указания по наладке
Основные достоинства и недостатки систем управления электрических машин
Подбор технической документации, подготовка аппаратуры и рабочего места
Внешний осмотр, проверка механической части и сведения о монтаже
Измерение сопротивления и контроль изоляции обмоток
Проверка изоляции подшипников
Измерение сопротивлений обмоток при постоянном токе
Испытание электрической прочности изоляции обмоток повышенным напряжением
Пуск двигателя
Проверка механической части и правильности установки щеток машин постоянного тока
Измерение сопротивлений обмоток  машин постоянного тока
Проверка схемы соединений обмоток  машин постоянного тока
Подъем напряжения генератора постоянного тока
Пуск двигателя постоянного тока
Снятие характеристик при холостом ходе машин постоянного тока
Снятие характеристик хх и кз генератора
Испытание генераторов под нагрузкой и графическое построение характеристик
Испытание и снятие характеристик двигателей постоянного тока при различном виде нагрузок
Наладочные работы при неподвижном состоянии машины переменного тока
Пуск и снятие характеристик асинхронных двигателей
Снятие характеристик синхронных генераторов
Пуск и снятие характеристик синхронных двигателей
Область применения и перспективы развития управляющих и измеряющих машин
Электромашинные усилители
Тахогенераторы
Сельсины
Исполнительные микродвигатели
Осциллографирование токов и напряжений
Осциллографирование скорости и ускорений

1. Системы контакторного управления двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором.

Системы контакторного управления в главных цепях (рис. 1-6) широко применяются для электроприводов кратковременного и продолжительного режимов [Л. 24, 29]. Ниже приводится перечень основных достоинств и недостатков систем контакторного управления.
Достоинства: а) относительно малая стоимость средств управления; б) простая надежная аппаратура, большой выбор аппаратуры; в) при редких пусках и реверсах достаточное быстродействие (измеряется десятыми долями секунды); г) простота устройств защиты, малая вероятность возникновения аварийного состояния; д) не требуется высокой квалификации обслуживающего персонала.
Недостатки: а) неэкономичность при частых пусках; б) малая жесткость рабочих характеристик при пониженных скоростях (рис. 1-6,в, г); в) громоздкость аппаратуры, необходимость постоянного ухода за аппаратурой с заменой или ревизией деталей; г) система
неприемлема при большом числе включений вследствие недостаточного быстродействия аппаратуры постоянного тока (время включения контактора 0,12—0,35 сек), перегрева катушек аппаратов переменного тока (кратность пускового тока Iп/Iуст = 10: 18), повышенного нагрева машин из-за толчков тока, быстрого износа аппаратуры и механизмов; д) практически неприемлема при необходимости автоматического поддержания заданной скорости и изменения скорости в пределах более чем 1:3.

Рис. 1-6. Системы контакторного управления: а —примерная схема электропривода постоянного тока; б — то же, но с двигателем переменного тока, имеющим фазный ротор; в — механические характеристики электропривода постоянного тока; г — то же, во электропривода переменного тока; В, Η, Т — реверсивные контакторы; 1У, 2У, 3У — контакторы ускорения; п0-с — скорость идеального холостого хода;
М, Iя — электромагнитный момент двигателя, ток якоря.

При наладке двигателей со ступенчатым контакторным управлением особое внимание должно быть уделено проверке их устойчивости к толчкам тока, к большим ускорениям и замедлениям.


Рис. 1-7. Система «генератор— двигатель» (Г—Д). а — схема цепи главного тока; а— механические характеристики электропривода; Uг.мкс, Uг2, Uг3, Urk -
напряжения, поддерживаемые на якоре генератора; Iв. г, Iв. д — токи возбуждения генератора и двигателя.

2.         Система «генератор — двигатель» (Г — Д).

Системы Г — Д, позволяющие регулировать скорость двигателей постоянного тока путем изменения возбуждения питающих их генераторов (рис. 1-7), применяются для электроприводов средней и большой мощности, требующих широкого регулирования скоростей или приводов напряженных повторно-кратковременных режимов. Из приводов, управляемых по системе Г—Д, можно назвать; строгальные станки, подъемники шахт и доменных печей, реверсивные главные приводы и механизмы прокатных станов, механизмы экскаваторов, различные приводы глубокого регулирования с заданными и жестко поддерживаемыми скоростями.
Достоинства:а) возможность плавной регулировки скорости в широких пределах до 20 при сохранении жестких внешних характеристик (pиc. 1-7,б); б) экономичность — малые потери переходных режимах благодаря отсутствию добавочных сопротивлений в главных цепях машин; в) возможность получения минимального времени переходных процессов путем создания оптимального графика тока; г) возможность осуществления плавного и эффективного торможения и реверса путем изменения возбуждения генератора без коммутационных переключений в главных цепях. Это достоинство является веским показателем при сопоставлении системы Г — Д с новейшими системами ионного и тиристорного управления.
Недостатки; а) увеличение капитальных затрат; три машины вместо одной; дополнительное помещение, специальный фундамент для двигателей и генератора;
б)        более сложная, чем при контакторном управлении, схема управления и сложная эксплуатация; в) повышенная опасность перенапряжений (при отключении контактора в якорной цепи) и перегрузок по току в случаях резкого изменения возбуждения генератора (вследствие малого сопротивления якорной цепи); г) возможность ползучего хода под действием остаточного магнетизма генератора.
Машины, работающие по системе Г — Д в интенсивных режимах, должны быть проверены на статическую и динамическую компенсацию реакции якоря и на величину допустимого изменения тока во времени di/dt. Особое внимание должно быть уделено настройке узлов токоограничения и токовой отсечки, а также гашению поля машин в случаях перенапряжений.

Рис. 1-8. Система Г—Д с электромашинным управлением в цепях возбуждения. а — схема с ЭМУ в качестве подвозбудителя; б — схема с ЭМУ в качестве возбудителя.

Система Г — Д с электромашинным управлением в цепях возбуждения.

Электромашинные усилители (ЭМУ) используются в качестве возбудителей и подвозбудителей крупных генераторов и двигателей (рис. 1-8).

Системы с ЭМУ в цепях возбуждения обладают рядом достоинств: а) малая номинальная мощность управления (2—10 вт) и большая перегрузочная способность обмоток управления ЭМУ [допустимая длительная перегрузка (7- 10)Iн/ упр] облегчают получение высокой чувствительности и поддержание заданного режима. В зависимости от особенностей привода может быть задано поддержание стабильной рабочей скорости, могут быть обеспечены определенные условия токоограничения, ограничений по напряжению или иных режимов; б) применение ЭМУ облегчает получение оптимальной диаграммы переходных процессов; в) большое быстродействие благодаря малой постоянной времени собственно ЭМУ (Тэ=0,09-0,11 сек) и устойчивости ЭМУ к перенапряжениям (при номинальном напряжении 230 в ЭМУ выдерживает перенапряжения до 300 и даже до 400 в); г) отпадает необходимость обслуживания контакторов в цепях возбуждения, повышается период планово-предупредительных ремонтов.
Недостатки: а) большое количество вращающихся машин обслуживает один двигатель, причем если двигатель включается на относительно короткое время (например, в системах Г— Д для поворота конверторов
максимальное время включения двигателя 20—30 сек), то все остальные машины (генератор, тонный двигатель, ЭМУ и его тонный двигатель) находятся в непрерывном вращении; б) сложность схем управления, относительная сложность первоначальной наладки и настройки режимов управления в процессе эксплуатации; в) необходимость ухода за несколькими машинами; г) опасность образования аварийных режимов при нарушении какой-либо цепи в сложной схеме управления. Однако при тщательной наладке опасность аварии практически удается устранить. В качестве примера можно привести опыт работы реверсивных прокатных станов, в которых ЭМУ используются в качестве подвозбудителей (рис. 1-9); схемы блюмингов, включающие по 10 машин, сотни элементов бесконтактной автоматики, безотказно работают круглосуточно с периодической ревизией не чаще 2—3 раз в месяц.

Рис. 1-9. Примерная осциллограмма электропривода реверсивного прокатного стана, управляемого по системе Г-Д.
а — разгон до основной скорости; б — разгон до максимальной скорости; 1 — начало разгона; 2 — вход металла в валки; 3 — выход металла из валков; iЯ— ток якоря двигателя; ия — напряжение якоря; n — скорость вращения; iB — ток возбуждения двигателя; Iв н — номинальное значение тока возбуждения.

Система «электромашинный усилитель — двигатель» (ЭМУ — Д).

Питание якорей двигателей от ЭМУ (рис. 1-10) практикуется в установках небольшой мощности до 5—10 кет, работающих с частым реверсированием. Система ЭМУ—Д успешно используется, например, для приводов перемещения электродов дуговых электрических печей.

Достоинства: а) высокое быстродействие (не влияет инерционность цепей возбуждения генератора или время включения контакторов); б) малая мощность управления (2—10 вт); в) экономичность (нет сопротивлений в якорных цепях); г)износоустойчивость (нет      часто включаемых аппаратов; сглажены толчки тока)
Недостатки: а) наличие трех вращающихся машин вместо одной; б) относительная сложность первоначальной настройки; в) необходимость периодической подрегулировки в процессе эксплуатации.

Рис. 1-10. Система «электромашинный усилитель—двигатель».
Приводные двигатели не показаны.

Система регулирования скорости асинхронных двигателей путем изменения частоты (Д—СГ— АД).

Отсутствие подвижных контактов и высокая надежность асинхронных двигателей АД с короткозамкнутым ротором послужили основанием для их применения в управляемых многодвигательных приводах рольгангов, быстроходных приводах прокатных клетей и в различных иных механизмах. В данных приводах АД питаются от синхронных генераторов СГ, скорость которых регулируется с помощью двигателей постоянного тока (рис. 1-11). Для регулирования скорости двигателя постоянного тока обычно используется управляемый выпрямитель, а иногда система Г—Д, описанная выше.
Частота и величина напряжения СГ изменяются пропорционально их скорости; благодаря этому регулировка возбуждения СГ становится не обязательной.
Рис. 1-11. Система регулирования скорости асинхронных двигателей путем изменения частоты.

АД — управляемые асинхронные двигатели; СГ — синхронный генератор; Д — приводной двигатель постоянного тока, регулируемый путем изменения напряжения якоря (UЯ=vаr); ίΒ .г, ίΒ. д — теки возбуждения генератора и двигателя; U, f — напряжение и частота сети, питаемой от синхронного генератора.

Достоинства систем Д — СГ — АД состоят в следующем: а) возможность быстрого изменения скорости АД без применения контакторно-релейной аппаратуры;
б)  повышение плавности регулирования скорости и снижение тепловых потерь при переходных режимах.
К недостаткам системы управления следует отнести: а) наличие дополнительного СГ и тонного двигателя постоянного тока на полную мощность привода;

Рис. 1-12. Система «управляемый ионный выпрямитель—двигатель».
Д — двигатель; УРВ— управляемый выпрямитель; ТР — трансформатор; Р — реактор; ССУ — система сеточного управления.
б)  относительную сложность системы управления; в) необходимость дополнительного ухода за синхронным генератором и его приводным двигателем постоянного тока; г) относительную сложность настройки защиты АД.

Система «управляемый ионный выпрямитель — двигатель» (УРВ—Д).

 Управляемые ртутные выпрямители и тиратроны нашли широкое применение для питания якорей (системы УРВ—Д, рис. 1-12) и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока средних и больших мощностей.
Достоинства: а) высокое быстродействие (практически безынерционное управление); б) получение жестких рабочих характеристик в широком диапазоне скоростей без дополнительных вращающихся машин, снижение капитальных затрат на дополнительные машины и фундаменты к ним, отсутствие шума, уменьшение трудоемкости обслуживания по сравнению с системами Г—Д;
в)   небольшая мощность управления (в особенности при использовании электронных или полупроводниковых регуляторов); г) повышение к. п. д.; д) возможность питания трансформатора привода от сети высокого напряжения.
Недостатки: а) сложность силовых цепей, в особенности у реверсивных электроприводов; б) сложность и громоздкость устройств защиты от обратных зажиганий и перегрузок; в) относительная сложность систем сеточного управления и регуляторов; г) необходимость квалифицированного обслуживания; д) недостаточная надежность некоторых типов УРВ; е) у сборных УРВ необходимость систематического контроля отсутствия паров ртути в помещении; необходимость специальных помещений и устройств для переборки и формовки (например, в прокатных цехах); и) пониженный коэффициент мощности питающей линии, в особенности при глубоком регулировании скорости; к) необходимость поддержания температуры вентилей в определенных пределах (с помощью системы водяного или воздушного охлаждения, а также анодных грелок); л) пульсации токов в якорной цепи частично влияют на нагрев и жесткость характеристик электродвигателей.

  1. Система «тиристорный выпрямитель — двигатель». Создание мощных управляемых полупроводниковых выпрямителей-тиристоров определило существенный скачок в качественном развитии электроприводов. В Советском Союзе и за границей десятки специализированных организаций ведут работы по дальнейшему усовершенствованию тиристоров и их применению для электроприводов, в которых ранее применялись системы Г — Д и УРВ—Д. Тиристоры используются также в качестве регулируемых сопротивлений и бесконтактных коммутационных элементов. Структурные схемы включения тиристоров подобны схемам включения управляемых ртутных выпрямителей (см., например, рис. 1-12).

Основные достоинства электроприводов с тиристорами следующие: а) высокое быстродействие; б) высокий к. п. д. по сравнению со всеми системами, включая УРВ —Д (падение на вентильном переходе не более 1 в; у РВ — 22 в); в) небольшая мощность управления (до 5 б, 5—50 ма); г) компактность, устойчивость к тряске, устойчивость к температурным влияниям; д) возможность питания трансформатора привода от сети высокого напряжения.
Недостатки: а) чувствительность к перегрузкам по току, сложность защиты тиристоров от коротких замыканий во внешних и внутренних цепях преобразователей; б) чувствительность к перенапряжениям; в) относительная сложность систем управления; д) при больших нагрузках необходимость принудительного охлаждения и фильтрации охлаждающего воздуха; д) расхождение физических свойств и характеристик управления тиристоров одинаковых типов; е) отсутствие возможности испытаний перед введением в эксплуатацию.

Асинхронно-вентильный каскад.

Из различных систем регулирования скорости асинхронных двигателей с фазным ротором следует отметить вентильный каскад (АВК), основанный на изменении опорной э. д. с. ротора (рис. 1-13).
Асинхронно-вентильный каскад
Рис. 1-13. Асинхронно-вентильный каскад. а— схема цепей главного тока; б — механические характеристики при разных углах открывания управляемых выпрямителей; АД—регулируемый асинхронный двигатель; Т, В — управляемый и нерегулируемый выпрямители; Тр — трансформатор; Р — реактор; η, М — скорость и момент двигателя; а — угол открывания УКВ; nе — характеристика АД (естественная) при закороченном
роторе.

Системы АВК разработаны для приводов шахтных подъемов, регулируемых транспортеров, некоторых электровозов. По сравнению с электроприводами, в которых применяются схемы Г — Д или Д — СГ — АД, они имеют следующие достоинства: а) возможность бесконтактного плавного регулирования скорости асинхронного двигателя без применения дополнительных электрических машин; б) достаточно высокий к. п. д.;
в)   жесткие механические характеристики в широком диапазоне регулирования скоростей (рис. 1-13,б); г) небольшая мощность управления; д) возможность рекуперации (возвращения) энергии в сеть при тормозных режимах и при отрицательных моментах сопротивлений.
Недостатки: а) сложность схемы силовых цепей и схемы регулирования; б) относительная сложность расчета и настройки системы, необходимость квалифицированной эксплуатации; в) некоторое снижение верхнего предела рабочей скорости; г) в цепях ротора имеют место высокие рабочие напряжения и большие токи, затрудняющие подбор управляемых вентилей.

Рис. 1-14. Системы управления с силовыми магнитными усилителями (МУ).
а — обмотки возбуждения машин системы Г—Д питаются от МУ, блок из двух МУ (1МУ и 2МУ) обеспечивает изменение полярности ОВГ; б — якорь реверсивного двигателя малой мощности питается от блока 1МУ—2МУ; в — дроссели подмагничивания МУ в цепях статора АД; ОУ— обмотки управления.

Система «магнитный усилитель — двигатель» (МУ—Д).

Силовые магнитные усилители (МУ) мощностью до 10 кВт широко используются для регулирования напряжений и токов в цепях электрических машин (рис. 1-14). Магнитные усилители не потеряли своего значения даже после освоения тиристорных преобразователей и применяются в проектах сотен разнообразных электроприводов благодаря своим достоинствам.
Достоинства: а) высокая надежность по сравнению со всеми иными системами управления; б) не изнашиваются и практически не нуждаются в уходе; в) не изменяют свои характеристики во времени; г) дают возможность контролировать большое количество потенциально не связанных сигналов (по току, по скорости, по напряжению и другие); д) при многокаскадных схемах требуют малой мощности управления.

Рис. 1-15. Кривые выпрямленных напряжений в системе УКВ—Д.
а — шестифазное выпрямление, рабочий режим, угол регулирования а=0; б — то же, но 0<а<90°; в—инверторный режим аи>90°; γ — угол коммутации.

Недостатки: а) низкий к. п. д.; б) большая инерционность (для увеличения быстродействия приходится создавать источники питания повышенной частоты, вводить балластные сопротивления большого потребления и завышать рабочие напряжения); в) сложность электромагнитных процессов в системе и как следствие — сложность расчетов оптимальных режимов управления. Относительная сложность получения желаемых рабочих характеристик; г) большой вес, громоздкость, большой расход меди и высококачественной трансформаторной стали.
Можно отметить, что в современных системах авторегулирования наибольшее применение находят малогабаритные МУ, используемые для суммирования и преобразования сигналов. Такие МУ на промышленной или повышенной частоте применяются также для управления двигателями малой мощности (рис. 1-14,б, в).
Приведенная выше (в пп. 6—9) краткая характеристика систем бесконтактного управления на полупроводниковых и магнитных усилителях показывает, что они позволяют получить плавное и устойчивое регулирование скорости двигателей без применения силовых генераторов постоянного или переменного тока.

Рис. 1-16. Структурная схема регулирования скорости асинхронного двигателя с помощью тиристорного преобразователя частоты.

Рис. 1-17. Схема реверсивного тиристорного преобразователя (перекрестная шестифазная схема с уравнительными реакторами).
При проектировании современных электроустановок стремятся обойтись без систем Г—Д и Д—СГ—АД. На многих объектах, находящихся в эксплуатации, силовые генераторы также заменяют статическими источниками питания. Основная роль в модернизации электроприводов отводится тиристорным преобразователям.

Следует отметить, что распространение выпрямителей ограничивалось из-за значительных пульсаций напряжения при глубоком регулировании скорости (рис. 1-15,а, б). В последние годы построены трансформаторы с переключателями на большое число ступеней, что позволяет получить разные выпрямленные напряжения Uа и в широких пределах изменять скорость двигателя при относительно небольших углах регулирования а.

Подготовляются промышленные тиристорные установки средней и большой мощности для регулирования скорости асинхронных двигателей путем изменения частоты (рис. 1-16). Вводится в эксплуатацию тиристорный реверсивный привод прокатного стана (блюминга) мощностью 25 Мвт. В настоящее время для реверсивных двигателей требуется применение двух комплектов выпрямителей (рис. 1-17). Но уже известны полупроводниковые элементы, обладающие двусторонней управляемой проводимостью. Их освоение создаст возможность нового качественного скачка в развитии управляемых электроприводов.



 
« Наименьшие номинальные мощности трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым и фазным роторами напряжением выше 1 кВ   Намагничивание машин постоянного тока »
электрические сети