Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

Монтажные схемы внешних соединений выполняются участ­ ков, расположенных между отдельными монтажными единицами, в которых, как правило, имеются монтажные схемы разводки кабелей, проводов (труб) и т. д.

Примером простейшей схемы, предназначенной для управле­ ния электрическим двигателем, является схема управления асин­ хронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

А В С

Рис. 11-1. Схема нереверсивного маг­ нитного пускателя

На рис. 11—1 показана схема управления асинхронного ко­ роткозамкнутого двигателя с использованием в качестве простей­ шей станции управления магнитного пускателя, для пуска вход нереверсивного двигателя. Для пуска двигателя необходимо на­ жать кнопку «пуск». При этом создается электрическая цепь фаза С, «пуск» «стоп», катушка Л, н. з. б. к. теплового реле (но­ минально-закрытый блокконтакт), фаза В. В результате этого катушка (Л контактора) магнитного пускателя попадает под напряжение и через нее будет протекать ток, вследствие чего якорь контактора притянется и замкнет главные контакты Л контактора и блокконтакт Л, шунтирующий кнопку «пуск». Обмотка электродвигателя при этом оказывается подключенной к сети последний пускается и начнет разгоняться. К моменту освобождения кнопки «пуск» она уже будет зашунтирована блокконтактом Л контактора и будет обеспечивать питание ка­

175

тушки контактора через блокконтакт Л, независимо от положения кнопки «пуск». Остановка электродвигателя осуществляется на­ жатием кнопки «стоп». При этом цепь катушки контактора раз­ рывается, катушка обесточивается, главные контакты контактора размыкаются, двигатель останавливается и схема приходит в исходное состояние. При необходимости процесс пуска и останов­ ки электродвигателя соответственно повторяется.

Выше была рассмотрена простейшая схема пуска асинхрон­ ного короткозамкнутого двигателя. Что касается асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока, то для осуществления их пуска в большинстве случаев приходится включать на время пуска регулируемые пусковые сопротивления, позволяющие поддерживать величину пускового тока двигателя в допустимых пределах. Продолжительность пуска двигателя при заданной нагрузке на валу и маховом моменте зависит от вра­ щающего момента, развиваемого двигателем.

Для уменьшения продолжительности пуска стремятся под­ держивать наибольший допустимый пусковой ток двигателя, примерно равным двойному номинальному току путем автомати­ зации процесса пуска, что значительно облегчает управление дви­ гателем, устраняет возможные ошибки в период пуска и, в ко­ нечном итоге, ведет к повышению производительности соответ­ ствующего исполнительного механизма.

В основу построения управления автоматизированного электро­ привода положен принцип контроля. При этом в зависимости от того, в функции какой величины или параметра происходит это управление, различают управление в функции тока, скорости, времени.

Управление по току осуществляется поддерживанием тока двигателя при пуске в некоторых заданных пределах. Контроль величины тока, протекающего в цепи якоря двигателя, осущест­ вляется с помощью реле, обмотка возбуждения которого вклю­ чается последовательно в эту цепь или параллельно пусковым сопротивлениям, когда токи катушек значительны.

На рис. 11 —2 показан узел схемы автоматического управления электродвигателя в функции тока. При нажатии кнопки «пуск» катушка линейного контактора Л попадает под напряжение и якорь ее притягивается. При этом замыкаются линейные кон­ такты Л в силовой цепи и соответствующие блокконтакты в цепи управления. Якорь двигателя подключается к сети последова­ тельно с полностью введенным пусковым сопротивлением 1—3. Одновременно с этим включается реле ускорения 1РУ, катушка которого включается последовательно в цепь якоря, и разрывает

176

Рис. 11-2. Узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции тока

свои контакты 1РУ в цепи контактора ускорения 1У, поскольку собственное время включения реле 1РУ меньше, чем собственное время включения контактора ускорения 1У.

В процессе разгона ток в цепи якоря двигателя постепенно уменьшается и при достижении определенного минимального заданного значения реле 1РУ снова возвратится в исходное поло­ жение и замкнет свои блокконтакты в цепи катушки контактора ускорения, который включится, выведет своими контактами 1У

всиловой цепи ступень пускового сопротивления 2—3, вместе

скатушкой реле 1РУ. Одновременно с этим 1У замыкает свои нормально разомкнутые контакты 1У в цепи катушки реле ускорения 2РУ. При этом ток в цепи якоря возрастет и при дос­ тижении определенного заданного максимального заданного значения, второе реле ускорения 2РУ включится. По мере даль­ нейшего разгона двигателя ток в цепи якоря снова уменьшается и при достижении заданного минимального значения реле ускоре­ ния 2РУ замкнет свой блокконтакт в цепи контактора 2У, кото­ рый включится и выведет оставшуюся ступень пускового сопро­ тивления 1—2: После окончания пуска двигатель продолжает работать на естественной механической характеристике.

Рассмотренная схема автоматического управления процессом пуска двигателя имеет ряд существенных недостатков, заключаю­ щихся в том, что при нечеткой работе контакторов ускорения 1У

и 2У или при увеличении пусковых токов, при снижении напря­ жения ток в якоре может длительно превышать величину уста­ вки реле и оно не сработает. В этом случае двигатель будет работать на пониженной скорости из-за наличия в цепи его якоря введенной ступени пускового сопротивления, что может привести к недопустимому нагреву пускового сопротивления с последую­ щим выходом его из строя.

При построении автоматических схем пуска двигателя с уп­ равлением в функции скорости используется аппаратура, реаги­ рующая непосредственно на величину скорости вращения. Однако применяемое для этих целей центробежное реле скорости доста­ точно сложно и во многих практических случаях не может обеспе­ чить четкости в работе. Поэтому подобные реле практическое применение нашли, главным образом, для защиты электропри­ водов от недопустимого превышения скорости.

Вавтоматизированных схемах пуска двигателей с управлением

вфункции скорости контроль скорости чаще всего осуществляется косвенным путем. Так, например, в схемах пуска двигателей пос­ тоянного тока, принимая во внимание то, что электродвижущая сила в обмотке якоря этих двигателей при постоянном потоке возбуждения пропорциональна скорости вращения, при построе­ нии схем автоматического управления используется не скорость, а электродвижущая сила. Для синхронных и асинхронных двига­ телей с контактными кольцами таким параметром является час­ тота тока в роторе.

0S

Рис. 11-3. Узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции скорости

178

На рис. 11—3 приведен узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока з функции скорости. В этой схеме автоматизация процесса пуска осуществляется с помощью реле ускорения 1РУ и 2РУ, напряжения на зажимах катушек которых без учета падения напряжения в щеточных контактах равно элек­ тродвижущей силе якоря двигателя.

В процессе разгона электродвигателя пропорционально его скорости вращения нарастает электродвижущая сила. При задан­ ной величине скорости я, реле ускорения 1РУ замыкает свои нормально открытые контакты в цепи контактора ускорения 1У, которая попадает под напряжение, контактор 1У включается и замыканием своего нормально разомкнутого контакта 1У в цепи якоря выходит ступень 2—3 пускового сопротивления. При скорости большей п2 включается реле ускорения 2РУ. Про­ цесс работы этого реле происходит аналогично реле ускоре­ ния 1РУ. При этом из цепи якоря выводится и вторая ступень 1—2 пускового сопротивления и далее двигатель начинает работать на естественной механической характеристике.

Одним из существенных недостатков рассматриваемой схемы автоматического управления является влияние на работу схемы изменение напряжения сети. При напряжении большем номиналь­ ного пуск двигателя происходит при увеличенном значении пуско­ вого тока, в то время как при пониженном напряжении контакто­ ры 1У и 2У могут не включиться и двигатель будет работать с введенными в цепь якоря пусковыми сопротивлениями. На работу схемы существенное влияние оказывает величина статической нагрузки на валу двигателя, а так же изменение температуры ка­ тушек реле 1 РУ и 2РУ, поскольку при этом происходит изменение их сопротивлений, а следовательно, этот способ пуска применим для двигателей относительно небольшой мощности.

Для осуществления автоматизированного пуска асинхронных двигателей, а также асинхронного пуска синхронных двигателей построение схем основано на том, что между частотой тока в цепи ротора / 2, частотой тока питающей сети f i и скольжением ротора s существует следующая зависимость:

h = s/,.

Таким образом, любому значению скорости вращения ро­ тора п2, а следовательно и скольжению соответствует определен­ ная частота тока ротора.

179

При неподвижном роторе п2 = 0, следовательно / 2 = fi- По мере разгона электродвигателя скольжение его ротора умень­ шается и при скорости вращения близкой к синхронной скорости, частота тока ротора оказывается близкой нулю.

При использовании реле, реагирующего на изменение частоты переменного тока, включаемого в роторную цепь, представляется возможным обеспечить необходимую последовательность вклю­ чения релейно-контакторной пусковой аппаратуры и осуществить частотный принцип управления электродвигателей переменного

тока.

Управление пуска двигателей в функции времени в процессе автоматизации обеспечивается различного рода реле времени. При этом в схемах управления двигателей постоянного тока обычно используются электромагнитные реле времени, в схемах управления асинхронными двигателями применяются так же механические маятниковые реле времени.

Необходимая выдержка времени реле определяется для каж­ дого конкретного случая на основе соответствующей пусковой диаграммы.

ов

Рис. 11-4. Узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции времени

Схема автоматического пуска электродвигателя постоянного тока в функции времени приведена на рис. 11—4. Схема преду­ сматривает наличие двух ступеней ускорения. Здесь при включе-

180

нии цепей управления катушка реле ГРУ, через нормально замк­ нутый блокконтакт Л линейного контактора попадает под нап­ ряжение, якорь его притягивается и размыкает свои нормально замкнутые контакты в цепи контактора ускорения 1У.

При нажатии кнопки «пуск» включается линейный контак­ тор Л, который подключает цепь якоря двигателя с полностью введенными сопротивлениями к силовой сети. Одновременно

сэтим блокконтактом Л шунтируется пусковая кнопка «пуск»

ицепь катушки реле времени 1РУ разрывается нормально замкну­ тым блокконтактом Л. Реле ГРУ с заданной выдержкой времени замыкает свой нормально замкнутый контакт 1РУ в цепи кон­ тактора ускорения ГУ (выдерка времени реле выбирается с таким расчетом, чтобы контакты реле замыкались при достижении минимальной заданной величины /mm тока якоря), контактор 1У включается, при этом первая ступень 2—3 пускового сопротивле­ ния выводится. Одновременно с шунтированием ступени 2—3 пускового сопротивления прекращается питание катушки реле времени 2РУ, выдержка времени которого должна обеспечить включение контактора 2У в момент достижения током двигателя заданной величины. При этом выводится вторая ступень 1—2 пускового сопротивления и далее электродвигатель продолжает работать на естественной механической характеристики. Рас­ смотренная схема управления электроприводом вследствие зна­ чительной простоты и надежности нашла наибольшее распро­ странение в современных системах автоматического электро­

привода.

Достоинствами данного способа автоматизированного пуска двигателя является так же отсутствие опасности продолжительной работы двигателя при неполной скорости его вращения, а так же то, что здесь имеется возможность применения однотипных реле времени.

181

П р и л о ж е н и е 1

Международные единицы величин ( Мохдународаая система Си (Si))

С 1 января 1963 года в СССР действует ГОСТ 9867-61, «Между­ народная система единиц». Этот ГОСТ рекомендуется для пред­ почтительного применения во всех областях науки, техники и на­ родного хозяйства.

В системе СИ имеется 6 основных, 2 дополнительных и 27 важ­ нейших производных единиц. Основными единицами системы СИ являются метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина, свеча. Дополнительные единицы: радиан, стерадиан. Производ­ ные единицы, имеющие простые наименования:

ньютон — 1 н = (1 кг) (1 м) : (1 сек)2; герц — 1 щ = 1 : (1 сек); джоуль — 1 дж = (1 н) (1 м); ватт — 1 вт — (1 дж) : (1 сек);

кулон — 1 к = (1 д)(1 сек);

вольт — 1 в = (1 вт) : (1 а); ом — 1 ом — (1 в) : (1 а); фарада — 1 ф = (1 к ): (1 в); вебер — 1 вб = (1 к) (1 ом);

генри — 1 гн = (вб): (1 а);

тесла — 1 тл = (1 вб) : (1 м)2;

люмен — 1 лм = (1 св): (1 стер);

люкс — 1 лк = (1 лм ): (1 jw)2.

Ниже в таблице приведены единицы измерения и соотношения между ними.

182