ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 273
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
204
ротора машины. В то же время снижение скорости холостого хода за счёт уве- личения
p
z позволяет почти линейно увеличить допустимое число включений.
5. Системы автоматического управления электроприводами
Управление электроприводами заключается в осуществлении пуска, тор- можения, реверсирования, а также регулирования скорости вращения, ускоре- ния и положения исполнительного механизма в соответствии с требованиями технологического процесса.
Автоматическое управление электроприводами является необходимым ус- ловием повышения производительности механизмов и получения продукции высокого качества. В системе управления электроприводом используются ре- лейно-контактные аппараты, усилители, электромашинные и полупроводнико- вые преобразователи, контроллеры и компьютеры.
Выбор типа устройств и структуры системы управления определяется за- дачами, которые должен выполнять электропривод.
Современные регулируемые электроприводы строятся на основе полупро- водниковых преобразователей и контролеров. На релейно-контактную аппара- туру в таких приводах обычно возлагаются функции подключения питания, за- щиты, а также ввода первоначальных и конечных команд в систему управления приводом. Однако существует большое количество приводов, не требующих регулирования или регулируемых ступенчато и в небольших пределах. Систе- мы управления такими приводами должны обеспечивать пуск, торможение, ре- верс, переход с одной ступени скорости вращения на другую по команде опера- тора или по сигналу рабочей машины в соответствии с ходом технологического процесса. Такие системы управления строятся на релейно-контактной или бес- контактной коммутационной аппаратуре в зависимости от частоты и сложности переключений.
Различают разомкнутые и замкнутые системы управления электроприво- дами. В разомкнутых системах изменение возмущающих воздействий приводит к изменению режима работы привода. В замкнутых системах существует воз- можность поддерживать заданный режим работы привода независимо от воз- мущающих воздействий. В них также существует возможность регулирования координат привода в зависимости от условий его работы.
5.1. Разомкнутые системы автоматического управления
Для автоматического управления электроприводами применяются различ- ные релейно-контактные и бесконтактные аппараты, логические элементы, пу- тевые выключатели, а также вспомогательные электрические машины и аппа- раты.
Обработка информации практически во всех системах управления осуще- ствляется в форме электрических сигналов. Управляющее воздействие на сис- тему привода также производится путём изменения параметров системы элек- тропитания. В соответствии с этих электрические цепи делятся на две катего- рии: цепи главного тока и вспомогательные цепи. К цепям главного тока отно-
205
сятся силовые цепи двигателей, генераторов и полупроводниковых преобразо- вателей. Вспомогательные цепи включают катушки релейно-контактной аппа- ратуры, вспомогательные контакты контакторов и контакты реле. Кроме того, к вспомогательным цепям относятся цепи сигнализации, защиты и блокировки.
1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20
5.1.1. Типовые узлы и схемы систем управления двигателями
постоянного тока
Управление пуском, реверсом и торможением двигателей постоянного то- ка в большинстве случаев осуществляется в функции времени, скорости, тока или пути. Рассмотрим несколько типовых схем, в которых реализуются эти ре- жимы.
На рис. 5.1 показана схема пуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения в функции времени.
Обмотка возбуждения двигателя глухо подключена к шинам питания сети постоянного тока, что исключает аварийную возможность работы двигателя с разомкнутой цепью возбуждения.
Силовую цепь системы управления образует якорь двигателя с последова- тельно включенным пусковым токоограничивающим сопротивлением
z
R и за- мыкающий главный контакт линейного контактора KM. Пусковое сопротивле- ние шунтировано замыкающим главным контактом контактора KM1. Контактор
KM обеспечивает питание цепи якоря, а контактор KM1 – отключение пусково- го сопротивления через определённый промежуток времени, задаваемый на- стройкой реле KT. Кроме силового контактор KM имеет также замыкающий и размыкающий вспомогательные контакты. Первый выполняет функцию блок- контакта кнопки SB1 (пуск), а второй включает выдержку времени.
При подключении схемы к источнику питания происходит возбуждение двигателя и срабатывание электромагнитного реле KT, размыкающий контакт которого с замедлением при возврате отключает пи- тание катушки контактора KM2. Время замедления настраивается таким образом, чтобы оно соответст- вовало скорости вращения или току якоря, при кото- рых должно отключиться пусковое сопротивление.
Управление двигателем осуществляется кноп- ками SB1 и SB2 (остановка, стоп). Выбор кнопок в качестве аппаратуры управления является обяза- тельным для обеспечения безопасности эксплуата- ции привода, т.к. нажатие является самым простым и быстрым движением человека. Кроме того, эти кнопки без фиксации положе- ния, что исключает повторное включения двигателя без команды оператора.
При нажатии кнопки SB1 контактор KM получает питание и главным кон- тактом подключает к сети цепь якоря двигателя. Одновременно с этим вспомо- гательный контакт шунтирует кнопку SB1, исключая разрыв цепи при её отпус-
Рис. 5.1
206
кании. Двигатель начинает разгон со включенным пусковым сопротивлением.
Срабатывание контактора KM вызывает размыкание цепи питания реле време- ни KT и, соответственно, замыкание цепи питания катушки контактора KM1, который своим главным контактом зашунтирует пусковое сопротивление. Так как замыкание контактов KT происходит с замедлением, то срабатывание KM1 и отключение пускового сопротивления происходит через некоторое время по- сле включения контактора KM.
Величина сопротивления выбирается из условия ограничения пускового тока максимально допустимым значением, а время отключения из условия снижения его до минимально допустимого значения.
Нажатие на кнопку SB2 (стоп) разрывает цепь питания катушки контактора
KM. Цепь якоря отключается от сети, и схема управления возвращается в ис- ходное состояние, изменить которое может только повторный пуск.
Если в процессе работы двигателя произойдёт отключение питания схемы управления на время, превышающее время возврата контактора KM, или на- пряжение в сети понизится до уровня, соответствующего току отпускания этого контактора, то произойдёт отключение двигателя точно так же, как если бы бы- ла нажата кнопка SB2. После этого повторный запуск будет возможен только после устранения неисправности питания. Таким образом, электромагнитные реле схемы управления помимо своих основных функций обеспечивают также защиту двигателя от работы при пониженном напряжении.
Для переключения ступеней пускового резистора в качестве сигнала управления можно использовать ЭДС якоря, пропорцио- нальную скорости вращения. Причём, если не учитывать падение напряжения на актив- ном сопротивлении, то ЭДС будет равна на- пряжению на якоре. На рис. 5.2 показана схема устройства управления пуском двига- теля в две ступени и динамического тормо- жения в функции времени. Катушки контак- торов KM1 и KM2, шунтирующих главными контактами пусковые резисторы
1
z
R и
2
z
R , подключены параллельно щёткам двигателя через регулировочные резисторы
1
c
R
и
2
c
R
. С их помощью можно настроить напряжение срабатывания каждого контактора на нужное значение величины ЭДС (скорости), при ко- торой будет отключаться соответствующая часть пускового резистора. Причём увеличение сопротивления повышает напряжение срабатывания, т.к. усилие электромагнита, вызывающее замыкание или размыкание контактов, определя- ется величиной тока в катушке.
Рис. 5.2
207
Режим динамического торможения создаётся шунтированием якоря рези- стором
b
R , подключение которого осуществляется главным замыкающим кон- тактом контактора торможения KM3. Длительность торможения определяется настройкой реле времени KT, замыкающий контакт которого включён в цепь питания катушки контактора KM3.
После подключения к источнику питания двигатель возбуждается, а все элементы схемы управления остаются в исходном состоянии. Пуск производит- ся нажатием на кнопку SB1, после чего срабатывает контактор KM, цепь якоря через главный контакт KM подключается к сети и начинается разгон двигателя с полностью включенным пусковым резистором
1 2
z
z
R
R
+
. По мере увеличения скорости вращения напряжение на щётках растёт и при скорости
1 1
a
E
ω ≡
сра- батывает контактор KM1, шунтируя первую ступень резистора
1
z
R . При скоро- сти
2 2
a
E
ω ≡
срабатывает контактор KM2. Пусковой резистор оказывается пол- ностью шунтированным и двигатель выходит на естественную характеристику.
В течение всего времени работы двигателя катушка реле времени KT оста-
ётся подключённой к сети через вспомогательный переключающий контакт
KM. Поэтому контакт реле KT также остаётся замкнутым, но это не влияет на состояние контактора KM3, т.к. цепь его катушки разомкнута вспомогательным контактом KM.
Отключение двигателя происходит с переходом к режиму динамического торможения. При нажатии на кнопку SB2 (стоп) размыкается цепь питания ка- тушки контактора KM и цепь якоря отключается от сети. Одновременно через переключающий контакт KM включается контактор KM3, шунтируя якорь че- рез свой главный контакт тормозным резистором
b
R , и отключается питание реле времени KT. Однако размыкание контакта реле KT и отключение контак- тора торможения KM3 произойдёт только с выдержкой времени, соответст- вующей настройке. После окончания торможения схема управления возвращается в исходное состояние.
Режим динамического торможения при отключе- нии двигателя можно реализовать также в функции
ЭДС так, как это показано на рис. 5.3. Здесь пуск дви- гателя осуществляется в функции времени в одну сту- пень аналогично схеме на рис. 5.1.
Шунтирование якоря резистором
b
R при динами- ческом торможении происходит с помощью главного контакта контактора KM2, катушка которого подклю- чена к щёткам двигателя через вспомогательный раз- мыкающий контакт KM. Этот контакт предотвращает возможность включения контактора KM2 во время ра- боты двигателя.
После нажатия на кнопку SB2 линейный контак- тор KM и цепь якоря двигателя отключаются т сети, а катушка контактора тор-
Рис. 5.3
208
можения KM2 подключается к щёткам якоря. Под действием ЭДС якоря в цепи катушки KM2 возникает ток, его контакт замыкается и подключает тормозной резистор
b
R
. Процесс торможения продолжается до тех пор, пока скорость вращения и величина ЭДС не понизятся до уровня, при котором ток катушки контактора KM2 окажется меньше тока отпускания.
В качестве примера рассмотрим работу схемы управления пуском двигателя постоянного тока по- следовательного возбуждения в функции тока якоря, показанную на рис. 5.4.
Здесь катушка реле тока KA включена последо- вательно в цепь якоря двигателя, а её размыкающий контакт – в цепь питания контактора KM1, управ- ляющего пусковым резистором
z
R . Реле KA настраи- вается таким образом, чтобы ток отпускания соответ- ствовал нижней границе переключения.
Правильная работа схемы на рис. 5.4 возможна, только если реле тока KA при включении будет сраба- тывать до того, как включится контактор KM1. Для надёжного обеспечения этого условия в схеме используется дополнительное реле KV с замедленным временем срабатывания, замыкающий контакт которо- го включён в цепь питания катушки KM1. При включении линейного контакто- ра KM ток в цепи якоря двигателя значительно превышает ток срабатывания реле KA. Оно включается и разрывает цепь катушки KM1 до того, как сработает реле KV и соединит эту цепь с источником питания. Поэтому контактор KM1 остаётся отключённым, а пусковой резистор
z
R введённым в цепь якоря до тех пор, пока ток катушки реле KA не уменьшится до величины тока отпускания.
После чего размыкающий контакт реле KA замкнётся, контактор KM1 включит- ся и зашунтирует пусковой резистор
z
R . При этом вспомогательный замыкаю- щий контакт KM1 блокирует контакт реле тока KA, исключая возможность по- вторных отключений контактора при случайных бросках тока якоря.
Значительно более сложные задачи управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения решаются с помощью схемы на рис. 5.5. Она позволяет осуществить реостатный пуск и реверс.
В этой схеме для подключения якоря к сети используются два контактора
KM1 и KM2, главные контакты которых соединены в мостовую схему. В диаго- наль моста включён якорь двигателя. Переключение контакторов изменяет по- лярность напряжения на якоре.
В цепь якоря включён токоограничивающий резистор с отводами. Управ- ление резистором осуществляется контакторами KM3 и KM4 таким образом, что в режиме пуска подключается только часть резистора
1
z
R
, а при торможе- нии противовключением – весь резистор, т.е.
1 2
z
z
R
R
+
Рис. 5.4