Защита в схемах управления электроприводом




 

Защита необходима для предотвращения повреждения электрооборудования, в первую очередь двигателей, и дальнейшего развития возникшего повреждения.

Устройства защиты устанавливаются как в силовых электрических цепях, так и в цепях управления. Основными видами защит в электроприводе являются следующие защиты.

· Защита от короткого замыкания. Обеспечивает немедленное отключение цепи, в которой произошло короткое замыкание или чрезмерное увеличение тока. Такая защита предотвращает развитие повреждения, вызванного током короткого замыкания в силовой цепи или в цепи управления.

· Максимальная защита, срабатывающая даже при кратковременном превышении током допустимого значения.

· Защита двигателей от перегрузки током, длительно превышающем его номинальное значение. Эта защита предотвращает перегревание двигателей при продолжительном режиме работы.

· Защита от самозапуска двигателей или нулевая защита. При исчезновении напряжения в сети или его чрезмерном снижении эта защита отключает двигатель, а при появлении напряжения предотвращает самопроизвольное включение его.

· Защита при обрыве цепи обмотки возбуждения. Применяется для двигателей постоянного тока и синхронных двигателей.

· Защита от перенапряжений. Выполняется при питании электроприводов от отдельных преобразователей или генераторов.

· Защита от выпадения синхронных двигателей из синхронизма. При резком изменении нагрузки на валу двигателя или по другим каким-либо причинам напряжение в сети может снизиться до недопустимого значения. Для того, чтобы сохранить перегрузочную способность двигателя, необходимо увеличить его возбуждение.

В схемах автоматического управления электроприводом наряду с защитными устройствами широко используются электрическое блокирование и механические блокировки, обеспечивающие надежную работу электрических аппаратов и всей системы электропривода. Благодаря предусмотренному блокированию устраняется повреждение механизмов или их отдельных частей, которые работают согласованно, и устраняется ненормальность работы электроприводов в результате неправильных действий операторов.

 

Задание на семестровую работу

Требуется выбрать асинхронный двигатель, работающий в повторно-кратковременном режиме. Режим задается нагрузочной диаграммой тока, мощности или момента (рис. 5,6,7,8,9,10) (согласно варианту задания). Значения нагрузочных токов, мощностей или моментов, а также продолжительность работы двигателя и продолжительность пауз и синхронной скорости вращения двигателя приведены в таблице 2. Двигатель питается от сети с линейным напряжением 380 В.

Проверить двигатель по условию пуска и на перегрузочную способность.

Если данное условие не выполняется, то следует выбрать двигатель большей мощности и повторить его проверку на допустимую перегрузку.

I
I1
I2
I3
I4
t1 t2 t01 t3 t4 t02 t

 

Рис. 5 – Нагрузочная диаграмма тока двигателя.

t1 t2 t3 t01 t
I
I1
I2
I3

 

Рис. 6 – Нагрузочная диаграмма тока двигателя.

М
М1
М2
М3
М4
t1 t2 t3 t01 t tt

Рис. 7 –Нагрузочная диаграмма момента двигателя.

М3
М2
М
М1
t1 t2 t3 t01 t

Рис. 8 –Нагрузочная диаграмма момента двигателя.

Р
Р1
Р2
Р3
t1 t01 t2 t01 t3 t02 t

Рис. 9 –Нагрузочная диаграмма мощности двигателя.

t1 t2 t3 t4 t01 t
P
P1
P2
P3
P4

Рис. 10 –Нагрузочная диаграмма мощности двигателя.

Таблица 2. Исходные данные для расчета

№ варианта № рис. Величина тока, А Длительность времени работы двигателя, с Длительность пауз, с Скорость двигателя, об/мин
I1 I2 I3 I4 t1 t2 t3 t4 t01 t02 n0
                         
                         
                         
                   
                   
                   
№ варианта № рис. Величина момента, Н∙м Длительность времени работы двигателя, с Длительность пауз, с Скорость двигателя, об/мин
М1 М2 М3 М4 t1 t2 t3 t4 t01 t02 n0
                     
                     
                     
                   
                   
                   
№ варианта № рис. Величина мощности, кВт Длительность времени работы двигателя, с Длительность пауз, с Скорость двигателя, об/мин
Р1 Р2 Р3 Р4 t1 t2 t3 t4 t01 t02 n0
                     
                     
                     
                       
                       
                       

 

 


 

Продолжение таблицы 2.

№ варианта № рис. Величина тока, А Длительность времени работы двигателя, с Длительность пауз, с Скорость двигателя, об/мин
I1 I2 I3 I4 t1 t2 t3 t4 t01 t02 n0
                         
                         
                         
                   
                   
                   
№ варианта № рис. Величина момента, Н∙м Длительность времени работы двигателя, с Длительность пауз, с Скорость двигателя, об/мин
М1 М2 М3 М4 t1 t2 t3 t4 t01 t02 n0
                     
                     
                     
                   
                   
                   
№ варианта № рис. Величина мощности, кВт Длительность времени работы двигателя, с Длительность пауз, с Скорость двигателя, об/мин
Р1 Р2 Р3 Р4 t1 t2 t3 t4 t01 t02 n0
                     
                     
                     
                       
                       
                       

 

Пример 2.

Производственный механизм имеет график нагрузки, заданный мощностью P=f(t), моментом M=f(t) или током I=f(t) (рис. 11). Номинальное напряжение сети 380 В. Выбрать асинхронный двигатель и проверить его по перегрузочной способности и по условиям пуска.

 

t01
t3
t02
P3,M3,I3
P2,M2,I2
P1,M1,I1
t2
t1

Рис. 11 – Нагрузочная диаграмма для примера 2.

 

Случай 1. Нагрузочная диаграмма задана графиком мощности Р=f(t),

Исходные данные:

Р1= 45 кВт; Р2= 33 кВт; Р3= 38 кВт; t1 = 60 c; t2 = 140 c; t3 = 60 c.

Время пауз t01 = 180 c; t02 = 160 c. Синхронная скорость n0 = 1000об/мин.

Решение.

Суммарное время работы за один цикл:

= t1+ t2+ t3= 60+140+60=260 с,

Время цикла:

ТЦ= + t01+ t02 = 260+180+160=600 с.

Относительная продолжительность включения при заданном графике нагрузки:

ПВрасч= Ц = (260/600)·100% = 43%.

При таком значении ПВрасч режим работы двигателя – повторно-кратковременный. Так как предполагается выбрать двигатель из серии двигателей повторно-кратковременного режима с ПВст = 40%, то эквивалентная мощность двигателя определяется без учета времени остановок (пауз):

= = 37,2 кВт.

Приводим полученную мощность к стандартной продолжительности включения:

= 37,2 = 38,6 кВт.

По каталогу (табл. П-1) выбираем двигатель из расчета, что его мощность больше расчетной (25), и скорость вращения 1000 об/мин. Таким требованиям отвечает двигатель 4АС250S6УЗ:

Занесем его номинальные данные в таблицу:

Рн, ПВст, sн, nн, Iн, ηн, сosφн, Мпн Мmн
кВт % % об/мин А % - - -
        75,8   0,9 1,9 2,1

 

Проверяем двигатель на перегрузочную способность.

Номинальный момент двигателя

= 9550·40/950 = 402 Н·м.

Определяем наибольший момент сопротивления в следующей последовательности:

а) критическое скольжение (18)

sкр = 0,05(2,1 + ) = 0,2;

б) скорость ротора при критическом скольжении (19)

n2кр = 1000·(1 – 0,2) = 800 об/мин;

в) наибольший момент сопротивления (20)

Мнаиб.сопр. = = 9550·45/800 = 537,2 Н·м,

где Р2max = 45 кВт определяется из графика нагрузочной диаграммы.

Допустимый максимальный момент двигателя (24)

М max.доп=0,9·(МmнМ н = 0,9·2.1·402 = 760 Н·м.

В результате получаем, что

М max.допМнаиб.сопр, т.к 760 Н·м >537,2 Н·м.

Таким образом, выбранный двигатель проходит по перегрузочной способности.

Проверяем двигатель по условию пуска.

Допустимый пусковой момент двигателя (27)

Мпуск.доп. = 0,9 Мп = 0,9 (М п/ М н) Мн = 0,9 1,9 402 = 687,4 Н·м.

Пусковой момент сопротивления определяется из нагрузочной диаграммы по мощности при пуске двигателя Р1 = 45 кВт (28):

Мпуск.сопр. = Мнаиб.сопр.·Р12max = 537,2·45/45 = 537,2 Н·м.

В результате получаем, что

Мпуск.доп > Мпуск.сопр, т.к 687,4 Н·м >537,2 Н·м.

Таким образом, выбранный двигатель проходит по условию пуска.

 

Случай 2. Нагрузочная диаграмма задана графиком моментов М=f(t).

 

М1 = 55 Н∙м; М2 = 35 Н∙м; М = 21 Н∙м; t1 = 100 c; t2 = 60 c; t3 = 60 c.

Время пауз t01 = 160 c; t02 = 0 c. Синхронная скорость n0 = 1500об/мин.

Решение

= t1+ t2+ t3= 100+60+60=220 с,

ТЦ= + t01+ t02 = 220+160=380 с.

ПВрасч= Ц = (220/380)·100% = 58%.

= = 43 Н·м.

Приводим момент к стандартной продолжительности включения

ПВст = 60%:

= 43 = 42,3 Н·м.

Определяем мощность двигателя:

= 42,3∙1500/9550 = 6,6 кВт.

По каталогу (Табл. П-1) выбираем двигатель по мощности 6,6 кВт, и ПВст = 40% при скорости n0 = 1500 об/мин. Номинальная мощность двигателя уточняется по таблице П-2 с учетом полученной продолжительности включения ПВст = 60%. Этим условиям удовлетворяет двигатель 4АС132М.

Занесем его номинальные данные в таблицу:

Рн, ПВст, sн, nн, Iн, ηн, сosφн, Мпн Мmн
кВт % % об/мин А % - - -
11,8           0,85 2,0 2,2

 

Проверяем двигатель на перегрузочную способность.

Номинальный момент двигателя

= 9550·11.8/1410 = 80 Н·м.

Мнаиб.сопр. = 55 Н·м (из нагрузочной диаграммы).

М max.доп=0,9·(МmнМ н = 0,9·2.2·80 = 158,4 Н·м.

В результате получаем, что

М max.допМнаиб.сопр, т.к 158,4 Н·м >55 Н·м.

Т.о. выбранный двигатель проходит по перегрузочной способности.

Проверяем двигатель по условию пуска.

Мпуск.доп. = 0,9 Мп = 0,9 (М п/ М н) Мн = 0,9 2 80 = 144 Н·м.

Пусковой момент сопротивления определяется из нагрузочной диаграммы. Мпуск.сопр. = 55 Н·м.

В результате получаем, что

Мпуск.доп > Мпуск.сопр, т.к 144 Н·м >55 Н·м.

Таким образом, выбранный двигатель проходит по условию пуска.

Случай 3. Нагрузочная диаграмма задана графиком тока I=f(t).

 

I1 = 42 А; I2 = 30 А; I1 = 50 А; t1 = 120 c; t2 = 150 c; t3 = 30 c.

Время пауз t01 = 120 c; t02 = 180 c. Синхронная скорость n0 = 1000об/мин.

Решение

= t1+ t2+ t3= 120+150+30=300 с,

ТЦ= + t01+ t02 = 300+120+180 = 600 с.

ПВрасч= Ц = (300/600)·100% = 50%.

= = 37.5. А

Приводим ток к стандартной продолжительности включения

ПВст = 60%:

= 37.5 = 34.2 А.

По каталогу (Табл. П-1) выбираем двигатель по току 34,2 А и ПВст = 40% при скорости n0 = 1000 об/мин и уточняем его мощность по таблице П-2 с учетом полученной продолжительности включения ПВст = 60%. Этим условиям удовлетворяет двигатель 4АС160М.

Занесем его номинальные данные в таблицу:

Рн, ПВст, sн, nн, Iн, ηн, сosφн, Мпн Мmн
кВт % % об/мин А % - - -
        36,1   0,85 1,9 2,1

 

Проверяем двигатель на перегрузочную способность.

= 9550·15/940 = 152,4 Н·м.

Определяем наибольший момент сопротивления:

sкр = 0,06(2,1 + ) = 0,24; n2кр = 1000·(1 – 0,24) = 760 об/мин.

Наибольшая мощность, потребляемая двигателем:

, = = 28 кВт.

Затем определяется полезная мощность на валу двигателя

, = 28∙0,84 = 23,5 кВт.

Мнаиб.сопр. = = 9550·23,5/760 = 295,3 Н·м.

М max.доп=0,9·(МmнМ н = 0,9·2.1·152,4 = 288 Н·м.

В результате получаем, что выбранный двигатель не проходит по перегрузочной способности, т.к. М max.доп < Мнаиб.сопр (288 Н·м <295,5 Н·м).

Возвращаемся назад к таблицам П-1 и П-2 и выбираем двигатель большей мощности 2АС180М.

Рн, ПВст, sн, nн, Iн, ηн, сosφн, Мпн Мmн
кВт % % об/мин А % - - -
        39,9 84,5 0,9 1,9 2,1

 

= 9550·17/940 = 172,7 Н·м.

sкр = 0,06(2,1 + ) = 0,24; n2кр = 1000·(1 – 0,24) = 760 об/мин.

, = = 29,6 кВт.

, = 29,6∙0,845 = 25 кВт.

Мнаиб.сопр. = = 9550·25/760 = 314,5 Н·м.

М max.доп=0,9·(МmнМ н = 0,9·2.1·172,4 = 326,4 Н·м.

В результате получаем, что

М max.допМнаиб.сопр, т.к 326,4 Н·м >314,5 Н·м.

Т.о. выбранный двигатель проходит по перегрузочной способности.

Проверяем двигатель по условию пуска.

Мпуск.доп. = 0,9 Мп = 0,9 (М п/ М н) Мн = 0,9 1,9 172,7 = 295,3 Н·м.

Пусковой момент сопротивления (29):

Мпуск.сопр. = Мнаиб.сопр.·Iп/Imax = 314.5·42/50 = 264,2 Н·м.

В результате получаем, что

Мпуск.доп > Мпуск.сопр, т.к 295.3 Н·м >264.2 Н·м.

Таким образом, выбранный двигатель проходит по условию пуска.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П-1. Технические данные двигателей серии 4А с повышенным скольжением (4АС) при ПВ=40%

Типоразмер двигателя Мощность, кВт, при ПВ=40% Скольжение, % Частота вращения, об/мин Ток статора, А, при U н=380В КПД,% cosφ
Синхронная частота вращения 3000 об/мин
4АС71А2У3       2,4   0,87 5,5   2,2
4АС71В2У3 1,2         0,83 5,5   2,2
4АС80А2У3 1,9 8,5   4,4   0,87 6,5   2,2
4АС80В2У3 2,5 8,5   5,7   0,87 6,5   2,2
4АС90L2У3 3,5 4,5   7,7   0,86 6,5   2,2
4АС100S2У3 4,8 6,5   10,3   0,86 7,5   2,2
4АС100L2У3 6,3 6,5   13,4   0,86 7,5   2,2
4АС112M2У3       17,2   0,84 7,5   2,4
4АС132M2У3   5,5       0,89 7,5   2,4
Синхронная частота вращения 1500 об/мин
4АС71А4У3 0,6     1,8   0,73 4,5   2,2
4АС71В4У3 0,8     2,4 68,5 0,75 4,5   2,2
4АС80А4У3 1,3 9,5   3,5 68,5 0,82     2,2
4АС80В4У3 1,7     4,5   0,82     2,2
4АС90L4У3 2,4 9,5   5,9   0,82     2,2
4АС100S4У3 3,2     7,8 76,5 0,82     2,2
4АС100L4У3 4,25     10,1   0,82     2,2
4АС112M4У3 5,6         0,83     2,2
4АС132S4У3 8,5 7,5   18,4 82,5 0,85   2,6 2,2
4АС132M4У3 11,8         0,85     2,2
4АС160S4У3       33,3 84,5 0,86     2,2
4АС160M4У3   4,5   37,6   0,87     2,2
4АС180S4У3   5,5   40,3   0,92     2,2
4АС180M4У3 26,5       88,5 0,91     2,2
4АС200M4У3 31,5     59,4 87,5 0,92     2,2
4АС200L4У3       73,5   0,93     2,2
4АС225M4У3       94,3 87,5 0,92     2,2
4АС250S4У3         87,5 0,92     2,2
4АС250M4У3         87,0 0,93     2,2

 

Продолжение таблицы П-1

Типоразмер двигателя Мощность, кВт, при ПВ=40% Скольжение, % Частота вращения, об/мин Ток статора, А, при U=380В КПД,% cosφ
Синхронная частота вращения 1000 об/мин
4АС80А6У3 0,8     2,9   0,68     2,1
4АС80В6У3 1,2     3,7 66,5 0,73     2,1
4АС90L6У3 1,7         0,72   1,9 2,1
4АС100L6У3 2,6     6,9   0,76   1,9 2,1
4АС112MA6У3 3,2     9,1   0,74 6,5 1,9 2,1
4АС112MB6У3 4,2     10,8   0,79 6,5 1,9 2,1
4АС132S6У3 6,3     15,1   0,8 6,5 1,9 2,1
4АС132M6У3 8,5     20,2   0,8 6,5 1,9 2,1
4АС160S6У3         82,5 0,85 6,5 1,9 2,1
4АС160M6У3       36,1   0,85 6,5 1,9 2,1
4АС180M6У3       39,9 84,5 0,9 6,5 1,9 2,1
4АС200M6У3       43,5 83,5 0,92 6,5 1,9 2,1
4АС200L6У3       54,6 85,5 0,91 6,5 1,9 2,1
4АС225M6У3 33,5         0,91 6,5 1,9 2,1
4АС250S6У3       75,8   0,9 6,5 1,9 2,1
4АС250M6У3         86,5 0,88 6,5 1,9 2,1
Синхронная частота вращения 750 об/мин
4АС71В8У3 0,3     1,5   0,61 3,5 1,9  
4АС80А8У3 0,45     2,1 53,5 0,61 3,5 1,9  
4АС80В8У3 0,6     2,5   0,63 3,5 1,9  
4АС90LА8У3 0,9     3,4   0,65 3,5 1,8  
4АС90LВ8У3 1,2     4,4   0,64 3,5 1,8  
4АС100L8У3 1,6     5,7   0,63 5,5 1,8  
4АС112MA8У3 2,2 10,5   7,56   0,65   1,8  
4АС112MB8У3 3,2 10,5   9,66   0,70   1,8  
4АС132S8У3 4,5     12,9   0,70   1,8  
4АС132M8У3       16,9   0,70   1,8  
4АС160S8У3       21,0 81,5 0,80   1,8  
4АС160M8У3 12,5     29,2 82,5 0,79   1,8  
4АС180M8У3         83,5 0,83   1,8  
4АС200M8У3         83,5 0,85   1,8  
4АС225M8У3 26,5     57,3   0,85   1,8  
4АС250S8У3   7,5       0,85   1,8  

 

Таблица П-2. Значение мощности, кВт, двигателей серии 4А с повышенным

скольжением (4АС) в режиме S3 при различных ПВ

Типоразмер двигателя Синхронная частота вращения, об/мин
     
Продолжительность включения ПВ, %
                       
4АС71А 0,8 0,65 0,6 0,6 0,45 0,4 0,4 0,4 - - - -
4АС71В 1,1 0,9 0,8 0,7 0,8 0,65 0,65 0,5 0,35 0,3 0,3 0,2
4АС80А 1,6 1,3 1,1 0,95   0,9 0,7 0,5 0,55 0,5 0,45 0,35
4АС80В 2,1 1,7 1,5 1,3 1,5 1,3 1,1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
4АС90LА - - - - - - - - 1,1 0,9 0,8 0,7
4АС90LB - - - - - - - - 1,4 1,2   0,8
4АС90L 3,1 2,4 2,2 1,9 2,2 1,8 1,3 1,1 - - - -
4АС100S   3,7 2,8 2,3 - - - - - - - -
4АС100L 5,5   3,8 3,3 3,1 2,9 2,2 1,8 1,8 1,6 1,5 1,2
4АС112MA - - - - 4,5 3,8 2,8 2,5   2,6 1,9 1,5
4АС112MB   6,7   4,2 5,6   3,8 3,2 4,2 3,6 2,5 1,9
4АС132S 11,8 9,5 7,5 7,1 8,5 7,5   4,5     3,6 2,6
4АС132M     10,5       7,5 6,3 8,5 7,1   3,6
4АС160S                        
4АС160M     18,5                  
4АС180S 26,5       - - - - - - - -
4АС180M                        
4АС200M                 26,5      
4АС200L   47,5 37,5           - - - -
4АС225M                 33,5      
4АС250S               33,5       26,5
4АС250M                 - - - -

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-07-29 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: