ТИПОВЫЕ УЗЛЫ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ТИПОВЫЕ УЗЛЫ И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Схема пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждением по принципу времени. Эта схема (рис. 3.1, а) содержит кнопки управления SB1 (пуск) и SB2 (останов) двигателя, линейный контактор КМ1, обеспечивающий подключение двигателя к сети, и контактор ускорения КМ2 ддя выключения (шунтирования) пускового резистора /?д. В качестве датчика времени в схеме использовано электромагнитное реле времени КТ. При подключении схемы к источнику питания напряжением Uпроисходит возбуждение двигателя и срабатывает реле КТ, размыкая свой размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ2 и подготавливая двигатель к пуску.

Рис. 3.1. Схема пуска двигателя по принципу времени (а), характеристики двигателя (б) и кривые переходного процесса (в)

Пуск двигателя начинается после нажатия кнопки SB1, в результате чего получает питание контактор КМ1, который своим главным силовым контактом подключает двигатель к источнику питания. Двигатель начинает разбег с резистором RT в цепи якоря, с помощью которого ограничивается пусковой ток двигателя. Одновременно замыкающий блок-контакт контактора КМ1 шунтирует кнопку SB1, и она может быть отпущена, а размыкающий блок-контакт КМ1 разрывает цепь питания катушки реле времени КТ. Через интервал времени A/кт после прекращения питания катушки реле времени, называемый выдержкой времени, размыкающий контакт КТ замкнется в цепи катушки контактора КМ2, последний включится и главным контактом закоротит пусковой резистор /?д в цепи якоря. Таким образом, при пуске двигатель в течение времени Д/кт разгоняется по искусственной характеристике 1 (рис. 3.1, б), а после шунтирования резистора Ra по естественной 2. Величина сопротивления резистора Ra выбрана таким образом, что в момент включения двигателя ток /, в цепи и соответственно момент М, не превосходят допустимого уровня.

За время Д/к т после начала пуска скорость вращения двигателя достигает величины со,, а ток в цепи якоря снижается до уровня /2 (рис. 3.1, в). После шунтирования R, происходит бросок тока в цепи якоря от /2 до который не превышает допустимого уровня. Изменение скорости, тока и момента во времени происходит по экспоненте.

Останов двигателя осуществляется нажатием кнопки SB2, что приведет к отключению якоря двигателя от источника питания и его торможению под действием момента сопротивления на его валу. Такой способ останова двигателя получил название «торможение выбегом».

Схема пуска двигателя в две ступени по принципу ЭДС и динамического торможения по принципу времени. В этой схеме (рис. 3.2, а) в качестве датчика ЭДС использован якорь двигателя, к которому подключены катушки контакторов ускорения КМ1 и КМ2, обеспечивающих шунтирование пусковых резисторов Лд1 и /?д2. С помощью регулировочных резисторов Ry] и Ry2 эти контакторы могут быть настроены на срабатывание при определенных скоростях двигателя.

Для осуществления торможения в схеме предусмотрен резистор Лд3, подключение и отключение которого осуществляется контактором торможения КМЗ. Для обеспечения выдержки времени используется электромагнитное реле времени КТ, размыкающий контакт которого включен в цепь катушки контактора торможения КМ2.

После подключения схемы к источнику питания происходит возбуждение двигателя, а аппараты схемы остаются в исходном положении. Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1,

что приводит к срабатыванию линейного контактора КМ и подключению двигателя к источнику питания. Двигатель начинает разбег с включенными резисторами Ral+Ra2 в цепи якоря по характеристике 1 (рис. 3.2, б). По мере увеличения скорости двигателя растет его ЭДС и соответственно напряжение на катушках контакторов КМ1 и КМ2. При скорости со, срабатывает контактор КМ1, закорачивая своим контактом первую ступень пускового резистора Д. и двигатель переходит на характеристику 2. При скорости со2 срабатывает контактор КМ2, шунтируя вторую ступень пускового резистора Ял2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и заканчивает свой разбег в точке установившегося режима с координатами сосМс, определяемой пересечением естественной характеристики 3 двигателя и характеристики нагрузки.

Рис. 3.2. Схема пуска двигателя по принципу ЭДС и динамического торможения по принципу времени (а) и характеристики двигателя (б)

Для перехода к режиму торможения нажимается кнопка SB2. Катушка контактора КМ теряет питание, размыкается замыкающий силовой контакт КМ в цепи якоря двигателя, и он отключается от источника питания. Размыкающий блок-контакт КМ в цепи катушки контактора торможения КМЗ замыкается, последний срабатывает и своим главным контактом подключает резистор Дцз к якорю М, переводя двигатель в режим динамического торможения по характеристике 4 (рис. 3.2, б). Одновременно размыкается замыкающий контакт контактора КМ в цепи реле времени КТ, оно теряет питание и начинает отсчет времени. Через интервал времени, который соответствует снижению скорости двигателя до нуля, реле времени отключается и своим контактом разрывает цепь питания контактора КМЗ. Резистор /?13 отключается от якоря М двигателя, торможение заканчивается, и схема возвращается в свое исходное положение.

Применение динамического торможения обеспечивает более быстрый останов двигателя и тем самым быстрое прекращение движения исполнительного органа рабочей машины.

Каждый электрик должен знать:  Электрооборудование

Схема пуска двигателя в одну ступень по принципу времени и динамического торможения по принципу ЭДС. Управление двигателем при пуске происходит по аналогии со схемой рис. 3.1. При включении двигателя в этой схеме (рис. 3.3) и работе от источника питания размыкающий контакт линейного контактора КМ в цепи контактора торможения КМ2 разомкнут, что предотвращает перевод двигателя в режим торможения.

Рис. 3.3. Схема пуска двигателя по принципу времени и динамического торможения по принципу ЭДС

Торможение осуществляется нажатием кнопки SB2. Контактор КМ, потеряв питание, отключает якорь двигателя от источника питания и замыкает своим контактом цепь питания катушки контактора КМ2. Последний от действия наведенной в якоре ЭДС срабатывает и замыкает якорь Мна резистор торможения R&. Процесс динамического торможения происходит до тех пор, пока при небольшой скорости двигателя его ЭДС не станет меньше напряжения отпускания контактора КМ2. Тот отключится, и схема вернется в исходное положение.

Схема управления пуском двигателя по принципу времени, реверсом и торможением противовключением по принципу ЭДС. В этой схеме (рис. 3.4, а) предусмотрено два линейных контактора КМ1 и КМ2, обеспечивающих его вращение соответственно в условных направлениях «Вперед» и «Назад». Главные контакты этих аппаратов образуют реверсивный контактный мостик, с помощью которого можно изменить полярность напряжения на якоре М и тем самым осуществлять торможение противовключением и реверс (изменение направления вращения) двигателя. В якорной цепи помимо пускового резистора Лд1 включен резистор противовключения Ra2, который управляется контактором противовключения КМЗ.

Рис. 3.4. Схема управления пуском и реверсом двигателя (а) и характеристики двигателя (б)

Управление двигателем при торможении противовключением и реверсе осуществляется с помощью двух реле противовключения KV1 и KV2. Их назначение в том, чтобы в режиме противовключения для ограничения тока в якоре до допустимого уровня обеспечить ввод в цепь якоря в дополнение к пусковому резистору 7?д1 резистор противовключения 7?д2, что достигается выбором точки присоединения катушек реле KV1 и KV2 к резистору л] + Дд2).

Пуск двигателя в любом направлении осуществляется в одну ступень в функции времени. При нажатии, например, кнопки SB1 срабатывает контактор КМ1 и подключает якорь М к источнику питания. За счет падения напряжения на резисторе 7?д1 от пускового тока срабатывает реле времени КТ, размыкающее свой контакт в цепи контактора КМ4.

Включение КМ1 приведет также к срабатыванию реле KV1, которое замкнет свой замыкающий контакт в цепи контактора противовключения КМЗ. Это вызовет включение КМЗ, что приведет к закорачиванию ненужного при пуске резистора противовключения Лд2 и одновременно катушки реле времени КТ. Двигатель начнет разбег по характеристике 2 (рис. 3.4, б), а реле времени КТ — отсчет выдержки времени.

По истечении выдержки времени реле КТ замкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМ, он включится, закоротит пусковой резистор /?д1, и двигатель выйдет на свою естественную характеристику 1.

Для осуществления торможения нажимается кнопка SB2, в результате чего отключаются контактор КМ1, реле KV1, контакторы КМЗ и КМ4 и включается контактор КМ2. Напряжение на якоре двигателя изменяет свою полярность, и двигатель переходит в режим торможения противовключением с двумя резисторами в цени якоря 7?д1 и Яй. Несмотря на замыкание контакта КМ2 в цепи реле KV2, оно в результате оговоренной выше настройки не включается и тем самым не дает включиться аппаратам КМЗ и КМ4 и зашунтировать резисторы 7?д1 и Ra2.

Перевод двигателя в режим противовключения соответствует его переходу с естественной характеристики 1 на искусственную характеристику 4 (рис. 3.4, б). Во всем диапазоне скоростей 0 Рис. 3.5. Схема пуска двигателя по принципу тока

Работа схемы при пуске происходит следующим образом. После нажатия на кнопку SB1 срабатывает контактор КМ1, двигатель подключается к источнику питания и начинает свой разбег. Бросок тока в якорной цепи после замыкания главного контакта контактора КМ1 вызовет срабатывание реле тока КА, которое разомкнет свой размыкающий контакт в цепи контактора КМ2. Через некоторое время после этого срабатывает KVyl замыкает свой замыкающий контакт в цепи контактора КМ2, подготавливая его к включению.

По мере разбега двигателя ток якоря снижается до значения тока переключения /2. При этом токе отключается реле тока и замыкает свой размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ2. Последний срабатывает, его главный контакт закорачивает пусковой резистор Ra в цепи якоря, а вспомогательный контакт шунтирует контакт реле тока КА. Поэтому вторичное включение реле тока КА после закорачивания Ra и броска тока не вызовет отключения контактора КМ2 и двигатель продолжит разбег по своей естественной характеристике.

Схема типовой панели управления двигателем, обеспечивающая пуск, динамическое торможение и регулирование скорости ослаблением магнитного потока. Типовые релейно-контакторные схемы управления ЭП содержат элементы блокировок, защит, сигнализации, а также связи с технологическим оборудованием. Для унификации схемных решений электротехническая промышленность выпускает стандартные станции, блоки и панели управления, специализированные по видам ЭП рабочих механизмов, функциональным возможностям, условиям эксплуатации, роду тока и т.д. Ниже в качестве примера рассмотрена схема одного из таких типовых устройств.

Каждый электрик должен знать:  Схемы включения реверсивных электроприводов постоянного тока

Рис. 3.6. Схема типовой панели управления двигателем

Органом управления в этой схеме является командоконтрол- лер SA, имеющий четыре положения рукоятки: одно нулевое (начальное) и три рабочих (см. рис. 3.6). Пуск двигателя осуществляется в три ступени по принципу времени, торможение — динамическое по принципу ЭДС.

Перед пуском командоконтроллер устанавливается в нулевое положение, затем включаются автоматические выключатели QF1 и QF2 и ЭП подключается к источнику питания. По обмотке ОВ возбуждения начинает протекать ток возбуждения, и, кроме того, срабатывает реле времени КТ1, шунтируя в цепи реле контроля напряжения своим контактом контакт реле КА обрыва цепи обмотки возбуждения. Если при этом реле максимального тока КА1 и КА2 находятся в нормальном (отключенном) положении, то срабатывает реле KV4, подготавливая питание схемы управления через свой замыкающий контакт. Если в процессе работы произойдет недопустимое снижение напряжения питания или тока возбуждения двигателя или ток в якоре превысит допустимый уровень, то произойдет отключение реле KV4, схема управления лишится питания и двигатель будет отключен от сети. Таким образом, реле выполняет роль исполнительного элемента трех защит.

Для пуска двигателя до максимальной скорости рукоятка коман- доконтроллера SA перемещается в крайнее третье положение. Это приведет к срабатыванию контактора КМ и подключению якоря М двигателя к источнику питания, после чего он начнет свой разбег с полным сопротивлением пускового резистора в цепи якоря. Реле времени КТ1, потеряв питание вследствие размыкания контакта КМ, начнет отсчет выдержки времени работы на первой ступени, а реле времени КТ2 и КТЗ, сработав от падения напряжения на резисторах Rai и Ra2, разомкнут свои контакты в цепях контакторов ускорения КМ2 и КМЗ. Одновременно с этим включаются «экономический» контактор КМ6 и контактор управления возбуждением КМ5, в результате чего шунтируется резистор RB, и пуск двигателя происходит при полном магнитном потоке.

Через определенное время замкнется размыкающий контакт КТ1, контактор КМ1 включится, зашунтирует первую ступень пускового резистора Лд| и одновременно катушку реле времени КТ2. Последнее, отсчитав свою выдержку времени, включит контактор КМ2, который зашунтирует вторую ступень пускового резистора Д,2 и катушку реле КТЗ. Это реле, также отсчитав свою выдержку времени, вызовет срабатывание контактора КМЗ я шунтирование последней ступени пускового резистора, после чего двигатель выходит на свою естественную характеристику.

После шунтирования третьей ступени пускового резистора начинается ослабление магнитного потока, которое подготавливается включением реле KV3 срабатывания КМЗ. В процессе ослабления тока возбуждения с помощью реле управления KV1 обеспечивается контроль за током якоря. При бросках тока реле KV1 обеспечивает включение или отключение контактора КМ5, усиливая или ослабляя ток возбуждения, в результате чего ток в якорной цепи не выходит за допустимые пределы. При размыкании контакта КМ5 часть тока возбуждения замыкается через диод VD и разрядный резистор Rp.

Торможение двигателя осуществляется перестановкой рукоятки командоконтроллера SA в нулевое положение. Это приводит к выключению контактора КМ и отключению якоря М от источника питания. Поскольку в процессе пуска двигателя реле динамического торможения KV2 включилось, замыкание размыкающего контакта КМ в цепи контактора торможения КМ4 вызовет его включение. Резистор RXT окажется подключенным к якорю М двигателя, который перейдет в режим динамического торможения. При малых скоростях двигателя, когда его ЭДС станет ниже напряжения отпускания (удержания) реле KV2, оно отключится, выключит контактор КМ4 и процесс торможения закончится. Отметим, что динамическое торможение происходит при полном магнитном потоке.

Для снижения скорости двигателя рукоятка командоконтроллера SA переводится в положения 1 или 2. В положении 1 двигатель работает на искусственной характеристике, соответствующей наличию в цепи якоря резисторов Ra2 + а в положении 2 — на характеристике, обусловленной резистором Ra3.

Разомкнутая схема регулирования скорости двигателя с использованием задатчика интенсивности. Разомкнутая схема электропривода, выполненного по структуре «управляемый преобразователь — двигатель постоянного тока независимого возбуждения» с использованием задатчика интенсивности приведена на рис. 3.7, а. На схеме приняты обозначения: 1 — потенциометр задания скорости; 2 — задатчик интенсивности; 3 — управляемый преобразователь.

Получение требуемых графиков изменения скорости, тока и момента двигателя в переходных процессах осуществляется в этой системе за счет соответствующего регулирования ЭДС преобразователя Е, п и тем самым напряжения U, подводимого к якорю двигателя. Допустим, что скорость двигателя должна изменяться по графику, показанному на рис. 3.7, б, и при этом ток и момент не должны превосходить допустимый уровень. В соответствии с этим графиком в момент времени t = 0 осуществляется пуск двигателя (замыкаются контакты В), в момент времени /, — реверс (размыкаются контакты В и замыкаются контакты Н), а в момент /2 — торможение (размыкаются контакты Н). Для реализации этого графика скорости в момент / = 0 скачкообразно подается задающий сигнал по скорости U3C (см. рис. 3.7, в), в момент времени /, он скачкообразно изменяет свою полярность на противоположную по сравнению с пуском, а в момент времени t2 этот сигнал снимается.

Каждый электрик должен знать:  Увеличился расход электроэнергии в ночное время - причина

Рис. 3.7. Схема управления двигателем с использованием задатчика интенсивности

Если не предпринять специальных мер по формированию графика скорости, то переходные процессы будут существенно отличаться от заданных, а из-за малой инерционности преобразователя и небольших значений сопротивления цепи якоря будут иметь место недопустимо большие броски тока и момента.

Для получения желаемых графиков переменных в переходных процессах между источником задающего сигнала потенциометром / и преобразователем 3 включается задатчик интенсивности 2. При подаче на вход задатчика ступенчатого сигнала U3C сигнал на его выходе начинает изменяться во времени плавно по линейному (или экспоненциальному) закону и достигает уровня входного сигнала за определенный интервал времени. Аналогичное постепенное изменение сигнала на выходе задатчика интенсивности и тем самым на входе преобразователя имеет место и при смене полярности сигнала задания скорости U3C или его снятии (отключении). Скорость изменения выходного сигнала задатчика интенсивности регулируется и может быть установлена в широких пределах — от долей секунды до нескольких десятков секунд.

На рис. 3.7, в показано требуемое изменение во времени сигнала управления Uy, которое вызывает в силу малой инерционности преобразователя практически такое же изменение ЭДС преобразователя Ет п. За счет плавного изменения ЭДС и напряжения U на двигателе график скорости двигателя будет близок к показанному на рис. 3.7, б, а ток и момент в переходных процессах за счет соответствующего выбора темпа изменения напряжения Uне превысят своих допустимых значений.

Рассмотрим типовые задачи.

Задача 3.1. Составить схему управления, которая обеспечивает пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения в одну ступень в функции ЭДС и торможение противовключением в функции времени.

Задача 3.2. Составить схему управления, которая обеспечивает пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения в две ступени в функции времени и динамическое торможение в функции ЭДС.

Задача 3.3. Схема электропривода приведена на рис. 3.2, а. Двигатель постоянного тока типа 4II0132S имеет следующие номинальные паспортные данные: мощность Рном = 11 кВт, напряжение питания UH0U = 220 В, ток якоря /ном = 61,5 А, сопротивление якоря = 0,8 Ом, частота вращения пном

1060 об/мин, КПД г|ном = 78,5%. Момент сопротивления на валу двигателя Мс равен номинальному.

  • • величины пусковых Ra] и /?д2 и тормозного Лд3 резисторов, при включении которых броски тока при пуске и торможении не будут больше двукратного номинального тока якоря;
  • • уровни напряжения, при которых должны сработать контакторы КМ1 и КМ2
  • • выдержку времени реле времени КТ.

По каталогам выбрать пусковые и тормозной резисторы и электрические аппараты.

Указание. Перед расчетами построить характеристики, аналогичные приведенным на рис. 3.2, б.

Задача 3.4. Схема электропривода приведена на рис. 3.1, а. Как изменится вид кривых переходного процесса, показанных на рис. 3.1, в для случая пуска двигателя, если выдержка реле времени КТ или момент нагрузки Мс будет отличаться от расчетных значений?

Задача 3.5. Схема электропривода приведена на рис. 3.5. Какие изменения в работе электропривода произойдут при пуске в случае, если время срабатывания реле А’Кбудет меньше времени срабатывания реле КЛ7

Задача 3.6. Схема электропривода приведена на рис. 3.3. Какие изменения в работе электропривода произойдут в случае, если контакт аппарата КМ в цепи катушки реле времени КТ обгорит или приварится (т.е. эта цепь будет постоянно разомкнута или замкнута)?

Пример 3.1. Схема электропривода приведена на рис. 3.1, а. Двигатель постоянного тока типа 4ПФ1328 имеет номинальные паспортные данные, приведенные в условиях задачи 3.3, а момент нагрузки равен 0,9 номинального значения. Требуется рассчитать выдержку реле времени КТ и сопротивление пускового резистора Лд, при включении которого ток в момент включения двигателя не превысит трехкратного значения номинального тока. Суммарный момент инерции электропривода составляет J = 0,6 кг • м 2 .

При решении задачи используем характеристики и обозначения, представленные на рис. 3.1, б, в.

Определяем номинальную скорость вращения, произведение конструктивного коэффициента и магнитного потока двигателя и скорость холостого хода двигателя:

Рассчитываем моменты номинальный, нагрузки и заданный пусковой, который при трехкратном пусковом токе будет равен трехкратному номинальному моменту:

Находим из подобия треугольников скорости вращения сос и coL:

Рассчитываем величину пускового резистора:

Находим механическую постоянную времени электропривода при работе на искусственной характеристике, скорость о)с1 двигателя на этой характеристике, соответствующую моменту нагрузки, и выдержку времени реле времени КТ.

Добавить комментарий