приводы. Объемное регулирование
 Скачать 4.09 Mb.
|
|
Лекция II_2_22 Узлы электрической защиты ЭД и схем управления Для предотвращения выхода из строя электрооборудования и повышения надежности работы электроприводов применяют целый ряд узлов электрической защиты, в том числе: защиту при коротком замыкании (к.з.) в силовых цепях и схемах управления, защиту при недопустимо больших толчках тока двигателей, защиту двигателей от перегрева, от самозапуска, защиту при обрыве цепи обмотки возбуждения, защиту от перенапряжений, от затянувшегося пуска синхронных двигателей, от выпадения их из синхронизма, а также защитные блокировки. Рассмотрим реализацию некоторых видов защит. Защита при к.з. (максимально-токовая защита) обеспечивает немедленное отключение цепи, в которой произошло короткое замыкание. В силовых цепях она осуществляется: плавкими предохранителями Пр (рис. 2, а), автоматами В1 с электромагнитными расцепителями рис. 2.15, б,и максимальными токовыми реле РМ1 и РМ2 (рис. 2, в). Цепи управления защищают при к.з. либо теми же аппаратами, что и силовые цепи (обычно при мощности двигателей 1до 10 кВт), либо своими плавкими предохранителями Пр или автоматами (рис. 2, в). Рис. 2. Узел схемы управления, реализующий защиту от токов к.з. Максимально-токовые реле РМ1 и РМ2 одновременно защищают двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель с контактными кольцами от недопустимо больших толчков тока. Номинальный ток плавкой вставки I вст н предохранителей и ток уставки (ток срабатывания) I уст автоматов и максимальных токовых реле определяют по приведенным далее формулам. Для защиты короткозамкнутых асинхронных двигателей с начальным пусковым током I п при нормальных условиях пуска (t п < 5 с) I вст.н = 0,4 I п ; при тяжелых условиях пуска (t п > 5 с) или при большой частоте пусков I вст.н = (0,5 – 0,6)I п ; независимо от условий пуска I уст = (1,3-1,5) I п Для защиты асинхронных двигателей с контактными кольцами и двигателей постоянного тока: I вст.н = (1-1,25)I ном ; I уст = (1,2-1,3)I ном. Значение номинального тока двигателя I ном для двигателей повторно- кратковременного режима работы берут при ПВ = 25%. Для защиты цепей управления I вст.н = I уст =I Σ кат , где I Σ кат суммарный ток катушек максимального количества одновременно включенных аппаратов. Рис. 3. Узел схемы, реализующий тепловую защиту Защита двигателей от перегрева, вызванного перегрузкой по току, реализуется: при продолжительном режиме работы — посредством тепловых реле (рис. 2, а)или автоматов с тепловым расцепителем (двигатель постоянного тока защищают одним тепловым реле); при повторно- кратковременном режиме работы — с помощью двух максимальных токовых реле РМ1 и РМ2 (рис. 2, б), поскольку в этом режиме трудно согласовать тепловые характеристики двигателя и теплового реле. Применение для защиты асинхронных двигателей двух тепловых или максимальных токовых реле позволяет одновременно обеспечить защиту двигателя от работы на двух фазах. Реле времени РВ вводится в схему на рис. 3, б для того, чтобы реле РМ1 и PM2 не отключали двигатель при пуске. На время пуска контакт реле РВ шунтирует размыкающие контакты РМ1 и РМ2. Реле РМЗ в этой схеме служит для защиты при к.з. Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле I нагр и теплового расцепителя автомата I расц н выбирают из условия I нагр = I расц н = 1,05 I ном Ток уставки максимальных токовых реле I3ф < Iуст < I2ф, где I 3ф , I 2ф – токи двигателя соответственно при работе на трех и двух фазах. Для асинхронных короткозамкнутых двигателей, защищенных только плавкими предохранителями, иногда применяют специальную защиту от работы на двух фазах. Одна из схем такой защиты приведена на рис. 4. Между нейтралью обмотки статора двигателя и заземленным нулевым проводом сети включают реле напряжения РОФ (реле обрыва фазы). В трехфазном режиме работы двигателя напряжение U роф на катушке реле близко к нулю. При обрыве в цепи любой из фаз статора напряжение U роф становится достаточным для срабатывания реле РОФ, и двигатель отключается. Напряжение срабатывания реле РОФ должно составлять 10— 30% от номинального фазного напряжения сети. Рис. 4. Узлы схем, реализующие защиту от обрыва фазы, тепловую защиту Наиболее надежная защита двигателей от перегрева – температурная защита. На рис. 4,б приведена схема защиты. Чувствительными элементами здесь служат позисторы R t ,закладываемые в обмотки двигателя. Позисторы включаются в цепь катушки промежуточного реле РТ. При нормальном нагреве обмоток двигателя сопротивление позисторов мало, ток через катушку реле РП достаточен для срабатывания реле, и контакт РТ замкнут. Если по любой причине температура обмотки хотя бы в одной из фаз превысит допустимое значение, сопротивление соответствующего позистора резко увеличится, что приведет к отключению реле РП и двигателя. Защита от самозапуска (нулевая защита) обеспечивает отключение двигателя при исчезновении или чрезмерном снижении напряжения сети (самозапуск – это самопроизвольный пуск двигателя после восстановления напряжения). При кнопочном управлении защиту осуществляет линейный контактор КЛ (см. рис. 2, в), при управлении с помощью командоконтроллера – реле напряжения РН (рис. 4). В последнем случае новый пуск двигателя возможен только после установки командоконтроллера в нулевое положение. В цепь катушки реле РН включаются контакты других аппаратов защиты, т.е. контакты максимальных токовых реле, тепловых реле и др. Если, наоборот, требуется обеспечить самозапуск двигателя, то кнопки управления заменяют выключателями. Рис. 4. Узел схемы, реализующий защиту от самозапуска Защита при обрыве поля, т.е. при обрыве цепи обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (рис. 5, а)и синхронного двигателя (рис. 5, б), осуществляется при помощи минимального токового реле РОП. Катушка реле РОП включается последовательно с обмоткой возбуждения, и реле замыкает свой контакт при токе возбуждения, близком к номинальному. При исчезновении или чрезмерном снижении тока возбуждения двигателя контакт реле РОП размыкается, что вызывает отключение двигателя. Узел схемы управления на рис. 5, б приемлем для случая применения линейного выключателя ВЛ (или контактора) с защелкой, а также ключа управления КУ на три положения («включено», «О», «отключено») с самовозвратом в нулевое положение. Выключатель (контактор) имеет две катушки: включающую ВЛ вкл и отключающую ВЛ отк . При обрыве поля, когда контакт РОП замкнется, включается промежуточное реле РП. Оно в свою очередь подает питание в катушку ВЛ отк — катушку электромагнита, освобождающего механическую защелку, вследствие чего выключатель (контактор) размыкает свои главные контакты. Реле РОП имеет небольшую выдержку времени при возврате контакта в разомкнутое состояние, что предотвращает отключение двигателя при случайных кратковременных колебаниях тока возбуждения. Рис. 5. Узел схемы, реализующий защиту обрыва поля Защита от перенапряжения на LМ двигателя постоянного тока при ее отключении осуществляется разрядным сопротивлением R р которое принимают равным: при напряжении 220 В R р = (6—8) R lv .,при напряжении 110 В R р = (3 – 5) R lv . Во избежание ненужных потерь энергии в разрядном сопротивлении при работе двигателя в цепь с R р вводится диод V (рис. 5, а). Защиту от затянувшегося или несостоявшегося пуска синхронного двигателя выполняют при помощи реле обрыва поля РОП и реле времени РВ (рис. 5, б). Такая защита необходима вследствие того, что пусковая обмотка двигателя рассчитана на кратковременный режим работы. По истечении выдержки времени, соответствующей допустимой продолжительности пуска, контакт реле РВ в цепи катушки реле РП замыкается. Если к этому моменту ток возбуждения двигателя по каким-либо причинам не достиг своего номинального значения и реле РОП не включилось, то реле РП срабатывает, и двигатель отключается. 1.3. Функциональные связи при аварийных режимах Анализируя функциональные связи, можно определить оптимальную область применения каждого вида защиты и обосновать технические требования к устройствам защиты в зависимости от назначения (рис. 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 6 – Основные функциональные связи при аварийных режимах электродвигателей Лекция_II_3 1) Специальные виды защит 2) Блокировки и сигнализация в ЭП1 Специальные виды защит Минимальная токовая защита применяется в ЭП с ДПТ и СД для защиты их цепей возбуждения от обрыва. Исчезновение тока возбуждения опасно тем, что, вызывая исчезновение противо ЭДС двигателя, приводит к значительному возрастанию тока в его силовой цепи и резкому снижению развиваемого момента. Эта защита осуществляется с помощью минимального токового реле KF, катушка которого включается в цепь обмотки возбуждения двигателя, как это показано на рисунке 1. При этом замыкающий контакт реле KF помещается в цепь катушки контактора КМ, что позволяет включать двигатель только при наличии тока возбуждения в его обмотке возбуждения ОВМ. При работе ЭП в случае исчезновения или резкого снижения тока возбуждения контакт реле KF разомкнется и контактор КМ, потеряв питание, отключит двигатель от сети. В качестве реле минимального тока в ЭП используется реле серии РЭВ 830. Рисунок 1 – Минимальная токовая защита ДПТ К специальным видам защит также относят: защиту от перенапряжения на обмотке возбуждения ДПТ; защиту от повышения напряжения в системе «преобразователь - двигатель»; защиту от превышения скорости ЭП; защиту от затянувшегося пуска СД и ряд других.т перенапряжения на обмотке возбуждения ДПТ требуется при отключении ее от источника питания. В этом случае вследствие быстрого падения тока возбуждения, а значит, магнитного потока в обмотке возникает значительная (до нескольких киловольт) ЭДС самоиндукции, которая может вызвать пробой ее изоляции. Защита осуществляется с помощью так называемого разрядного резистора, включаемого параллельно обмотке возбуждения ОВМ (рис.1). Сопротивление резистора должно быть (4...5) R овм при напряжении питания 220 В и (6...8) R овм при напряжении 110 В. Для устранения потерь энергии в разрядном резисторе последовательно включается диод VD, который не пропускает через него ток при включенной обмотке возбуждения, но позволяет протекать току под действием ЭДС самоиндукции, возникающей при ее отключении. Выбор сопротивления в указанных пределах позволяет снизить темп падения тока в обмотке возбуждения и тем самым ограничить ЭДС самоиндукции до допустимых пределов. Защита от повышения напряжения применяется главным образом в системе «преобразователь - двигатель». Она реализуется с помощью реле напряжения, включаемого на выходе преобразователя и своими контактами воздействующего на цепи отключения напряжения ЭП. Эта защита косвенно защищает ДПТ и от чрезмерного увеличения скорости при появлении повышенного напряжения. Защита от превышения скорости применяется в ЭП рабочих машин, для которых недопустимо превышение скорости движения исполнительных органов (лифты, подъемные лебедки, эскалатор, шахтные подъемники). Такая защита обеспечивается с помощью тахогенератора или центробежных выключателей, соединенных с валом двигателя. Центробежные выключатели непосредственно действуют на цепь управления, а тахогенератор через реле напряжения, включаемое на его якорь. Защита от затянувшегося пуска СД обеспечивает его прекращение, если к концу расчетного времени ток возбуждения СД не достигает заданного уровня. Путевая защита обеспечивает отключение ЭП при достижении исполнительным органом рабочей машины крайних положений. Она осуществляется с помощью конечных выключателей, устанавливаемых в этих положениях исполни тельного органа и размыкающих в случае необходимости цепи реле защиты или непосредственно линейных контакторов. Защита от выпадения СД из синхронизма применяется для ЭП с синхронными двигателями, работающих с резко изменяющейся нагрузкой на валу и питающихся от сети, в которой возможно снижение напряжения. На рисунке 2 для примера приведена одна из многочисленных схем, реализующая защиту с созданием схемы соединения искусственной звезды из трех конденсаторов. Рисунок 2 - Схема защиты электродвигателя при помощи теплового реле и по напряжению нулевой последовательности с применением схемы соединения искусственной звезды из трех конденсаторов Фазочувствительные устройства защиты электродвигателей. Угол сдвига между токами в трехфазной сети в нормальных условиях равен 120°, а при обрыве одной из фаз угол сдвига в исправных фазах увеличивается до 180°. Таким образом, если контролировать изменение угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя, то его можно защитить от основного аварийного режима — обрыва фазы. Поэтому устройства защиты, реагирующие на изменение угла фазового сдвига между токами нагрузки электродвигателя, были названы фазочувствительными. Для контроля можно использовать различные фазовые детекторы. В этом случае необходимо из трехфазных токов питания электродвигателя сформировать два измеряемых напряжения U 1 и U 2 с определенным углом сдвига фаз между ними, используя фазовращающий трансформатор тока — ФТТ (рис.3,4). Если угол равен или близок 90 0 при наличии токов во всех фазах питания электродвигателя и если при обрыве любой из фаз угол изменяется на 0 или 180°, то можно применять фазовые детекторы с косинусной характеристикой. Рисунок 3–Функциональная схема ФУЗ Рисунок 4 – Пример защиты асинхронного электродвигателя с помощью ФУЗ При нормальной работе электродвигателя в катушке реле КVтечет небольшой ток, меньше тока отпускания реле. Если электродвигатель не запускается или затормаживается во время работы, то токи нагрузки электродвигателя, следовательно, и измеряемые напряжения U 1 и U 2 резко увеличиваются. Ток в катушке реле KVтакже резко возрастает и становится больше тока притягивания реле, что приведет к срабатыванию реле и отключению электродвигателя. Для защиты электродвигателя от симметричных перегрузок применяют схему, которая контролирует одно из измеряемых напряжений. Модернизированное фазочувствительное устройство защиты электродвигателей ФУЗ-М предназначено для защиты трехфазных электродвигателей от неполнофазных режимов и любых перегрузок (в том числе при заторможении ротора). ФУЗ-М моментально срабатывает при обрыве фазы, а при симметричных перегрузках — с выдержкой времени, зависящей от размера перегрузки: 30…50с при 50%-ной перегрузке и 8...12с при заторможенном роторе двигателя. Рисунок 5 - Модернизированное фазочувствительное устройство защиты ФУЗ-М: 1 — трансформатор тока; 2 — печатная плата; 3 - реле защиты; 4 — шкала потенциометра; 5 — изоляционное основание; 6 — крышка, закрывающая клеммную колодку; 7 — крышка Принцип работы устройства. Фазовращающие трансформаторы тока (ФТТ) ТА1 и ТА2 из трехфазного тока нагрузки формируют два измеряемый напряжения U1 и U2. Угол сдвига фаз между ними при работе электродвигателя на всех трех фазах близок к 90°. При обрыве любой из фаз угол сдвига становится равным 0 или 180°, вследствие чего срабатывает фазочувствительный кольцевой детектор на диодах VD1...VD4 с балластными резисторами R1...R4. Нагрузкой кольцевого детектора является реле защиты, включенное между средними точками сигнальных обмоток ФТТ. Рисунок 6 - Электрическая схема устройства защиты ФУЗ-М Схема контроля перегрузки состоит из регулируемого тиристорного выпрямителя (VS1, R5, RP1, RP2), зарядно-разрядной цепи (R6, R7, накопительного конденсатора С1, порогового элемента —тиристора VS2 со стабилитроном VD5, режимных резисторов R8...R10 и шунтирующего тиристора VS3 (рис.6). Устройство ФУЗ-М, надежно защищает электродвигатель от всех прямых аварийных режимов (обрыва фазы, незапускания, заторможения, перегрузки), не реагирует на некоторые косвенные, из-за чего статорная обмотка перегревается. Косвенные аварийные режимы возникают при недостаточном теплообмене с окружающей средой (высокие температура и влажность или чрезмерная запыленность окружающего воздуха), частых реверсах или пусках электродвигателя, перегреве подшипников. Чтобы расширить возможности фазочувствительных устройств защиты, была разработана универсальная модификация ФУЗ-У, дополнительно контролирующая нарушение охлаждения электродвигателя по температуре его корпуса или обмотки. |