Для режима работы центробежных насосов характерно следующее: постоянство направления вращения; длительность работы при относительно неизменной нагрузке; относительно небольшие значения момента сопротивления при пуске и пропорциональность его квадрату частоты вращения.
Перечисленные особенности обусловливают ограниченные требования к электроприводу насосов, который выполняется с нереверсируемыми асинхронными или синхронными двигателями.
Управление нереверсируемыми асинхронными двигателями
Управление нереверсируемыми асинхронными двигателями на 380 В с короткозамкнутым ротором следует различать главные (силовые) цепи и цепи управления. Силовые цепи включают в себя шины 380 В, автоматический выключатель В1, главные контакты линейного контактора Р и обмотку двигателя М. В цепь управления входят двухполюсный рубильник В2, плавкие предохранители Пр, кнопки КнП «Пуск» и КнО «Остановка», катушка электромагнита линейного контактора Р и замыкающие вспомогательные контакты (блок-контакты) этого контактора.
Пуск двигателя осуществляется контактором Р. При нажатии кнопки КнП замыкается цепь катушки контактора Р его якорь притягивается, замыкая главные контакты Р в силовой цепи. Од-новременно замыкаются блок-контакты контактора Р, шунтируя кнопку КнП (блокировка кнопки). Поэтому после прекращения нажатия па кнопку КнП и размыкания ее контактов цепь катушки не разрывается п якорь контактора не отпадает.
Останавливают двигатель отключением от сети: при нажатии на кнопку КнО прерывается питание катушки Р и якорь контактора отпадает, размыкая контакты в цепи двигателя.
Защита двигателя осуществляется автоматом В1, имеющим элементы отключения: тепловые — для защиты от перегрузки двигателя и электромагнитные — для защиты от короткого замыкания. В случае непредвиденного исчезновения напряжения якорь контактора Р отпадает и его замыкающие контакты, блокирующие кнопку КнП, размыкаются, предотвращая самозапуск двигателя при восстановлении исчезнувшего напряжения (пулевая защита). Самозапуск двигателя недопустим, поскольку он может повлечь за собой аварию оборудования или несчастный случай.
Из рассмотрении механических характеристик видно, что трогание двигателя с места происходит под действием динамического момента . Применяют для управления приводом насосов небольшой мощности, в том числе вспомогательных насосов на земснарядах, а также при управлении простейшими нерегулируемыми приводами (например, вентиляторов, заточных и других станков, дробилок).
Управление асинхронным двигателем на 380 В с фазным ротором
Управление асинхронным двигателем на 380 В с фазным ротором и реостатным пуском применяют для привода насосов. Средней мощности в случаях предписанного ограничения пускового тока, ила,иного пуска и повышенного пускового момента двигателя. Рассмотрено питание двигателя от сети напряжением 380 В. В силовой цепи статора применен линейный контактор В. В цепь ротора введен реостат РМ.
Переключающее устройство реостата изображено в виде развертки поворотного барабана с контактными сегментами, являющейся одновременно диаграммой замыкания сопротивлений. Последовательно с каждой фазой обмотки ротора включена фаза реостата, состоящая из нескольких соответственно подобранных резисторов (ступеней сопротивления). Резисторы фаз реостата соединены звездой в точке ДО, Каждая ступень присоединена к соответствующему контакту реостата. При повороте барабана расположенные на нем сегменты шунтируют отдельные ступени резисторов.
Показанное нулевое положение барабана соответствует отключенному двигателю. При повороте барабана на одно звено деление в направлении, показанном стрелкой, контактами 1 я 2 замыкается цепь катушки контактора В при этом закрываются его главные контакты в цепи статора и двигатель начинает разворачиваться при полном сопротивлении в цепи ротора. Одновременно замыкаются блок-контакты В, сохраняя цепь катушки контактора во всех последующих положениях барабана. В следующем положении шунтируется одна секция реостата R0-R21, далее шунтируется секция R0-R11, затем R0-R31 и т. д. В последнем, двенадцатом положении барабана резисторы реостата выведены полностью и ротор замкнут накоротко на контактах Rl, R2, R3.
В случае непредусмотренного исчезновения напряжения или отключения контактора кнопкой КнО повторный пуск может быть осуществлен только из нулевого положения реостата. Защита двигателя обеспечивается реле максимального тока РТ1 и РТ2, размыкающие контакты которых введены в цепь катушки контактора В. По достижении рабочего тока в цепи двигателя не-которого заданного предельного значения реле срабатывают и их контакты, размыкаясь, прерывают цепь катушки контактора В.
Двигатель с пусковым реостатом РМ с небольшими изменениями, касающимися блокировки нулевого положения реостата, используют также для двигателей напряжением 6000 В. При этом вместо линейного контактора устанавливают масляный выключатель.
Пуск с индукционным реостатом осуществляется с помощью трехфазных индуктивных катушек на стальном магнитопроводе, включаемых в цепь ротора. Индукционные реостаты применяют для двигателей с рабочим напряжением до 6000 В. Недостатком систем управления пуском с индукционным реостатом является пониженная по сравнению с резисторами (активным сопротивлением) величина пускового момента.
Управление асинхронным двигателем на 6000 В с фазным ротором
Управление асинхронным двигателем на 6000 В с фазным ротором и магнитной станцией применяют для привода крупных водяных и грунтовых насосов. Схема исключает необходимость выполнения последовательных переключений в цепи ротора вручную. Шунтирование ступеней сопротивления выполняется автоматически.
Силовая цепь статора двигателя изображена однолинейно. Разъединитель В1 предназначен для отделения масляного выключателя В2, двигателя и элементов, расположенных ниже выключателя, от шин напряжением 6000 В. Трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2 на фазах ж и к (желтая и красная) служат для подключения катушек реле защиты и приборов измерения (на схеме не показаны). В цепь ротора введены секционированные резисторы и главные контакты контакторов ускорения — Р1—РЗ для трехступенчатого пуска двигателя. Пуск и установку двигателя производят включением или выключением масляного выключателя В2.
На магнитной станции установлены: автомат ВЗ для включения и защиты цепей управления, три реле ускорения РВ1—РВЗ с выдержкой времени, контакторы ускорения Р1—РЗ и реле режима пуска (РРП), катушка которого включена последовательно с размыкающим блок-контактом привода выключателя В2. Реле времени РВ1—РВЗ рассчитаны на работу при постоянном токе, их катушки подключены к источнику переменного тока через Диод Д.
Приведение в готовность магнитной станции осуществляется включением автомата ВЗ. Тогда при разомкнутом выключателе В2 катушка РРП получает питание через размыкающие блок-контакты В2, PI, Р2, РЗ. При этом якоря реле РВ1—РВЗ притянуты и обеспечивают своими размыкающими контактами разрыв цепей катушек контакторов Р1—РЗ.
При включении двигателя масляным выключателем В2 катушка РРП теряет питание вследствие разрыва размыкающих блок-контактов В2, после чего последовательно с выдержкой времени отпадают реле РВ1—РВЗ. В той же последовательности размыкающими блок-контактами этих реле замкнутся цепи катушек контакторов Р1—РЗ, главные контакты которых шунтируют ступени резисторов в цепи ротора двигателя.
Управление синхронным двигателем напряжением 6000 В
Процессы управления синхронным двигателем сводятся к автоматизированному пуску и регулированию тока возбуждения в рабочем режиме. Особенности пуска синхронного двигателя обусловливают определенные способы соединения возбудителя с обмоткой полюсов ротора. Рассмотрим схемы с глухоподключенным возбудителем и с сопротивлением в цепи возбуждения.
Полную схему управления синхронным двигателем с глухоподключенным возбудителем применяют для управления синхронными двигателями в приводе грунтовых насосов любых установок (плавучих и стационарных землесосных снарядов, перекачивающих станций), а также крупных насосов.
В качестве возбудителя используют генератор постоянного тока G, якорь которого механически (например, клиноременной передачей) связан с ротором двигателя М. Часто применяют также отдельно устанавливаемые возбудители с собственным двигателем привода небольшой мощности.
Пуск двигателя осуществляется в асинхронном режиме. На подсинхронной скорости двигатель втягивается в синхронизм и переходит к режиму работы «а постоянной скорости (синхронный режим). Двигатель М подключен к шинам 6000 В через разъединитель В1 и линейный масляный выключатель В2. В схеме использован пружинный привод П (ПП-67) масляного выключателя с заводом пружин от коллекторного двигателя МП.
Переключателем УП замыкают цепь двигателя МП, который при вращении через механическую передачу растягивает пружины привода (заводит привод). В крайнем положении растянутых пружин двигатель МП отключается автоматически оазмыкающими контактами конечного выключателя КВМП; в этом же положении замыкаются контакты в цепи электромагнита включения ЭВ. При сжатых пружинах (после срабатывания привода) контакты КВМП изменяют свое положение. Если контакты переключателя УЯ замкнуты (левое положение рукоятки), размыкающие контакты КВМП обеспечивают автоматический завод привода и состояние его готов,носы для следующего включения выключателя В2.
Для включения масляного выключателя нажимают кнопку пуска (КнП). При этом замыкается цепь реле РПД пуска двигателя, которое одной парой замыкающих контактов шунтирует кнопку, а другой замыкает цепь электромагнита включения привода ЭВ. В цепи катушки ЭВ предварительно должен быть замкнут пакетный выключатель (ПВ). Включение катушки ЭВ носит импульсный характер, при срабатывании привода на включение размыкающие блок-контакты В 2 (контакты КС А) размыкаются, прерывая цепь катушки ЭВ. Одновременно замыкаются замыкающие контакты В2 в цепях катушки отключения ЭО и реле РПП положения привода.
Масляный выключатель отключают при замыкании цепи катушки отключения ЭО нажатием на одну из кнопок остановки Кн01 или Кн02. Отключение произойдет также при ошибочной попытке размыкания одного из разъединителей — ввода в распределительном устройстве или двигателя (разъединитель В1). При воздействии на приводы этих разъединителей для их отключения замыкаются контакты блокировочных кнопок КнБВ или КнБМ.
При снижении напряжения пропорционально уменьшается момент на валу двигателя и для поддержания величины момента следует увеличить ток возбуждения. При полном напряжении на шинах 6000 В магнитный поток катушки реле минимального напряжения РФ2, питающейся через трансформатор напряжением НТМИ (от вторичной обмотки, соединенной в звезду), достаточен, чтобы якорь реле находился в притянутом состоянии (замыкающие контакты реле РПП при включенном В2 замкнуты).
В этом состоянии размыкающие контакты реле РФ2 в цепи катушки контактора форсировки РФ1 разомкнуты, контактор РФ1 отключен и реостат возбуждения R введен в цепь обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ). При снижении напряжения на обмотках трансформатора НТМИ якорь реле РФ2 отпадает и его размыкающие контакты замыкают цепь контактора РФ1, контакты которого, закрываясь, шунтируют реостат R, форсируя возбуждение. При восстановлении напряжения реостат вновь вводится в цепь возбуждения. В рабочем режиме реостат служит для регулирования тока возбуждения и, следовательно, коэффициента мощности двигателя.
Предусмотрены следующие виды защиты: защита максимального тока с помощью электромагнитных реле РТ1 и РТ2, встроенных в привод, катушки которых подключены к обмоткам трансформаторов тока ТТ1ж и ТТ1з (при достижении током, проходящим через катушки, значения, равного величине уставки, сердечник реле втягивается и, воздействуя на расцепитель привода, отключает масляный выключатель В2);
защита минимального напряжения, обеспечивающая отключение масляного выключателя при понижении напряжения ниже уставки реле РНВ, подключенного к обмотке трансформатора НТМИ (реле встроено в привод выключателя и воздействует непосредственно на расцепитель при отпадании сердечника);
контроль изоляции, осуществляемый с помощью реле напряжения РКИ, которое включено в обмотку трансформатора НТМИ, соединенную в открытый треугольник (при нарушении изоляции в одной из фаз со стороны напряжения 6000 В на зажимах открытого треугольника возникает напряжение, достаточнее для срабатывания реле: при этом размыкающие контакты реле РКИ прерывают цепь катушки реле РПД, предотвращая возможность включения масляного выключателя, и одновременно замыкающие контакты РКИ включают световое табло Л5 и звонок За звуковой сигнализации).
Помимо пружинных приводов масляного выключателя для управления двигателями применяют соленоидные приводы, действие которых должно быть рассмотрено особо.
Управление электромагнитным приводом масляного выключателя на постоянном токе
На установках гидромеханизации применяют также более совершенный и надежный привод на постоянном токе ПЭ-11 для управления двигателями любого вида, поэтому силовые цепи на схеме не показаны.
Устройства форсировки для синхронных двигателей, а также магнитные станции для асинхронных или синхронных двигателей вводят в схему дополнительно.
Катушки ЭВ и ЭО электромагнитов включения и отключения питаются постоянным током через выпрямитель Вп, состоящий из мощных диодов. Для включения привода поворачивают рукоятку универсального переключателя (У/7) в правое положение, при котором замыкается цепь контактора Р. Контакты последнего замыкают цепь электромагнита включения (ЭВ).
Привод отключается при замыкании цепи катушки отключения ЭО. Напряжение на катушку ЭО может быть подано в результате поворота рукоятки переключателя УП влево; нажатия на кнопку отключения (КнО) замыкания с выдержкой времени контактов реле максимальной токовой защиты РТ1, РТ2 при перегрузке двигателя (реле подключены к трансформаторам тока ТТ1ж и ТТ1к) действия контактов реле защиты от однофазного замыкания на землю РЗ (реле включено в обмотку кабельного трансформатора ЗТТ); исчезновения или значительного понижения напряжения на шинах 6000 В в результате короткого замыкания или других причин.
Действие привода при отключении в последнем случае существенно отличается от действия пружинного привода и требует особого пояснения. Общим источником электроэнергии для всех частей установки являются шины распределительного устройства 6000 В, поэтому при исчезновении напряжения на них прекращается также питание схемы управления приводом на напряжении 380 В и для воздействия на катушку отключения ЭО необходим независимый источник электроэнергии. При работе привода на постоянном токе им является заряд конденсатора С блока конденсаторов Б К.
Заряжается конденсатор при нормальном режиме работы схемы через зарядное устройство УЗ. Последнее содержит повышающий трансформатор Т и реле минимального напряжения PH, своим замыкающим контактом предотвращающее разряд конденсатора при понижении напряжения.
При исчезновении (или понижении) напряжения, требующем отключение привода, размыкаются контакты реле минимального напряжения РМН в цепи реле времени РВ. При этом контакты реле РВ замыкают цепь катушки реле ПРО и конденсатор С через закрывшиеся контакты реле ПРО разряжается на отключающую катушку ЭО.
Цепи управления включением и отключением привода (цепи контактора Р и катушки ЭО) проходят соответственно через блок- контакты масляного выключателя ВБВ и ВБО.
Контакты связаны с масляным выключателем, поэтому питание катушек ЭВ и ЭО автоматически прекращается после выполнения ими соответствующих операций. Этим же обеспечивается подготовка цепей к последующим операциям. С помощью контактов ВП, связанных с отключающим электромагнитом, осуществлена электрическая блокировка от самопроизвольного повторного включения выключателя на короткозамкнутую цепь («прыгание»).
Ток возбуждения синхронных двигателей не может быть неизменным по своему значению. При пуске двигателя пользуются автоматической форсировкой возбуждения (увеличением тока возбуждения) для поддержания необходимого значения момента на валу двигателя. Кроме того, путем регулирования возбуждения в установившемся режиме синхронного двигателя поддерживают необходимое значение его коэффициента мощности.
В последнее время вместо вращающихся генераторов возбуждения применяют тиристорные регулируемые выпрямители. При пуске двигателя тиристорный выпрямитель отключен от обмотки возбуждения замыкающими контактами контактора Р. Размыкающие контакты того же контактора в это время закрыты, вследствие чего обмотка возбуждения двигателя замкнута на резистор R.
По завершении периода асинхронного пуска двигателя якорь контактора Р притягивается и через замыкающие контакты Р тиристорный возбудитель (ВТ) оказывается подключенным к ротору двигателя, одновременно отключается резистор. Регулирует ток возбуждения блок управления БУТ, воздействующий па управляющие электроды тиристоров. Трансформатор Т служит для согласования напряжения сети и напряжения обмотки ротора двигателя.
