Файл: Объемное регулирование.pdf

автоматически переходит с двигательного режима на рекуперативный (0 - 1’ - 2’ - 3’ - 15).
Введение при рекуперативном торможении добавочного сопротивления в цепь ротора вызывает повышение скорости спуска при той же величине тормозного момента (точка 16 вместо 15). Для остановки привода из режима рекуперативного торможения необходимо либо перейти на режим противовключения (15 - 17 - 1 - 0), либо применить механическое торможение

Лекция II-1
ТИПОВЫЕ УЗЛЫ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1.1.Управление пуском ДПТ с помощью РКА
Рассмотрим ряд типовых узлов схем управления электроприводами, реализующими известные принципы автоматического управления пуском.
На рис. 1, а приведен узел электрической схемы, обеспечивающий автоматический пуск в функции времени двигателя М (ДПТ)с двумя ступенями добавочного пускового сопротивления (вид возбуждения двигателя может быть любым, на рисунке показано независимое возбуждение).
Алгоритм работы приведенного узла схемы следующий. Сразу же после подачи напряжения на главные цепи и цепи управления включается реле времени первой ступени РУ1 и открывает свой размыкающий контакт, не давая возможности преждевременно включиться контакторам ускорения КУ 1 и КУ 2.
Рис. 1. Схема реостатного пуска двигателя постоянного тока в функции времени
Нажатие на кнопку КнП («Пуск») приводит к включению линейного контактора КЛ, который замыкает свой главный контакт в цепи якоря двигателя, замыкающим блок-контактом шунтирует кнопку КнП (тем самым контактор КЛ становится на самопитание), а размыкающим блок-контактом разрывает цепь катушки реле РУ1. Двигатель начинает разгоняться по реостатной механической характеристике первой ступени пуска (рис. 1, б)

При протекании по добавочному сопротивлению пускового тока мгновенно срабатывает реле времени второй ступени РУ2, так как к его катушке прикладывается достаточное по величине напряжение, равное падению напряжения на сопротивлении R
доб.п.1
. Размыкающий контакт реле РУ2 открывается в цепи катушки контактора КУ2.
Реле РУ1,начавшее отсчет выдержки времени, соответствующей времени t
1 разгона двигателя на первой ступени пуска, по истечении ее замыкает свой контакт. Включается контактор КУ1, который своим силовым контактомзакорачивает сопротивление R
доб.п.1
и вместе с ним катушку реле РУ2. Начинается разгон двигателя согласно реостатной характеристике 2 второй ступени пуска. Реле РУ2 отсчитывает выдержку времени, соответствующую времени (t
2
– t
1
) двигателя на второй ступени, и затем замыкает свой контакт. Включается контактор КУ2 и закорачивает сопротивление
R
доб.п.2
Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и разгоняется до установившейся скорости ω
с
, соот- ветствующей моменту М
с
. На этом пуск заканчивается.
На рис. 1, впоказаны зависимости момента и скорости двигателя от времени, которые дополнительно иллюстрируют работу описанного узла схемы управления. Уставка реле времени РУ1 определится как разность между временем t
1
и собственным временем включения контактора КУ1:
. Аналогично определится и уставка реле времени РУ2:
. При этом t
1
= Δt
1
и t
2
– t
1
= Δt
2
— расчетные значения времени разгона двигателя на первой и второй ступенях
(см. формулу (2.1)).
Достоинством принципа управления в функции времени – это простота и надежность реле времени, удобство регулировки их уставок, возможность применения однотипных реле для двигателей различной мощности. Кроме того, при изменениях статического момента, момента инерции привода, напряжения сети и т.д. время пуска практически не изменяется. Например, при увеличении М
с до значения М’
с
(рис. 1, б)при сохранении той же выдержки времени реле РУ1 двигатель на первой ступени разгонится до меньшей скорости, но бросок момента при переключении будет большим.
В результате процесс разгона пойдет в соответствии с графиком, показанным на рис. 1, б штрихпунктирными линиями, таким образом, что средний динамический момент при пуске останется приблизительно тем же.
Поэтому почти не изменится и общее время пуска. Если же бросок момента (тока якоря) превысит допустимое значение, то двигатель отключится максимально-токовой защитой.

При управлении в функции времени (в отличие от управления в функции скорости или тока) полностью устраняется опасность «застревания» двигателя на первой ступени пуска при М’
с
> М
2
. Все это и обусловило широкое применение способа управления.

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