Файл: глава 13.doc

Электроприводы с питанием электродвигателей непосредственно от сети, работающие в разомкнутых системах регулирования, широко распространены во всех отраслях промышленного производства. Преимущественно это асинхронные электроприводы с двигателями с короткозамкнутым или фазным ротором. В таких системах применяют контактные или бесконтактные переключающие электрические аппараты релейного действия. Для включения и отключения силовых цепей используются электромагнитные контакторы или тиристорные коммутаторы. Контакторы обычно имеют дугогасительную систему, которая гарантирует эффективное отключение больших токов в цепях, содержащих значительные индуктивности.

Логические функции управления электроприводом в соответствии с технологическим процессом реализуются с помощью электромагнитных и других типов реле, контакты которых имеют ограниченную коммутационную способность, составляющую обычно не более 5А. В современных системах электроприводов с дискретным управлением часто логические функции реализуются на программируемых контроллерах с выходом на катушки контакторов.

13.1. Защита в системах электропривода Защиты асинхронных электроприводов

В асинхронных электроприводах с релейно-контакторным управлением применяются следующие виды защит.

Нулевая защита – это защита, отключающая электропривод при недопустимом снижении питающего напряжения и последующем его восстановлении, чтобы исключить аварийные технологические ситуации и травмы обслуживающего персонала.

Максимально-токовая защита от коротких замыканий отключает электропривод при коротких замыканиях в силовых цепях и цепях управления. Она предотвращает развитие аварии в повреждённом участке схемы и защищает питающую электропривод линию.

Максимально-токовая защита от кратковременных перегрузок, действующая на отключение, применяется в асинхронных электроприводах с двигателем с фазовым ротором. Она защищает щёточный узел ротора от работы с кратковременными недопустимо большими токами. Ток срабатывания этой защиты обычно принимается равным 2,53,0I_н. Максимальные пусковые токи должны быть ниже тока срабатывания этой защиты.

Тепловая защита действует на отключение и защищает электродвигателей от недопустимого перегрева его обмоток при перегрузках за счёт нарушения технологического процесса или при работе двигателя на двух фазах.

Защиты синхронных электроприводов

В синхронных электроприводах применяют следующие виды защит. Максимально-токовая защита от коротких замыканий в силовой цепи. Нулевая защита, если по технологии работы отдельно не оговаривается режим самозапуска при кратковременном исчезновении питающего напряжения. Минимально-токовая защита в цепи обмотки возбуждения, защищающая синхронный двигатель от продолжительной работы в асинхронном режиме. Защита от затянувшегося пуска, реализуемая с помощью реле времени пуска. Выдержка времени этого реле выбирается исходя из паспортных данных двигателя, где оговаривается максимальное время, в течении которого синхронный двигатель может работать в асинхронном режиме, по условиям нагрева пусковой обмотки до максимально допустимой температуры. Если двигатель за отведённое время не вышел на рабочую характеристику синхронного режима, то пуск должен быть прекращён, а двигатель отключён от питающей сети.

Защиты электроприводов постоянного тока

В электроприводах постоянного тока применяются следующие виды защит:

- нулевая защита, предотвращающая самозапуск электропривода при кратковременных исчезновениях питающего напряжения;

максимально-токовая защита от коротких замыканий в силовой цепи;
максимально-токовая защита, ограничивающая величину тока якоря на предельно-допустимом уровне по условиям коммутации щёточно-коллекторного узла; эта защита в замкнутых системах регулирования выполняется с помощью схем токоограничения;
минимально-токовая защита с помощью реле минимального тока в цепи обмотки независимого возбуждения; эта защита отключает электропривод, препятствуя работе двигателя с недопустимо высокими скоростями вращения с сильно ослабленным потоком возбуждения при небольших нагрузках на валу;
защита от перенапряжений в обмотке возбуждения при отключениях схемы; реализуется путём включения разрядного сопротивления параллельно обмотке возбуждения; величина разрядного сопротивления принимается равной R_p=24R_ов.

13.2. Выбор силовых аппаратов управления

Автоматический выключатель выбирается по роду тока коммутируемых цепей, постоянный или переменный ток, по числу коммутируемых цепей - одна, две или три, по номинальному току контактов I_нI_нагр, по типу используемого чувствительного размыкающего элемента - электромагнитный максимально-токовый расцепитель, тепловой расцепитель, либо и тот и другой одновременно. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя I_ср=1114I_н, так как он должен срабатывать при коротких замыканиях в защищаемой цепи и не должен срабатывать во время переходных процессов пуска, реверса и торможения. Ток срабатывания теплового расцепителя, как правило, регулируется и устанавливается в пределах (0,91,2)I_н автомата. Контакторы выбираются по роду коммутируемого тока; по номинальному напряжению, по номинальному току силовых контактов I_нI_н.нагр; по числу силовых контактов – один, два или три; по числу и типу вспомогательных контактов размыкающих и замыкающих; по роду тока катушки управления – постоянного или переменного тока; по номинальному напряжению катушки.

Тепловые реле выбираются по номинальному току. Тип реле определяется серией защищаемого двигателя и номинальным током двигателя I_н.релеI_н.дв_. Постоянная времени нагрева реле должна быть приблизительно равна постоянной времени нагрева защищаемого двигателя.

Предохранители для цепей управления выбирают по максимальному току, потребляемому цепями управления, I_F_И1,2 1,3I_y_.макс. Максимальный ток зависит от максимального числа одновременно включенных в схеме катушек контакторов и реле.

13.3. Принципы управления, используемые в релейно-контакторных схемах управления

Управление процессами пуска, реверса и торможения в релейно-контакторных схемах осуществляется в функции времени, величины скорости, тока или пути. Выбор того или иного принципа управления зависит от технологических требований и простоты реализации.

Управление в функции времени выполняется с использованием реле времени. Тип применяемого реле времени определяется величиной требуемой выдержки времени и родом тока, на котором работает схема управления. В схемах управления электроприводами чаще всего используются электромагнитные реле времени постоянного тока. Эти реле включаются практически мгновенно, а отключаются с выдержкой времени. Этот тип реле обеспечивает выдержки времени до 15с. При необходимости получения более продолжительных выдержек времени обычно используют электропневматическое реле.

При реализации принципа управления в функции скорости используется электромеханическое реле контроля скорости (РКС), устанавливаемые на валу двигателя. Контакты этого реле замыкаются в зависимости от величины скорости и направления вращения. В схемах с реостатным пуском, реверсом и торможением в качестве реле контроля скорости используются электромагнитные реле напряжения, включаемые на напряжение якоря или ротора.

Управление в функции тока выполняется с использованием реле максимального или минимального тока, включаемых в силовую цепь.

Управление в функции пути реализуется с использованием контактных или бесконтактных путевых выключателей, которые переключают свои контакты или выходной сигнал, когда механизм достигает заданного напряжения.

13.4. Типовые схемы управления асинхронными электроприводами

Схема управления нереверсивным электроприводом с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором без использования электрического торможения приведена на рис.13.1. В схеме реализуется пуск электродвигателя прямым подключением обмотки статора к питающей сети и работа в продолжительном режиме. Схема содержит следующие аппараты:

QF – автоматический выключатель (в дальнейшем автомат) с максимально-токовым расцепителем;

КМ – контактор или пускатель;

FR1 и FR2 - тепловые реле;

FU1 и FU2 – предохранители;

SB-П («Пуск») и SB-С («Стоп») - кнопки пуска и остановки электропривода.

В исходном поло-жении схемы вклю-чён автомат QF. Пуск электропривода осу-ществляется нажатием кнопки SB-П. При этом подаётся питание на катушку КМ. Кон-тактор включается и замыкает свои сило-вые контакты, подключая статорную об-мотку к питающей се-ти. После пуска д

Рис.13.1. Схема управления нереверсивным электроприводом с асинхронным к.з.двигателем

вига-тель работает на естественной характеристике. Срабатывая ко-нтактор КМ замыкает свой вспомогательный контакт, включённый параллельно кнопкеSB-П, и становится на самопитание.

Чтобы остановить электропривод, нажимают кнопку SB-С («Стоп»), катушка КМ теряет питание и контактор отключает статорную цепь от питающей сети. Схема возвращается в исходное состояние.

Электропривод останавливается под действием статического момента электропривода М_с, который определяется технологией работы механизма.

В схеме имеются следующие защиты. Нулевая защита, которая реализуется контактором КМ, так как управление схемой осуществляется от кнопок. При кратковременном исчезновении питающего напряжения или значительном его снижении контактор КМ отключается, и схема возвращается в исходное состояние.

Максимально-токовая защита в силовых цепях выполняется автоматом QF за счёт использования в нём максимально-токового расцепителя с уставкой срабатывания 1114I_н. При возникновении короткого замыкания в силовой цепи, срабатывает максимально-токовый расцепитель и автомат отключает статорную цепь и электропривод в целом.