Атанов И.В. Автоматизированный электропривод - файл n1.doc

приобрести
Атанов И.В. Автоматизированный электропривод
скачать (2945.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2946kb.18.09.2012 11:46скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Бесконтактные логические элементы



Бесконтактные логические элементы используются при реализации различных логических законов управления и для осуществления блокировок и защит в ЭП. Они долговечны, так как не имеют движущихся механических частей, отличаются высоким быстродействием, небольшими массой, габаритными размерами, энергопотреблением и малой чувствительностью к вредному влиянию окружающей среды. Наибольший эффект их использования достигается при создании схем управления средней сложности, когда число контролируемых и преобразуемых сигналов составляет несколько десятков.

Логический элемент выполняет те же функциональные операции, что и электромагнитное контактное реле. Он имеет два устойчивых состояния - «включено» и «выключено», которые обозначаются соответственно цифрами 1 и 0.

Для электромагнитного реле цифра 1 обозначает, что его контакт замкнут, а цифра 0 - разомкнут. Для бесконтактного логического элемента цифра 1 указывает на наличие напряжения на его выходе, а цифра 0 - на отсутствие.

Логический элемент НЕ (см. рис. 7,а) выполняет операцию отрицания (инвертирования). При наличии входного сигнала, т. е. при X = 1, выходной сигнал отсутствует (Y = 0), а при отсутствии входного сигнала (X = 0) выходной сигнал Y = 1.

Логический элемент ИЛИ. Сигнал на выходе этого элемента появляется при наличии хотя бы одного входного сигнала Х1 или Х2 (рис.7,б). Операция ИЛИ может выполняться для любого числа входных сигналов.

Логический элемент И. Сигнал на выходе этого элемента Y = 1 (рис. 7, в) появляется только в том случае, когда оба входных сигнала равны 1. В остальных случаях Y = 0.

Логический элемент ИЛИ - НЕ (см. рис. 7, г). В этом более сложном элементе при наличии хотя бы одного сигнала на входе (Х1, Х2= 1) сигнал на выходе Y = 0, а при отсутствии входных сигналов (Х1, Х2= 0) выходной сигнал Y = 1.






Рисунок 8 – Логические модули: а) – типовой узел памяти; б) – типовой узел реверсивной схемы управления электродвигателем
Кроме рассмотренных примеров, логические элементы могут выполнять запоминание уровня входного сигнала (операция ПАМЯТЬ), блокировку (операция ЗАПРЕТ), выдержку времени на включение и отключение электрических аппаратов и другие операции.

В большинстве схем управления на логических элементах используется типовой узел «Память». Этот узел образуется соединением двух элементов ИЛИ - НЕ (рис. 8, а) и работает следующим образом.

Логические элементы выпускаются в составе серии «Логика И», основой которой являются интегральные микросхемы серий К 155 и К511.

Допустим, что требуется запомнить информацию, характеризующуюся верхним уровнем дискретного сигнала Uвх1 = 1, и иметь возможность «стереть» из памяти эту информацию. Запоминаемый сигнал UВХl = 1 подается на вход 1 первого элемента ИЛИ - НЕ. Так как элементы этого узла осуществляют функцию НЕ, то сигнала на выходе первого элемента не будет, а на выходе второго появится напряжение UВЫХ . Этот сигнал по цепи обратной связи поступит на вход 2 первого элемента. Теперь сигнал включения UВХ = 1 можно снять с входа 1, а сигнал на выходе узла UВЫХ будет существовать сколь угодно долго.

Для «стирания» из памяти записанной информации надо подать сигнал UВХ2 = 1 на вход 4 второго элемента схемы, который снимет сигнал UВЫХ с его выхода, и память будет «очищена».

Рассмотрим типовой узел реверсивной схемы (см. рис. 8, б) управлением двигателем, реализованный на логических элементах. В ней использованы два узла «Память» (элементы П1...П4, ИЛИ - НЕ) два согласующих усилителя А1 и А2, от которых питаются катушки контакторов КМ1 и КМ2, обеспечивающие включение двигателя в условных направлениях его скорости «Вперед» и «Назад».

Включение двигателя осуществляется кнопками «Вперед», «Назад» (SB2, SB1), воздействие на которые запоминается соответствующими узлами памяти. При этом кнопки SB1 и SB2 взаимно заблокированы, а нажатие кнопки SB3 («Стоп») приводит к отключению любого из включенных в данный момент контакторов КМ1 и КМ2.


Лекция № 5

Аварийные режимы и средства защиты в ЭП




Вопросы


1) Условия работы электроприводов в сельском хозяйстве

2) Основные аварийные режимы и их функциональные связи

3) Виды и аппараты защит электродвигателей в с.х.


1 Условия работы электроприводов в сельском хозяйстве
Число электродвигателей в сельском хозяй­стве непрерывно увеличивается. Среднестатистическое распределение электродвигателей по видам работ представлено в таблице 1. Распределение по мощности представлено в таблице 2.
Таблица 1 – Распределение электродвигателей по видам

выполняемых работ



Вид работы


Всего электродвигателей от общего их числа, %

Водоснабжение

13

Приготовление кормов

14

Дойка и первичная обработка молока

10

Уборка навоза

4

Раздача кормов

2

Обработка зерна

17

Механические мастерские, ремонтные участки

30

Прочие работы

10

ВСЕГО

100



Таблица 2 – Распределение электродвигателей по мощности в с.-х. производстве


Мощность

электродвигателей, кВт

Всего от общего числа,

%

До 0,6

10

0,6…1,1

15

1,5…2,8

30

3…5,5

30

7…13

10

Свыше 13

5

ИТОГО

100


Из таблицы 1 видно, что больше всего электродви­гателей используется в животноводстве (43%), а так­же в различных мастерских (30%). На производствен­ных участках, связанных с полеводством (например, таких, как пункт первичной обработки зерна), применя­ется всего 17 % электродвигателей. Условия работы указанных основных групп электродвигателей различны. Это следует учитывать при выборе способов их защиты.

В с.х. в основном применяются электродвигатели мощ­ностью 0,6... 13 кВт, а мощность большинства сельско­хозяйственных электродвигателей 1,5...5,5 кВт. Это следует учитывать при приобретении устройств защи­ты для хозяйств.

Условия эксплуатации электродвигателей в сельском хозяйстве отличаются от условий их работы в промышленности. На промышленных предприятиях большинство электродвигателей находится в нормаль­ных условиях окружающей среды и двигатели обычно оптимально загружены, напряжение трехфазной сети при этом стабильно и симметрично. Обслуживают эти электродвигатели и питающие их сети, как правило, электрики высокой квалификации.

В сельскохозяйственном производстве многие элект­родвигатели находятся в сложных условиях, они непра­вильно загружены (обычно недогружены), работают кратковременно — во многих случаях с большими пере­рывами; подведенное напряжение трехфазной сети час­то нестабильно, с переменной асимметрией, что обуслов­лено смешанным подключением одно- и трехфазных по­требителей. К тому же обслуживание электродвигате­лей и питающих внутрихозяйственных сельских элект­рических сетей находится на весьма низком уровне.

Все эти факторы отрицательно влияют на эксплуата­ционную надежность электродвигателей, применяемых в сельском хозяйстве. Поэтому, прежде чем анализи­ровать причины аварий электродвигателей, следует бо­лее подробно остановиться на условиях их работы.

Влияние условий окружающей среды. Многие техно­логические процессы в сельскохозяйственном производ­стве выполняются в тяжелых условиях окружающей среды, неблагоприятных для работы электродвигателей. Пыль на мельницах, пунктах первичной обработки зер­на и в комбикормовых цехах; большая влажность и при­сутствие агрессивных газов в животноводческих помеще­ниях; резкие колебания температуры и значительное по­нижение температуры в зимнее время на открытой тер­ритории ферм, высокая температура в котельных и зер­носушилках усложняют эксплуатацию электродвигате­лей в сельском хозяйстве.

Максимальная допустимая мощность электродвига­теля определяется по допустимой температуре статорной обмотки при температуре окружающей среды 40°С. Оче­видно, что реальная температура окружающей среды значительно влияет на допустимую мощность электро­двигателя. Влажность и агрессивные газы также нано­сят большой вред, снижая сопротивление изоляции ста­торной обмотки, вызывая окисление контактных зажи­мов и всего корпуса электродвигателя. Особенно небла­гоприятно на электродвигатели влияет среда животно­водческих помещений.

В воздухе всех животноводческих помещений образуется повышенная концентрация ам­миака, например в свинарниках она в 10 раз выше са­нитарной нормы — 20 мг/м3. Такое положение особенно опасно для электроустановок, в том числе и для элект­родвигателей. Летом в помещениях естественная вен­тиляция улучшается, в результате снижаются относи­тельная влажность и концентрация аммиака. Хотя ле­том температура в животноводческих помещениях уве­личивается, она в большинстве зон страны не превы­шает 20... 25 °С .

Отсюда следует, что электродвигатели в животновод­ческих помещениях работают при пониженной темпера­туре окружающей среды по сравнению с 40°С, поэтому они могут развивать боль­шую максимальную мощность. В то же время они на­ходятся в помещениях с химически активной средой, повышенной относительной влажностью, что разрушает изоляцию обмоток и электродвигатель в целом.

Нагрузка электродвигателей. Разнообразие сельско­хозяйственных машин определяет несходные режимы работы электродвигателей. Так, например, у электро­двигателей вентиляторов, калориферов, центробежных насосов постоянные нагрузки, и поэтому ток электродвигателей меняется только при изменении на­пряжения питания. В свою очередь, у электродвигате­лей некоторых станков в механических мастерских, пи­лорам, кормодробилок нагрузки резко переменные и частые кратковременные перегрузки. Однако электро­двигатели некоторых кормодробилок могут быть дли­тельно и опасно перегружены. Это обычно происходит при использовании дробилок для измельчения кормов, не соответствующих данному типу машины, например сырых зерен и соломы. Но если разумно уменьшить их подачу, то дробилку можно и в этом случае успешно применять. Аналогичное положение наблюдается и на пилорамах, если подача бревен выбрана неправильно.

Допустимая нагрузка электродвигателя зависит от длительности непрерывной работы и температуры окру­жающей среды, так как определяющим фактором мощ­ности является допустимая температура статорной об­мотки. Если температура обмотки превышает допусти­мую, электродвигатель выходит из строя. Если электро­двигатель работает при пониженной температуре ок­ружающей среды, то при номинальной нагрузке темпе­ратура статорной обмотки ниже допустимой. Это зна­чит, что в таких условиях электродвигатель может дли­тельно работать с перегрузкой. Так, например, в жи­вотноводческих помещениях температура обычно ниже 40°С на 20...25°С. Следо­вательно, электродвигатели без ущерба для срока службы могут постоянно работать с 25 ... 30 %-ной пе­регрузкой. Еще большая перегрузка разрешается для электродвигателей насосов, установленных в колодцах, и для всех электродвигателей, работающих на откры­том воздухе или в неотапливаемых помещениях в зим­нее время.

В то же время электродвигатели часто выбирают с, явно завышенной мощностью, при этом двигатели недогружены, их мощность используется недостаточно.

В результате снижаются КПД и коэффициент мощности.

В некоторых случаях электродвигатели в сельскохо­зяйственном производстве могут получать длительную опасную перегрузку, например в нориях, когда тран­спортируется слишком сырое зерно. Все это следует учитывать при определении вероятности возникновения ава­рийных режимов.

Время работы электродвигателей. Сельскохозяйст­венное производство отличается сезонностью и в основ­ном односменной работой. Поэтому электродвигатели в сельском хозяйстве сравнительно мало используются как в течение суток, так и в течение года. Время рабо­ты электродвигателей зависит от объема производства, технологии, числа работающих машин и их произво­дительности, а также от уровня электромеханизации данного технологического процесса

В хозяйствах в течение года особенно мало эксплуа­тируются электродвигатели станков в мастерских. К то­му же они обычно имеют весьма малую продолжитель­ность непрерывной работы. Напротив, электродвигате­ли на зерносушилках в период уборки зачастую рабо­тают круглосуточно, но это чаще всего бывает не более 3 ... 4 недель в году.

Продолжительность работы электродвигателей с ав­томатическим управлением, используемых для водоснаб­жения, зависит от потребления воды. Аналогично в за­висимости от параметров микроклимата работают элект­родвигатели некоторых калориферов и вентиляторов. Но вытяжные вентиляторы, применяемые в животноводческих помещениях, работают дли­тельное время и непрерывно.

Таким образом, электродвигатели в сельском хозяй­стве резко различаются по продолжительности непре­рывной работы в течение суток и года.

Продолжительность непрерывной работы и время соответствующих перерывов следует принимать во вни­мание при выборе защиты. Часто электродвигатели ра­ботают так кратковременно (например, для привода транспортеров навоза), что за это время температура статорной обмотки очень мало повышается, не дости­гая допустимой. Такие электродвигатели могут работать со значительными перегрузками.
2 Основные аварийные режимы электродвигателей в сельском хозяйстве и их функциональные связи
Чтобы правильно защитить электродвигатели, необходимо знать причины их отказов. По данным статистики основные ава­рийные режимы возникают из-за:

• обрыва фазы (ОФ) — 40...50 %;

• остановки ротора (ОР) — 20...25 %;

• технологических перегрузок (ТП) —8...10 %;

• понижения сопротивления изоляции (ПСИ) — 10...15%;

• нарушения охлаждения (НО) —8...10 %.

Приведенные цифры основаны на большом стати­стическом материале и отражают среднее распределение причин отказов. Однако причины отказов асинхрон­ных двигателей, используемых для привода конкретных характерных сельскохозяйственных машин и механиз­мов, распределяются по другому (таблица 3).

Основной аварийный режим электродвигателей в сельском хозяйстве — обрыв одной фазы. Если этот ре­жим является следствием однофазного короткого за­мыкания, то ЭДС, генерируемая в поврежденной фазе электродвигателями, работающими на двух фазах, по исправной цепи со стороны двигателей создает через место короткого замыкания потенциал в нулевом про­воде, который может быть причиной поражения живот­ных и людей электрическим током.

Таблица 3 – Распределение основных причин отказов электродвигателей

Машины,

механизмы

Средний срок службы

Вероятность отказов

ОФ

ОР

ТП

ПСИ

НО

Транспортеры, убирающие навоз

2,8

0,23

0,71

0

0,06

0

Вентиляторы в животноводческих помещениях

2,9

0,4

0,21

0,09

0,3

0

Электрокалориферы

7

0,69

0,17

0

0

0,14

Центробежные насосы

4,3

0,42

0,31

0,09

0,18

0

Погружные насосы

2,4

0,44

0,23

0,06

0,23

0,04

Вакуумные насосы

3,7

0,37

0,41

0,06

0,16

0

Дробилки

3,8

0,11

0,24

0,10

0,38

0,17

Нории в помещениях

3,3

0,26

0,64

0.10

0

0

Нории в полевых условиях

2,7

0,16

0.4

0,07

0,37

0

Дозаторы

5,3

0,32

0,58

0

0

0,1

Станки в мастерских

9,1

0,1

0,1

0,8

0

0


Анализируя функциональные связи, можно опреде­лить оптимальную область применения каждого вида защиты и обосновать технические требования к уст­ройствам защиты в зависимости от назначения (рисунок 1).
Несимметричное напряжение вызывает нагрев электродвигателя (5% несимметрии вызывает уменьшение мощности на 10…15%; 10% на 25…45%). Помимо этого несимметрия напряжения вызывает дополнительную вибрацию.




Рисунок 1 – Основные функциональные связи при аварийных режимах электродвигателей
3 Виды и аппараты защит электродвигателей в с.х.

Аппараты максимальной токовой защиты. При работе ЭП может произойти замыкание электрических цепей между собой на землю (корпус), а также увеличение тока в силовых цепях свыше допустимого предела, вызванное стопорением движения исполнительного органа рабочей машины, обрывом одной из фаз питающего напряжения, резким снижением тока возбужден ДПТ. Для защиты ЭП и питающей сети от появляющихся в этих случаях недопустимо больших токов (сверхтоков) предусматривается максимальная токовая защита, которая может реализовываться различными средствами - с помощью плавких предохранителей, реле максимального тока и автоматических выключателей.

Плавкие предохранители (FU) - включаются в каждую линию (фазу) питающей сети между выключателем напряжения сети и контактами линейного контактора КМ, а также в цепи управления. На рисунке 2 показаны соответственно схемы защиты предохранителями АД, ДПТ и цепей управления.




Рисунок 2 – Защита цепей предохранителями

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка и дугогасительное устройство. Выбор плавкой вставки предохранителей производится по току, который рассчитывается таким образом, чтобы она не перегорала от пускового тока двигателя.

Для защиты электрических цепей ЭП при напряжении до 1000 В применяются следующие типы предохранителей: трубчатые без наполнителя серии ПР2; быстродействующие серии ПНБ-5; с высокой разрывной способностью серии ПП 31; трубчатые разборные с закрытыми патронами и наполнителем серии ПН 2; резьбовые серии ПРС. Плавкие вставки этих предохранителей калибруются на токи от 6 до 1000 А.

Реле максимального тока используются в основном в ЭП средней и большой мощности. Катушки этих реле FA1 и FA2 включаются в две фазы трехфазных двигателей переменного тока и в один или два полюса ДПТ между выключателем QS и контактами линейного контактора КМ. Размыкающие контакты этих реле включаются также в цепь катушки линейного контактора КМ. При возникновении сверхтоков в контролируемых цепях, превышающих токи срабатывания (уставки) реле FA1 и FA2, контакты этих реле размыкаются и силовые контакты линейного контактора КМ отключают двигатель от питающей сети (рис.3).

Уставки реле максимального тока должны выбираться таким образом, чтобы не происходило отключения двигателей при их пуске или других переходных процессах, т. е. когда токи в силовых цепях в несколько раз превышают номинальный уровень.

В качестве реле максимального тока в ЭП применяются реле мгновенного действия серии РЭВ 570 для цепей постоянного тока от 0,6 до 1200 А и серии РЭВ 571Т для цепей переменного тока от 0,6 до 630 А. Время их срабатывания порядка 0,05 с. В схемах управления применяются также реле серий РЭ 70, РЭВ 830, РЭВ 302 и др.


Рисунок 3 – Варианты использования максимальных токовых реле


Автоматические воздушные выключатели (автоматы - QF). Эти комплексные многоцелевые аппараты обеспечивают ручное включение и отключение двигателей, их защиту от сверхтоков, перегрузок и снижения питающего напряжения. Для обеспечения выполнения этих функций автомат имеет контактную систему, замыкание и размыкание которой осуществляется вручную с помощью рукоятки или кнопки, максимальное токовое реле и тепловое токовое реле.
Важной частью автомата является механизм свободного сцепления,

который обеспечивает его отключение при поступлении управляющих или защитных воздействий, например при протекании токов перегрузки, коротком замыкании, снижении напряжения сети, а также при необходимости дистанционного отключения автомата.

Упрощенное устройство автомата показано на рисунке 4. Рабочий ток нагрузки протекает через контакт 1 автомата, нагреватель теплового реле 6 и катушку 9 реле максимального тока. При коротком замыкании в контролируемой цепи сердечник 10 реле максимального тока втягивается в катушку 9 и через толкатель 8 воздействует на рычаг 5 механизма свободного расцепления. Последний поворачивается по часовой стрелке и приподнимает защелку 4. При этом освобождается рычаг 3 и, воздействуя на пружину 2, размыкает контакты 1 автомата.


Рисунок 4 – Схема автоматического выключателя (а) и его условное графическое и буквенное обозначение (б)
Аналогично происходит отключение автомата при перегрузке цепи, когда ток в ней больше номинального (расчетного), но меньше тока короткого замыкания. В этом случае ток, проходя по нагревателю 6 теплового реле, вызывает нагрев биметаллической пластины 7, в результате чего свободный конец этой пластины поднимается вверх и через рычаг 5 открывает защелку 4, вызывая этим отключение контактов автомата.

Часто в автоматах применяют тепловые расцепители без нагревателя, в этом случае контролируемый ток пропускается непосредственно через биметаллическую пластину. В маломощных автоматах такой расцепитель может выполнять также функции элемента максимальной токовой защиты.

Автоматические выключатели широко используются для коммутации и защиты силовых и маломощных цепей ЭП всех видов.

Применяемые в ЭП автоматические выключатели серий АП 50, АК 63, А 3000, А 3700, АЕ 2000, ВА, ВАБ, «Электрон» различаются между собой числом контактов (полюсов), уровнями номинальных тока и напряжения, набором и исполнением реализуемых защит, отключающей способностью, быстродействием. Диапазон их номинальных токов составляет 10... 10 000 А, а предельных коммутируемых токов 0,3... 100 кА. Время включения различных автоматов находится в пределах от 0,02 до 0,7 с.
Нулевая защита. При значительном снижении напряжения сети или его исчезновении эта защита обеспечивает отключение двигателей и предотвращает самопроизвольное их включение (самозапуск) после восстановления напряжения.

В тех случаях, когда двигатели управляются кнопками контакторов или магнитных пускателей, нулевая защита осуществляется самими этими аппаратами без применения дополнительных средств. Например, если в схемах исчезло или сильно понизилось напряжение сети, катушка линейного контактора КМ потеряет питание и он отключит двигатель от сети. При восстановлении напряжения включение двигателя возможно только после нажатия на кнопку управления SB2.
Тепловая защита отключает двигатель от источника питания, если, вследствие протекания по его цепям повышенных токов происходит значительный нагрев его обмоток. Такая перегрузка возникает, например, при обрыве одной из фаз трехфазного АД или СД.

Тепловая защита двигателей осуществляется с помощью тепловых, максимальных токовых реле и автоматических выключателей. Тепловые реле (КК) включаются в две-три фазы трехфазных двигателей непосредственно или через трансформаторы тока (рисунок 5). Для защиты ДПТ тепловые реле включаются в один или два полюса цепи их питания. Размыкающие контакты тепловых реле включаются в цепи катушек главных (линейных) контакторов или в цепь защитного реле.

Действие теплового реле основано на эффекте изгибания биметаллической пластинки при нагревании из-за различных температурных коэффициентов линейного расширения образующих ее металлов.




Рисунок 5 – Включение тепловых реле в электрические цепи
В ЭП применяются электротепловые двухполюсные реле серий ТРН на номинальные токи от 0,32 до 40 А, однополюсные реле серий ТРТП на токи от 1,75 до 550 А и трехполюсные реле серий РТЛ на токи от 0,17 до 200 А. Эти реле имеют регулируемую уставку тепловой защиты; при токе 1,2Iном время их срабатывания 20 мин.

Тепловая защита двигателей может осуществляться также автоматическими выключателями и магнитными пускателями, если они имеют встроенные тепловые расцепители.

При повторно-кратковременных режимах работы ЭП, когда процессы нагрева реле и двигателя различны, защита двигателей от перегрузок осуществляется с помощью максимальных токовых реле FA1 и FA2. Токи уставок этих реле выбираются на 20... 30% выше номинального тока двигателя. Так как, ток уставки реле в этом случае ниже пускового тока, то при пуске двигателя его контакты шунтируются контактами реле времени, имеющего выдержку времени несколько большую времени пуска двигателя.


Лекция № 6
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Бесконтактные логические элементы
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации