Файл: Электрический привод.pdf

209
Контакторы KM3 и KM4 включаются через замыкающие контакты реле
KV1 или KV2. Катушки реле подключены к питанию через отвод на резисторе противовключения
2
z
R
. Сопротивление между отводом и отрицательной шиной питания выбирается таким, чтобы падение напряжения на нём, создаваемое то- ком якоря в режиме противовключения, исключало возможность срабатывания реле KV1 и KV2, а в двигательном режиме было недостаточным для блокировки срабатывания. Иначе говоря, это сопротивление должно обеспечивать срабаты- вание реле KV1 и KV2 при токе
/
a
s
d
a
I
I
U r
≤ =
, где
d
U
и
a
r
– напряжение сети и сопротивление якоря.
В цепь питания катушки пусково- го контактора KM4 кроме контактов реле KV1 и KV2 включен также размы- кающий контакт реле времени KT, с помощью которого осуществляется за- держка отключения пускового рези- стора
1
z
R аналогично схеме управления на рис. 5.1. Питание катушки реле KT в этой схеме, в отличие от рассмотрен- ных ранее схем, отключается не разры- вом цепи, а шунтированием её контак- том KM3.
Для пуска двигателя в одном из направлений используются кнопки SB1 и SB2. В отличие от предыдущих схем управления эти кнопки имеют два ме- ханически и электрически соединён- ных контакта, т.е. по сути, переклю- чающий контакт. Замыкающий контакт каждой кнопки соединён последова- тельно с размыкающим контактом дру- гой. Этим исключается возможность одновременного включения контакторов прямого и обратного вращения.
Пуск двигателя в любом направлении осуществляется в одну ступень в функции времени. При нажатии, например, кнопки SB1 срабатывает контактор
KM1 и подключает якорь к сети. Одновременно за счёт падения напряжения на
2
z
R срабатывает реле времени KT и разрывает цепь катушки пускового контак- тора KM4. С некоторым запаздыванием затем включается реле KV1 и замыкает цепь питания контактора противовключения KM3, что приводит к шунтирова- нию сопротивления
2
z
R , отключению реле KT и началу отсчёта выдержки вре- мени. Двигатель разгоняется со включённым пусковым резистором
1
z
R
. По окончании задержки контакт KT замыкается, контактор KM4 включается и
Рис. 5.5

210
шунтирует пусковой резистор, выводя двигатель на естественную характери- стику.
Для реверса необходимо нажать кнопку SB2, в результате чего отключатся контакторы KM1, KM4 и реле KV1 и включится контактор KM2. Напряжение на якоре изменит полярность и двигатель перейдёт в режим торможения проти- вовключением с суммарным токоограничивающим сопротивлением
1 2
z
z
R
R
+
При этом включится также реле времени KT, а реле KV2 останется отключён- ным до тех пор, пока скорость двигателя не снизится почти до нуля. После это- го оно включится и запитает катушку контактора KM3. В результате резистор
2
z
R будет зашунтирован, начнётся отсчёт времени пуска и двигатель будет раз- гоняться в противоположную сторону по описанному выше алгоритму.
5.1.2. Типовые узлы и схемы систем управления асинхронными
двигателями
Релейно-контактные схемы управления асинхронными двигателями стро- ятся по тем же принципам, что и схемы управления двигателями постоянного тока.
На рис. 5.6 показана простейшая схема управления асинхронным коротко- замкнутым двигателем с помощью магнитного пускателя. Он представляет со- бой контактор переменного тока KM, два тепловых реле KK и две кнопки управления SB1, SB2, объединённые в одном корпусе.
Эта схема позволяет осуществить прямой пуск двигателя и отключение его от сети. Кроме того, в схеме предусмот- рена защита двигателя плавкими предо- хранителями FA от коротких замыканий и тепловыми реле KK от перегрузки.
Размыкающий контакт тепловых реле
KK после срабатывания защиты обычно фиксируется в разомкнутом состоянии и возвращается исходное состояние вруч- ную. Это позволяет различить отключе- ние двигателя вследствие понижения на- пряжения в сети и в результате перегруз- ки, а также дополнительно обращает внимание оператора на аварийную си- туацию в приводе.
Если выключатель QF включён, то для пуска двигателя достаточно нажать кнопку SB1. При этом получает питание катушка контактора KM, замыкаются его главные контакты в силовой цепи и статор двигателя подключается к сети.
Одновременно замыкающий вспомогательный контакт KM блокирует кнопку
SB1 и её больше не нужно удерживать в нажатом состоянии, т.к. цепь питания катушки контактора замыкается через собственный контакт.
Рис. 5.6

211
Нажатием кнопки SB2 цепь питания катушки контактора размыкается, он отключается от сети и размыкает при этом цепь статора. Двигатель останавли- вается выбегом под действием нагрузки на валу.
Аналогично дей- ствует тепловая защи- та, размыкающий кон- такт которой включён последовательно с кнопкой SB2 (стоп).
Отключение двигателя происходит, если ток статора в течение оп- ределённого времени, соответствующего времятоковой характе- ристике, превышает значение, на которое рассчитан тепловой расцепитель реле KK. Несмотря на то, что тепловая защита настраивается на величину тока, превышающего номинальное значение на
10
…15%, отключения двигателя при пуске, когда ток статора в 5…7 раз больше номинального, не происходит, т.к. время срабатывания этой защиты значитель- но больше длительности пускового режима.
Реверс асинхронного двигателя обеспечивается реверсивным магнитным пускателем, схема которого показана на рис. 5.7. В отличие от простого нере- версивного он имеет два линейных контактора KM1 и KM2, каждый из которых обеспечивает питание двигателя с разным порядком чередования фаз. Чтобы исключить возможность короткого замыкания при одновременном включении контакторов в цепи питания катушек каждого из них последовательно включён дополнительный размыкающий контакт другого. Кроме этого в магнитном пус- кателе с этой же целью предусмотрена механическая блокировка кнопок.
Включение двигателя для одного из направлений вращения производится нажатием кнопки SB1 или SB2. Катушка соответствующего контактора под- ключается к источнику питания, а замыкающие главные контакты присоединя- ют двигатель к сети.
Для изменения направления вращения необходимо сначала нажать кнопку
SB3, что приведёт к отключению работающего контактора, а затем соответст- вующей кнопкой (SB1 или SB2) включить двигатель для движения в другом на- правлении. При этом скорость вращения его начнёт снижаться и если в момент остановки снова нажать кнопку SB3 (стоп), отключив тем самым работающий контактор, то двигатель окажется отключённым от сети. Если же не отключать питание, то двигатель после остановки разгонится и будет вращаться в проти- воположную сторону.
Рис. 5.7

212
Силовая схема на рис. 5.7 отличается от схемы рис. 5.6 использованием автома- тического выключателя вместо плавких вставок FA. Применение автоматического выключателя исключает возможность ра- боты двигателя с обрывом одной фазы пи- тания, что может произойти при сгорании плавкой вставки в случае однофазного ко- роткого замыкания. Кроме того, восста- новление работоспособности автоматиче- ского выключателя после срабатывания защиты не требует замены его элементов.
Автоматические выключатели могут иметь электромагнитные расцепители, от- ключающие цепь в течение нескольких миллисекунд, либо тепловые расцепители, либо те и другие вместе. На рис. 5.8 пока- заны времятоковые характеристики авто- матических выключателей с обоими ти- пами расцепителей. Участок ab соответст- вует защите тепловым расцепителем, а участок cd – электромагнитным. Элек- тромагнитные расцепители в зависимости от класса автомата (A, B, C, D) имеют нерегулируемый порог отключения, равный трёх-, пяти-, десяти- и двадцати- кратному номинальному току. Для исключения срабатывания защиты в пере- ходных режимах в электроприводе применяются автоматические выключатели класса C, а в приводах с тяжёлыми условиями работы – класса D. Асимптотой времятоковой характеристики теплового расцепителя является номинальное значение тока. Однако большая крутизна характеристики в области 10
…15% перегрузок не всегда обеспечивает надёжную защиту. Поэтому наряду с авто- матическими выключателями в электроприводе используются также тепловые реле или электронные устройства защиты с позисторами в качестве датчиков температуры.
Релейно-контактные системы используются также для управления двух- скоростными двигателями (рис. 5.9). Соединение обмоток статора в двойную звезду и получение высокой скорости вращения осуществляется включением контактора KM4. Низкая скорость вращения получается при соединении обмо- ток треугольником с помощью контактора KM3.
Контакторы KM1 и KM2 в этой схеме работают так же, как в схеме на рис.
5.7 и обеспечивают реверс двигателя.
Для обеспечения возможности независимого переключения направления и скорости вращения двигателя в схеме на рис. 5.9 используются кнопки с двумя разнотипными контактами (с переключающим контактом). Размыкающие кон- такты кнопок перекрёстно последовательно включены в цепи катушек контак-
Рис. 5.8

213
торов, реализующих инверсную функцию. Тем самым в каждой паре при нажа- тии на кнопку обеспечивается отключение работающего контактора и беспре- пятственный переход к новому режиму работы.
Пуск двигателя возможет только после предварительного выбора схемы соединения обмоток путём нажатия кнопок SB3 или SB4. После срабатывания одного из контакторов скорости вращения (KM3 или KM4) включается вспомо- гательное реле KV, контакты которого замыкают цепи питания катушек контак- торов направления вращения KM1 и KM2, снимая тем самым блокировку замы- кающих контактов кнопок выбора направления вращения SB1 и SB2. Однако после первого включения возможно изменение скорости вращения, т.е. схемы соединения, и направления вращения без остановки двигателя.
Режим динамического тор- можения в асинхронном приводе можно создать с помощью ис- точника постоянного тока, на- пример, в виде диодного моста V на рис. 5.10.
Пуск двигателя в этой схеме осуществляется прямым включе- нием в сеть через главные кон- такты линейного контактора KM.
Одновременно вспомогательный размыкающий контакт разрывает цепь питания катушки контакто- ра торможения KM1, блокируя
Рис. 5.9
Рис. 5.10

214
его включение при работе двигателя, а замыкающий контакт включает питание реле времени KT.
При нажатии на кнопку SB2 (стоп) линейный контактор KM отключается и разрывает цепи питания двигателя и реле времени KT. При этом через вспомо- гательный размыкающий контакт KM и замкнутый на момент начала торможе- ния замыкающий контакт реле KT катушка контактора торможения KM1 под- ключается к источнику питания. Это приводит к подключению диодного моста
V к обмотке статора двигателя.
Через некоторое время, соответствующее настройке замедлителя реле KT, его замыкающий контакт в цепи катушки контактора торможения KM1 разомк- нётся. Это приведёт к отключению статора от диодного моста и возврату схемы в исходное положение.
Интенсивность динамического торможения регулируется резистором R, ограничивающим величину постоянного тока.
Существенным недостатком всех схем управления в функции времени яв- ляется отсутствие связи между алгоритмом управления и состоянием привода.
Любое возмущение в виде изменения параметров нагрузки будет приводить к несоответствию настроек интервалов времени и длительности переходных ре- жимов пуска торможения и реверса, что в некоторых случаях может создавать аварийные ситуации. Исключить такую возможность позволяет использование простейших датчиков движения, например, центробежных реле.
На рис. 5.11 по- казана схема управ- ления асинхронным двигателем с прямым пуском и торможени- ем противовключени- ем. В отличие от схе- мы на рис. 5.10 здесь на валу двигателя ус- тановлено центро- бежное реле SR, за- мыкающий контакт которого включён в цепь питания катушки контактора торможения KM2.
Цепи питания катушек линейного контактора KM1 и контактора торможе- ния KM2 взаимно блокированы вспомогательными размыкающими контактами для исключения их одновременного срабатывания, т.к. это приводит к корот- кому замыканию трёхфазной сети.
После начала вращения двигателя контакт центробежного реле замыкается и остаётся в этом положении практически до его остановки. Несмотря на это контактор торможения KM2 не включается, т.к. цепь питания его катушки ра- зомкнута контактом KM1.
Рис. 5.11

215
При нажатии на кнопку SB2 (стоп) линейный контактор отключается и от- ключает статор двигателя от сети. Одновременно своим вспомогательным кон- тактом он замыкает цепь питания катушки контактора торможения KM2. Это приводит к подключению статора к сети с обратным порядком чередования фаз и переходу двигателя в режим торможения противовключением.
При скорости вращения близкой к нулю замыкающий контакт реле SR ра- зомкнётся, контактор торможения отключится от питания и отключит двига- тель от сети. Схема вернётся в исходное положение и будет готова к следую- щему пуску.
Управление асинхронными двигателями с фазным ротором является более сложной задачей. Здесь также как в двигателях постоянного тока формируется не только режим торможения, но и режим пуска.
На рис. 5.12 в качестве примера показана схема одноступенчатого пуска в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС ротора. В качестве пусковых используются резисторы
1
z
R
, а при торможении в цепь ро- тора включаются суммарные резисторы
1 2
z
z
R
R
+
Цепь питания катушки линейного контактора прямого вращения KM1 бло- кирована вспомогательным размыкающим контактом контактора обратного вращения KM2. Блокировка же цепи питания его катушки осуществляется за- мыкающим контактом реле торможения KV.
Управление ре- жимом торможения осуществляется с помощью реле KV.
Его катушка питает- ся через мостовой выпрямитель V2 ли- нейным напряжени- ем ротора двигателя, величина которого пропорциональна скольжению. С по- мощью регулировоч- ного резистора R цепь питания на- страивается так, что- бы реле KV срабаты- вало только при скольжении больше единицы, т.е. в режиме противовключения. Замыкающий контакт реле KV включен последовательно в цепь блокировки замыкающего контакта кнопки SB2 (стоп). Это позволяет в конце торможения отключить блокировку кнопки, создаваемую замыкающим контактом KM2.
Рис. 5.12

216
При нажатии кнопки SB1 включается линейный контактор KM1, двигатель подключается к трёхфазной сети и начинается его разгон. Одновременно через вспомогательный замыкающий контакт KM1 включается контактор KM4 и своими контактами шунтирует резисторы
2
z
R . Пусковые резисторы
1
z
R при этом остаются включёнными, т.к. цепь питания катушки пускового контактора
KM3 разомкнута контактом реле времени KT. При включении линейного кон- тактора KM1 отключается питание реле времени, которое работает с замедле- нием при отпускании, поэтому контактор KM3 включится и накоротко замкнёт цепь ротора двигателя с задержкой на время настройки реле.
Процесс торможения начинается с нажатия кнопки SB2 (стоп). При этом контактор прямого вращения отключается и включается контактор KM2. Маг- нитное поле двигателя меняет направление вращения, и он переходит в режим противовключения. Одновременно с этим отключается питание катушек кон- такторов KM3 и KM4, что приводит к размыканию их контактов, шунтирующих резисторы в цепи ротора, т.е. торможение в отличие от пуска происходит с полностью включённым сопротивлением.
Изменение направления вращения магнитного поля вызывает почти дву- кратное увеличение ЭДС ротора и срабатывание реле KV, замыкающий контакт которого вместе со вспомогательным контактом KM2 блокирует замыкающий контакт кнопки SB2, обеспечивая питание катушки контактора торможения
KM2 и после отпускания кнопки.
После снижения скорости вращения почти до нуля реле KV отключится и своим замыкающим контактом разомкнёт цепь питания катушки контактора торможения KM2. В результате двигатель отключится от сети, и схема придёт в исходное положение для последующего пуска.

217
Срабатывание линейного контактора KM приводит к появлению в двигате- ле кругового вращающегося магнитного поля, которое наводит в обмотке воз- буждения большую ЭДС. Реле скорости KR срабатывает и размыкает цепь пи- тания контактора KM1. В результате разгон двигателя происходит с отключён- ной от источника питания и замкнутой на разрядный резистор R обмоткой воз- буждения.
По мере разгона величина ЭДС и ток в катушке реле KR уменьшаются.
При подсинхронной скорости реле отключается и включает контактор KM1, ко- торый подключает обмотку возбуждения к источнику питания.
Аналогичный алгоритм управления можно реализовать в функции тока статора двигателя так, как это показано на рис. 5.13, б. Ток статора синхронного двигателя в асинхронном режиме изменяется приблизительно пропорционально скольжению. Поэтому для контроля скорости можно использовать реле тока
KA, включённое в данной схеме в линейный провод через измерительный трансформатор.
При подключении двигателя к сети происходит срабатывание реле тока
KA. Замыкающий контакт реле тока включает реле времени KT, что приводит к разрыву цепи питания и отключению контактора возбуждения KM1. Таким об- разом, разгон двигателя происходит с замкнутой на разрядный резистор R об- моткой возбуждения.
В конце пуска при подсинхронной скорости ток в катушке реле KA снижа- ется ниже тока отпускания, оно отключается и отключает питание реле време- ни. После чего с некоторой задержкой включается контактор KM1 и подключа- ет обмотку возбуждения к источнику питания.
Следует заметить, что в обеих схемах контактор возбуждения KM1 при подключении обмотки к источнику питания отключает разрядный резистор, снижая тем самым потери энергии в приводе.
Рис.5.13