Методичка-все лекции по КЭП_ver_9.09

диски, що розташовані поза контуром - винесені); характер тертя (всуху, з мастилом); вид струмопроводу (контактний, безконтактний ).

Рис.1.

Муфта складається з корпусу 1 з котушкою 2 і струмопідвідних кілець 3, пакета фрикційних магнітопровідних дисків 4, 5, що працюють з мастилом, якоря 6 і загальної втулки 7. Внутрішні диски 4 розташовані на евольвентних шлицях втулки 7. Зовнішні диски 5 мають пази для зачеплення з повідцем - сполучною деталлю механізму, в якому використовується муфта.

При подачі напруги на котушку 2 виникає робочий магнітний потік Ф, якір і пакет дисків притягуються до полюсів корпусу 1 і між стиснутими дисками виникає фрикційне зчеплення. Момент передається по ланцюгу: втулка - внутрішні диски - зовнішні диски - поводок. Розчеплення фрикційного пакета при відключенні муфти забезпечується пружними зовнішніми дисками з «жорсткою» хвилею. Струмопідвід здійснюється за допомогою щіткотримача.

Найбільш поширені багатодискові ЕФМ, а серед останніх - муфти з магнітопровідними (сталевими) дисками, що працюють з мастилом. Конструкція муфти з магнітопровідними дисками та контактним струмопідведенням показана на рис.

Однодискові муфти великих і середніх розмірів відрізняються плоскою фланцеподібним компонуванням, якір виконується масивним і обладнується ребристим радіатором.

ЕФМ працюють, як правило, в релейному режимі (включено - вимкнено) і непридатні для плавного регулювання моменту.

3.Електромагнітні порошкові муфти (ЕПМ)

Упорошкових електромагнітних муфтах є механічний зв'язок, виконавчий, орган якої являє собою феромагнітний порошок, що заповнює зазор в електромагнітній системі між ведучою і веденою її частинами.

Момент ЕПМ виникає від дії тангенціальних сил фрикційного зчеплення феромагнітних часток робочого шару при їх взаємному тяжінні в магнітному полі.

Основними конструктивними ознаками для класифікації ЕПМ є: вид наповнювача (сухі - дрібнодисперсні нейтральні порошки, рідкий наповнювач - мінеральні масло, наприклад трансформаторне, і т. п.); вид струмопроводу (контактний, безконтактний ); кількість і форма робочих

21

зазорів та шарів, які пронизуються магнітним потоком (одно-, двота багатозазорні ЕПМ, циліндричні, конічні, дискові робочі зазори); кількість котушок збудження (одно-, дво- і багатокотушечні ЕПМ); співвідношення моментів інерції ведучої та веденої частин.

Рис.2.

На рис.2. показана одна з простих конструкцій однокотушечной ЕПМ з двома одношаровими циліндричними зазорами і контактним струмопідведенням. Магнітна система складається з елемента 1, що є провідною частиною муфти, і елемента 2, який утворює разом з магнітоізолюючими фланцями 3 і 4 ведену частину. У кільцевому пазу елемента 1, зібраного з двох деталей, розміщена котушка 5. Робочі зазори 6, заповнені феромагнітної сумішшю, на деякій відстані від зовнішніх країв відділені від решти порожнини відбивачами 7, утворюючими кишені. Ущільнення 8 захищають підшипники від потрапляння суміші. Часто перед підшипниками встановлюються також пастки у вигляді кільцевих деталей з постійних магнітів (не показані).

ЕПМ застосовуються в якості зчіпних муфт, гальм в приводах великої потужності при важких пускових умовах.

4. Зубчаті (кулачкові) електромагнітні муфти

Зубчаста електромагнітна муфта (ЕЗМ) - електромагнітна муфта з механічним зв'язком, виконавчим органом якої є пара деталей (вінців) з дрібними зубами, розташованими на торцевих або конічних поверхнях.

Конструкція ЕЗМ показана на рис.3.

Рис.3.

22

Магнітні системи ЕЗМ відрізняються від ЕФМ збільшеним ходом якоря, необхідним для розчеплення вінців. ЕЗМ має чисто релейні характеристики з запізненням. ЕЗМ не допускають просковзування. Ймовірність включення тим вище, чим менше ковзання, момент навантаження і чим більше відносний розмір западини між зубами (при даній формі зуба).

Основними відмітними властивостями ЕЗМ є компактність, високі питомі моменти і передача руху без ковзання. Тому вони застосовуються для включення низькошвидкісних передач при великих моментах навантаження; для точної комутації кінематичних кіл, які не допускають неузгодженостей за кутом (в приладах, синхронних передачах і т. п.); для включення нерухомих передач з наступним розгоном двигуном або ЕФМ і т . д., тобто якості роздавальних муфт; для перемикання передач з вищої швидкості на нижчі (у момент, близький до синхронізму на нижчій швидкості); спільно з ЕФМ, що грає роль синхронізатора (у випадках, коли основне навантаження прикладається по закінченні перехідного процесу); для аварійного обмеження моменту віджиманням зубів і відходом якоря (з автоматичною подачею команди на зупинення або розчеплення).

5. Електромагнітні муфти ковзання (ЕМК)

При розгляді принципу дії електромагнітних муфт ковзання (як і інших муфт зі зв'язком через поле) їх зручно представити а вигляді виродженої системи генератор - двигун змінного струму, в якій відсутні статор генератора, лінія електропередачі та статор двигуна. У результаті взаємодії струму ротора (якоря) муфти з потоком обертового індуктора створюється момент, який захоплює ротор в напрямку обертання поля.

Рис.4.

Основними факторами, що впливають на конструкцію ЕМК, є спосіб струмопідводу і розташування полюсів на індукторі. Найбільшою простотою відрізняється конструкція ЕМК з масивним якорем, симетричним розташуванням різнойменних полюсів по утворюючій індуктора і подвійним перетином робочого зазору магнітним потоком. Тут по якорю потік замикається в аксіальному напрямку (рис. 4, а). Застосування кігтеподібних полюсів (рис. 4,б) дозволяє отримати змінно-полюсну магнітну систему при замиканні потоку по дугах в площині діаметрального перерізу якоря (панцирний індуктор). При цьому якір може виконуватися шихтованним. ;

23

Проміжним варіантом (між першими двома) є індуктор з асиметричним розташуванням різнойменних полюсів (рис. 4, в), що дозволяє дещо зменшити розсіювання потоку ціною ускладнення технології.

Численні конструкції якорів ЕМК, наприклад, з білячою кліткою, практично повністю повторюють конструкції роторів асинхронних двигунів.

За способами приєднання ЕМК до двигуна і навантаження розрізняють автономне виконання ЕМК (переважно дли великих муфт), вбудоване (однокорпусні) і єдину конструкцію двигуна-муфти або двигуна-гальма з об'єднаною магнітною системою. Для цілей регулювання частоти обертання в широкому діапазоні зміни навантаження вживається однокорпусний блок муфти-гальма з об'єднаною магнітною системою.

Найбільш компактним є виконання у вигляді блоку ЕМК із двигуном, однак воно вимагає порівняно високої точності виготовлення і найбільшою мірою обмежує конструктора приводу щодо вибору виду джерела первинної енергії, його технічних характеристик та розташування муфти в кінематичному ланцюзі.

6. Джерела живлення електромагнітних муфт та елементи управління ними

Для живлення ЕМ можна користуватися будь-яким джерелом постійної напруги, яке під навантаженням відповідає номінальній напрузі даної муфти. При індуктивності ЕМ менше 1,5-2 Гн на вихід випрямного моста слід включати конденсатори ємністю 1000-3000 мкФ в залежності від значення випрямленого струму. Для захисту комутуючих як релейно-контакторних, так і безконтактних елементів від піку ЕРС самоіндукції при розриві струму збудження обмотка ЕМ шунтується ланцюжком діод - резистор або стабілітроном У разі відсутності спеціальних вимог до живлення та керування доцільно застосовувати серійні джерела і безконтактні логічні елементи, при великій частоті включень - релейно-контакторну апаратуру. Для швидкодіючих ЕМ характерні жорсткі вимоги до фільтрації пульсацій вихідної напруги випрямляча, бо малоінерційні ЕМ відпрацьовують ці пульсації на виході.

24

Лекція №5. Електричні апарати та електродвигуни. Основні принципи вибору

1.Електричні машини і датчики. Основні параметри і принципи вибору

Укомплектних тиристорних електроприводах серій КТЕУ, КТЕ при роботі

зкомплектними перетворювальними агрегатами можуть застосовуватися електродвигуни постійного струму практично будь-яких типів за умови узгодженості їх номінальних струмів і напруг, а також перевантажувальної здібності з технічними даними перетворювальної частини. Додатково потрібно звертати увагу на наступні обставини:

електродвигуни різних серій мають різні допустимі пульсації струму якоря, що викликаються змінною складовою випрямленої напруги ТП. Якщо пульсації при навантаженні на якір електродвигуна перевершують допустимі, то необхідна установка згладжуючого реактора потрібної індуктивності послідовно з якорем.

амплітуда напруги на навантаженні дорівнює 1,41U2 , де U2 - ефективне значення напруги ТП силового напруги. Ізоляція якоря двигуна повинна бути розрахована на цю напругу;

при живленні обмотки збудження двигуна від трифазного тиристорного збудника амплітуда напруги на обмотці сягає 550 В.

Ізоляція обмотки збудження повинна бути розрахована на цю напругу

Як датчики швидкості в комплектних тиристорних електроприводах, як правило, використовуються тахогенератори постійного або змінного струму. Тахогенератори змінного струму в більшості випадків застосовуються для нереверсивних електроприводів, так як при зміні напрямку обертання в реверсивних електроприводах необхідна зміна полярності вихідної напруги тахогенератора, що вимагає використання досить складної логічної схеми. Однак у реверсивних електроприводах із зміною полярності струму збудження застосування тахогенератора змінного струму доцільно. Найбільшого поширення набули тахогенератори постійного струму серії ПТ і змінного струму серії ТТ.

Збудження тахогенератора здійснюється від постійних магнітів.

Як датчики положення в аналогових системах управління використовують в основному сельсини типів БД 160 А або БД404 А з живленням їх напругою підвищеної частоти - 400 або 1000 Гц. У цифрових системах керування швидкістю і положенням застосовують імпульсні датчики. Найбільшого поширення набули імпульсні датчики типів ПДФ-3 і ДІФ-5. Максимальна частота проходження імпульсів 20-50 кГц. Живлення датчика здійснюється або нестабілізованою напругою ± 24 В при споживаній потужності 6 Вт, або стабілізованою напругою ± 15 В при споживаній потужності 2,5 Вт Напруга вихідних сигналів, логічного «0» від 0 до ± 0,6 В, логічної «1» ± 3 В або ± 12 В.

25

У датчику ПДФ-3 вихідними сигналами є дві серії імпульсів по двох різних каналах. Одна послідовність відстає від іншої на чверть періоду проходження імпульсів. Число імпульсів на оборот N = 600. Кожен з двох сигналів представлений в прямому і інверсному кодах, що дозволяє підвищити завадостійкість їх передачі. Датчик живиться нестабілізованою напругою 24 В. Мінімальний опір навантаження кожного каналу 1,2 кОм. Споживаний струм не більше 0,3 А. Максимальна частота проходження імпульсів 100 кГц. Датчик формує також нульовий імпульс 1 раз за оборот. Напруга вихідних сигналів у стані логічного «0» не більше 3 В, в стані логічної «1» не менше 20 В.

2. Силове обладнання та електрична апаратура

Ввідні пристрої високої напруги (шафи вводу високої напруги) призначені для включення і відключення струму холостого ходу і струму навантаження комплектних перетворювальних пристроїв напругою до 11 кВ включно. Шафи поділяються:

за видом з’єднання з трансформатором - правого виконання (ШВВ5П), лівого виконання (ШВВ 5Л) і верхнього виконання (ШВВ-5В);

за наявністю релейної приставки - з релейною приставкою або без неї. Релейна приставка до ШВВ призначена для установки апаратури

захисту і передачі імпульсу на відключення високовольтного вимикача на живлячій підстанції;

Вимикачі автоматичні серії А3700 призначені для захисту електричних установок при коротких замиканнях, перевантаженнях і неприпустимих зниженнях напруги, для нечастих (до трьох включень в 1 год) оперативних включень і відключень електричного кола. Вони застосовуються в колах постійного струму з номінальною напругою до 440 В і в колах змінного струму частотою 50 або 60 Гц, напругою до 660 В.

Вимикачі поділяються:

за родом струму - для установки в ланцюгах постійного або змінного струму;

за номінальним струмом-160, 250, 400, 630 А;

за кількістю полюсів - двополюсні або триполюсні;

за номінальною напругою головного кола - 440 В (постійного струму), 380 або 660 В (змінного струму);

за частотою змінного струму - 50 або 400 Гц,

за родом захисту та виду максимальних розчеплювачів струму: 1) струмообмежуючі з електромагнітними і напівпровідниковими розчеплювачами максимального струму, з електромагнітними і тепловими розчеплювачами, з електромагнітними розчеплювачами максимального струму, 2) селективні з напівпровідниковими розчеплювачами максимального струму, 3) неструмообмежуючі з

електромагнітними і тепловими розчеплювачами, з

26

електромагнітними розчеплювачами максимального струму, 4) без розчеплювачів максимального струму;

за способом монтажу - стаціонарні або висувні;

за способом приєднання зовнішніх провідників головного кола у стаціонарних вимикачів - з переднім приєднанням (з передньої сторони вимикача), із заднім приєднанням (з заднього боку виперемикач), з комбінованим приєднанням (заднє - до виводів нерухомих контактів переднє - до виводів рухомих контактів);

за наявністю додаткових складальних одиниць - незалежного розчеплювача, розчеплювача нульової напруги, електромагнітного приводу, допоміжних контактів, висувного пристрою.

Вумовному позначенні вимикачів А3700 вказують порядковий номер розробки (37), величину струму вимикача (1-для струму 160 А, 2-для струму 250 А, 3-для струму 400 А, 4 або 9 -для струму 630 А), виконання вимикача по числу полюсів, виду установки максимальних розчеплювачів струму і по максимальному струмовому захисту.

Автоматичні вимикачі підвищеної швидкодії серії ВАТ-42 призначені для захисту ТП при коротких замиканнях і перевантаженнях. Вони застосовуються в ланцюгах постійного струму з номінальними напругами

660, 825 і 1050 В і номінальним струмом 2000, 4000, 6300 і 10 000 А (у

схемах електроприводу - відповідно 2000, 3500, 5000 і 10 000 А).

Вумовному позначенні типу вимикача серії ВАТ (вимикач автоматичний струмообмежувальним) через дефіс вказується порядковий номер конструкції (42), потім через дефіс-номінальний струм вимикача, потім через символ «слеш» - цифра, що характеризує номінальну напругу (6-для 660 В, 10 - для 1050 В), і через тире-буква Л (лінійний).

Номінальний струм, зазначений в позначенні типу, відноситься до вимикача, встановленому в приміщенні (не в шафі), при температурі навколишнього повітря 40 ° С і постійним в часі навантаженням. Вимикачі ВАТ-42 витримують такі перевантаження по відношенню до робочого струму в режимі роботи електропривода: 75% протягом 60 с і 150% протягом 10 с. При цьому перевантаження мають циклічний характер і за час циклу, що складається з перевантаження і паузи, середньоквадратичне значення струму не повинно перевищувати робоче значення струму.

27

Лекція №6. Перетворювачі електричної енергії напівпровідникові змінно-постійного струму

1. Нереверсивні перетворювачі

Всі схеми діляться на нульові (однотактний) і мостові (двотактні). Нульові і мостові схеми можуть бути простими і складними (рис. 1).

Рис. 1. Класифікація схем нереверсивних перетворювачів

Вентилі об'єднуються катодами, утворюючи катодну групу, або анодами, утворюючи анодну групу.

У нульових схемах навантаження підключається до нульової точки трансформатора, що й зумовило назву схеми.

Мостова схема еквівалентна послідовному включенню двох нульових схем, з яких одна є катодного, а друга анодної. Навантаження включається між загальними точками катодної і анодної груп, а джерело живлення в діагональ моста, утвореного вентилями.

Мостові схеми, що містять тільки керовані вентилі, називаються симетричними, а ті, що містять керовані і некеровані вентилі - несиметричними або напівкерованими.

Складні нульові і мостові схеми складаються з паралельного або послідовного з'єднання простих схем. При паралельному з'єднанні застосовують вирівнюючі реактори, які служать для вирівнювання миттєвих значень напруг двох зсунутих по фазі систем. Навантаження підключається до середньої точки реакторів, при цьому е.р.с. індуктивності одного плеча реактора складається з е. р. с. фази однієї системи, а е. р. с. іншого плеча віднімається від е. р. с. фази другої системи. Зрівняльні реактори можуть включатися як між позитивними, так і негативними затискачами паралельно

28

з'єднаних схем.

Випрямний режим. Випрямлення призначено для перетворення змінного струму на постійний і полягає в тому, що навантаження циклічно переключається з однієї фази джерела змінної напруги на іншу. Таке переключення, здійснюване вентилями, називається комутацією.

В некерованому випрямлячі в кожен момент часу струм проводить той вентиль, у якого вище потенціал анода. Черговий вентиль починає проводити

вточці природного відмикання.

Укерованому випрямлячі відмикання чергового вентиля в загальному випадку проводиться зі зсувом на кут регулювання α по відношенню до точки природного відмикання. Тому в інтервалі 0 – α проводить вентиль, у якого потенціал анода нижче, ніж у вентиля, який відключиться при куті α.

Випрямленою напругою ud називається напруга між позитивними і

негативними затискачами випрямляча. Випрямленим струмом id називається струм навантаження випрямляча, що проходить від позитивного його затискача до негативного.

Інверторний режим. Інвертор служить для перетворення постійного струму в змінний. При роботі перетворювача в інверторному режимі енергія з кола навантаження передається в живильну мережу, тобто в протилежному напрямку порівняно з випрямним режимом. Тому при інвертуванні струм й е.р.с. обмотки трансформатора спрямовані зустрічно, а при випрямленні - згідно.

При інвертуванні джерелом струму є е.р.с. навантаження (машина постійного струму, індуктивність), яка повинна перевищувати напруга інвертора.

Як у інверторному, так і в випрямному режимі струм в перетворювачі протікає в одному і тому ж напрямку. Переведення перетворювача з випрямного режиму в інверторний досягається зміною полярності е.р.с. навантаження і збільшенням кута α. Інвертування можливе тільки в керованих перетворювачах.

У трифазній нульовій схемі при роботі в інверторному режимі машина постійного струму, що працює в генераторному режимі, плюсом підключена до нульової точки трансформатора, а вентилі відкриваються при негативних значеннях вторинних напруг для забезпечення зустрічного напрямку напруги та струму. У ланцюг випрямленого струму включена індуктивність Ld для отримання безперервного струму.

В інверторі комутація повинна закінчуватися таким чином, щоб вентиль, який закривається встиг відновити свої замикаючі властивості, поки на вентилі є негативна напруга. Якщо цього не відбудеться, то вентиль після моменту t1 може знову відімкнутись, так як до нього прикладається пряма напруга. Це призведе до перекидання інвертора, при якому виникне аварійний струм.

29

Розрахункові формули для напрузі і струмів в інверторному і випрямному режимах аналогічні.

2. Реверсивні перетворювачі

Реверсивним називається перетворювач, через який випрямлений струм може протікати в обох напрямках. Так як вентилі пропускають струм тільки в одному напрямку, то для зміни напрямку струму при одному комплекті вентилів необхідно застосовувати перемикач головного кола або використовувати два комплекти (групи) вентилів, - кожен з яких працює у своєму напрямку.

Існують також спеціальні напівпровідникові прилади - сімістори (симетричні тиристори), через які протікає струм в обох напрямках, тому в реверсивному перетворювачі використовується тільки один комплект приладів. Класифікація силових схем реверсивних вентильних перетворювачів представлена на рис. 2.

Рис. 2. Класифікація схем реверсивних перетворювачів

Всі реверсивні перетворювачі поділяються на два класи: однокомплектні і двокомплектні.

Однокомплектні перетворювачі з перемикачами або на сімісторах мають такі ж силові схеми, як і нереверсивні перетворювачі.

Двокомплектні перетворювачі виконуються за зустрічно-паралельною або за перехресною схемою (рис. 2). Під зустрічно-паралельною схемою розуміють таку схему, де обидві вентильні групи живляться від загальної обмотки трансформатора, причому вентилі групи включені зустрічнопаралельно один одному.

У перехресній схемі кожна вентильна група живиться від окремої обмотки.

30