Файл: 11_Глава 9.doc

Глава 9. Типовые узлы и системы управления электроприводами

9.1. Электрические защиты

Асинхронные двигатели напряжением до 1000 В защищают от межфазных и однофазных коротких замыканий, от перегрузок, от возможности произвольного повторного включения после исчезновения напряжения, от превышения температуры обмоток.

Максимально-токовая защита от коротких замыканий осуществляется чаще всего посредством автоматических выключателей с максимально-токовыми расцепителями или посредством плавких предохранителей. Номинальный ток автомата выбирается больше или равным номинальному току двигателя I_н.дв.

Ток срабатывания максимального расцепителя автомата составляет обычно 10-12I_н.дв. Это позволяет исключить ложные срабатывания защиты при пуске асинхронных короткозамкнутых двигателей, когда пусковой ток достигает (5,5-7,0)I_н.дв. Для асинхронных двигателей с фазным ротором, где нет столь больших пусковых токов, максимально-токовая защита обычно настраивается на ток срабатывания, равный 3I_н.дв.

Защита от перегрузок двигателей выполняется с помощью тепловых расцепителей автоматов, тепловых реле магнитных пускателей или плавких предохранителей. Аппараты защиты от перегрузок имеют характеристику тока срабатывания, зависящую от времени перегрузки. При длительной перегрузке ток срабатывания должен быть (1,2-1,4)I_н.дв. Эта защита исключает недопустимый нагрев двигателя при перегрузках за счет нарушения технологического режима или работы трехфазного двигателя на двух фазах.

Нулевая защита или защита минимального напряжения должна предотвратить самопроизвольное включение двигателя после кратковременного исчезновения или глубокого снижения напряжения. Аппаратом защиты минимального напряжения является пускатель или контактор, который отключается при снижении напряжения меньше 0,6U_н. При восстановлении напряжения включение контактора не происходит, т.к. н.о. блок-контакт, шунтирующий кнопку «пуск» (см., например, схему рис.9.1), будет отключен. Для включения двигателя оператор должен будет вновь нажать кнопку «пуск».

В последние годы все большее применение находит температурная защита двигателей. В обмотки двигателя встраивается датчик температуры (чаще всего терморезистор), который дает сигнал на отключение двигателя, если температура его обмоток достигла опасной величины. Применение температурной защиты асинхронных двигателей особенно необходимо, если регулирование скорости асинхронного двигателя связано с регулированием напряжения его питания.

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 времени, 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.

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, которые может развить двигатель с сильно ослабленным потоком возбуждения при небольших нагрузках на валу.

9.2. Релейно-контакторное управление электроприводами

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. Последние целесообразно применять при большой частоте циклов включение-отключение двигателя.

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 5 А. В современных системах электропривода с дискретным управлением часто логические функции реализуются на программируемых контроллерах с выходом на катушки контакторов.

Типовые схемы нерегулируемого нереверсивного и реверсивного асинхронного привода представлены на рис. 9.1.

Для пуска двигателя нужно включить выключатель QF и нажать кнопку пуска SB1. Получает питание катушка контактора КМ, который своими главными контактами подключает обмотки статора двигателям к сети. Блок-контакт КМ шунтирует кнопку «пуск», так что после ее отпускания контактор КМ остается включенным. Для отключения двигателя нужно нажать кнопку «стоп» SB2, после чего контактор КМ отключается. Защита от коротких замыканий в схеме рис.9.1,а осуществляется плавкими предохранителями FA, а в схеме рис.9.1,б – автоматическим выключателем QF и предохранителями FA. Защита двигателя от токов перегрузки производится тепловым реле КК, разрывающим при срабатывании цепь катушки контактора. Возврат теплового реле после срабатывания осуществляется нажатием имеющейся на нем кнопки. Защита от самопроизвольного включения двигателя после исчезновения (снижения) напряжения питания реализуется блок-контактом КМ, шунтирующим кнопку SВ1.

В реверсивном пускателе (рис.9.1,б) имеются два контактора КМ1 и КМ2, подключающих обмотки статора к сети с разным порядком чередования фаз. Для исключения одновременного включения двух контакторов, что приведет к короткому замыканию, предусмотрены механическая и электрическая блокировки (введением нормально закрытых (н.з.) блок-контактов контакторов в цепи катушки другого контактора).

Некоторые технологии требуют, чтобы процесс остановки электропривода протекал интенсивнее, чем только под действием статического момента. В этом случае в схемах управления используют различные виды электрического торможения - динамическое торможение и торможение противовключением, а также механическое торможение с помощью электромагнитных тормозов.

На рис.9.2 приведена принципиальная схема нереверсивного электропривода, которая позволяет производить пуск и остановку электродвигателя с динамическим торможением [12].

Питание на схему подаётся автоматическим выключателем QF, напряжение переменного тока на обмотку статора – линейным контактором КМ1, напряжение постоянного тока – контактором динамического торможения КМ2. Источник постоянного тока содержит трансформатор Т и выпрямитель V1, подключаемые к сети контактором КМ2 только в режиме торможения.

Команда на пуск подаётся кнопкой SB2-П. При ее нажатии включается контактор КМ1, и двигатель подключается к сети. Для остановки двигателя нажимают кнопку SB1-C, контактор КМ1 отключается и отключает двигатель от сети переменного тока. Одновременно нормально закрытым (н.з.) блок-контактом КМ1 включается контактор КМ2, подающий в обмотки статора двигателя постоянный ток. Двигатель переходит в режим динамического торможения. Длительность подачи постоянного тока в обмотки статора контролируется реле времени КТ. После отключения катушки КТ его контакт в цепи катушки КМ2 с выдержкой времени размыкается.

В схеме применены нулевая, максимально-токовая и тепловая защиты, осуществляемые соответственно линейным контактором КМ1, автоматическим выключателем QF с максимально-токовым расцепителем и тепловыми реле FR1 и FR2. Цепи управления защищены предохранителями FU1 и FU2. При срабатывании любой из защит отключается линейный контактор КМ1. Используемая в схеме блокировка н.з. блок-контактами КМ1 и КМ2 запрещает одновременное включение контакторов КМ1 и КМ2.

Когда по условиям технологического процесса необходимо значительно ускорить процесс торможения, то применяют торможение противовключением. Схема реверсивного асинхронного электропривода, в которой реализуется торможение противовключением, приведена на рис.9.3. Исходя из условий эксплуатации электропривода, цепи управления питаются пониженным стандартным напряжением от трансформатора ТС [12].

Схема позволяет осуществлять прямой пуск, реверс и остановку электропривода торможением противовключением с контролем по скорости. При этом в качестве чувствительного элемента используется электромеханическое реле контроля скорости SR, устанавливаемое на валу электродвигателя. Оно замыкает свои контакты SR(B) или SR(Н) при скорости _SR0,01_н.дв.

Управляющие команды подаются в схему кнопками управления SB2-В («Вперёд»), SB3-Н («Назад») и SB1 («Стоп») в зависимости от требуемого по технологии направления вращения. Напряжение на обмотку статора подаётся контакторами КМ1 и КМ2. Кнопка остановки электропривода SB1-C включена в цепь катушки реле КТ, которое организует режим торможения противовключением при любом направлении вращения. В цепях катушек контакторов КМ1 и КМ2 находятся блокировочные контакты кнопок и контакторов SB3, KM2 и SB2, КМ1, предотвращающие одновременное включение этих контакторов.

Управление электроприводом осуществляется следующим образом. При нажатии кнопки SB2-B образуется цепь питания катушки контактора КМ1, который срабатывает и подключает статорную обмотку асинхронного электродвигателя к питающей сети.

При разгоне электродвигателя срабатывает реле контроля скорости и замыкает свой контакт SR-В, подготавливая схему к остановке электропривода, если будет нажата кнопка SB1-С («Стоп»).

Для реверсирования электропривода нужно нажать кнопку SB3-Н. После этого размыкается блокирующий контакт кнопки SB3 в цепи катушки контактора КМ1. Контактор КМ1 отключает статор двигателя от питающей сети. Одновременно в цепи катушки контактора КМ2 замыкается блокирующий контакт контактора КМ1. Катушка контактора КМ2 получает питание, и контактор КМ2 подключает статорную обмотку к питающей сети, изменив чередование фаз. Магнитное поле электродвигателя начинает вращаться в противоположном направлении, а ротор по инерции вращается в прежнем направлении. Поэтому асинхронный двигатель переходит в режим торможения противовключением до полной остановки, а затем разгоняется в направлении «Назад». При разгоне в направлении «Назад» реле контроля скорости замыкает свой контакт SR-Н, подготавливая схему к остановке. Для останова привода при нажатии кнопки SB1-C катушка реле торможения КТ получает питание, и реле КТ включается. Контактор КМ2 теряет питание и отключает статорную обмотку от питающей сети. При этом контактор КМ2 замыкает свой блокировочный контакт КМ2 в цепи катушки КМ1. Контактор КМ1 включается. Статорная обмотка подключается с прямым чередованием фаз «Вперёд», а ротор вращается по инерции в направлении «Назад». Поэтому асинхронный двигатель переходит в режим торможения противовключением. Когда скорость снизится практически до нуля, реле контроля скорости SR разомкнёт свой контакт SR-H и катушка КМ1 потеряет питание, а контактор КМ1 отключит статорную обмотку от питающей сети.