Файл: 11_Глава 9.doc

В технологических установках иногда применяются электроприводы с двухскоростными асинхронными электродвигателями, у которых ступенчатое регулирование скорости достигается за счёт изменения числа пар полюсов путём изменения схемы включения специально выполненной статорной обмотки (см.раздел 3.2.8).

На рис.9.4 приведена схема нереверсивного электропривода с двухскоростным асинхронным двигателем. В схеме предусмотрено переключение статорной обмотки с треугольника на двойную звезду (/). Такая схема применяется в электроприводах механизмов, если по технологии требуется регулирование скорости с постоянной мощностью на рабочем органе.

Команды управления подаются трёхпозиционным командоконтроллером SM [1]. В исходном положении, когда включены автоматы QF1 и QF2 и командоконтроллер находится в нулевом (левом) положении, включается реле напряжения KV и своим блок-контактом KV становится на самопитание, обеспечивая нулевую защиту электропривода.

При переключении командоконтроллера в первое положение (НС) получает питание катушка контактора КМ1-НС, контактор срабатывает, замыкает свой контакт 3-6 в цепи катушки тормозного контактора КМТ и подключает статорную обмотку, включённую в треугольник (), к сети. В тоже время тормозной контактор КМТ срабатывает и подаёт питание на электромагнит тормоза YB-T, тормоз растормаживается (поднимаются колодки), и электродвигатель развивает на низкую скорость.

При переключении командоконтроллера во второе положение, соответствующее высокой скорости, катушка контактора КМ1 отключает статорную обмотку от сети. Катушки контакторов КМ2 и КМ3 получают питание и контакторы срабатывают. Контактор КМ3, замыкая свои контакты, образует нулевую точку двойной звезды. Контактор КМ2 замыкает свой контакт в цепи катушки тормозного контактора КМТ, контактор КМТ срабатывает или остаётся включённым. Одновременно контактор КМ2 подключает «двойную звезду» статорной обмотки к сети, и двигатель развивает высокую скорость. Чтобы остановить электропривод, необходимо переключить командоконтроллер в нулевое положение. В этом случае контакторы теряют питание, статорная обмотка отключается от сети, и контакты контактора КМТ оказываются разомкнутыми. Контактор КМТ отключает питание от катушки электромагнитного тормоза, и тормозные колодки накладываются на тормозной барабан. Электропривод останавливается под действием момента сопротивления нагрузки и механического тормоза.

Схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором включают в себя кроме аппаратов управления статорными цепями двигателя аппаратуру для управления схемой пуска асинхронного двигателя. На рис.9.5 показана схема панели ПДУ6220, которая обеспечивает пуск асинхронного фазного двигателя в две ступени и динамическое торможение [11]. Защита двигателя осуществляется автоматическими выключателями QF1, QF2 с элементами токовой защиты FA1…FA3 и тепловым реле КК (рис.9.5,а).

Управление двигателем осуществляет оператор посредством командоконтроллера SA (рис.9.5,б). Начальное положение командоконтроллера – нулевое. При переводе рукоятки командоконтроллера SA, например, в третье положение, включается контактор КМ2, подключающий к сети обмотки статора, и КМ5, включающий электромагнитный тормоз YA. Двигатель начинает разгоняться при полном пусковом сопротивлении в цепи ротора. В данной схеме принята двухступенчатая схема реостатного пуска. Переключение ступеней роторного резистора R_д1, R_д2 проводится автоматически в функции времени.

После включения линейного контактора КМ2 отключается катушка реле времени КТ1 и с выдержкой времени включает контактор КМ3, закорачивающий часть пускового сопротивления в цепи ротора двигателя.

При включении контактора КМ3 разрывается цепь реле времени КТ2, которое с выдержкой времени включает контактор КМ4, полностью закорачивающий пусковое сопротивление. Пуск закончен.

Для торможения двигателя рукоятка командоконтроллера переводится в нулевое положение, контактор КМ2 отключается и включается контактор КМ1, подающий в обмотки статора постоянный ток. Начинается динамическое торможение двигателя. Длительность динамического торможения определяется реле времени КТ3, которое, потеряв питание, отключает контактор динамического торможения КМ1 и контактор механического тормоза.

Релейно-контакторные схемы управления синхронными двигателями, кроме функций включения и отключения двигателя, управляют также цепью возбуждения двигателя. На рис.9.6 показана широко используемая панель управления синхронным двигателем с глухо подключенным возбудителем – генератором постоянного тока, расположенном на одном валу с синхронным двигателем.

Пуск синхронного двигателя М производится переводом рукоятки переключателя SA в положение Bкл. Реле КV2, KV3 контролируют наличие напряжения в цепи переменного тока. Если напряжение есть, срабатывает реле КV1, которое включает линейный контактор КМ1. Начинается асинхронный пуск синхронного двигателя. Напряжение на возбудителе – генераторе G с самовозбуждением возрастает и по достижении подсинхронной скорости двигатель М втягивается в синхронизм.

При снижении напряжения в сети на 15-20% реле КV3 отключается и замыкает свой н.з. контакт в цепи контактора КМ2, который своим главным контактом шунтирует сопротивление форсировки возбуждения R_ф, вследствие чего возрастает напряжение возбудителя и ток возбуждения синхронного двигателя. Это позволяет избежать выхода двигателя из синхронизма при резком снижении напряжения сети.

Если напряжение в сети длительное время не восстанавливается, реле времени КТ отключает двигатель.

Релейно-контакторное управление двигателями постоянного тока независимого возбуждения в настоящее время не применяется. Эти двигатели управляются полупроводниковыми управляемыми выпрямителями, как это было рассмотрено в разделах 5.3, 5.4.

9.3. Принципы построения систем регулирования электроприводов

В современных автоматизированных регулируемых электроприводах плавное регулирование скорости, положения, момента в заданном диапазоне достигается посредством регулирования параметров электроэнергии (величины тока, напряжения, частоты), подводимой к обмоткам двигателя. Регулирование этих величин осуществляется полупроводниковыми преобразователями электроэнергии (управляемыми выпрямителями, преобразователями частоты) посредством электронных регуляторов или микропроцессорных устройств.

В зависимости от назначения и технических требований, предъявляемых к электроприводу, различают два типа построения систем регулирования:

• разомкнутые системы регулирования;

• замкнутые системы регулирования.

Разомкнутой системой регулирования электропривода называется система, в которой отсутствует обратная связь по выходной регулируемой координате. Функциональная схема разомкнутой системы электропривода приведена на рис.9.7,а. В такой системе фактическое значение регулируемой координаты Y существенно зависит от возмущений f, действующих на узлы системы и рабочий орган, так как сигнал управления U=Х_з не зависит от отклонения регулируемой координаты от заданного значения.

Основным видом возмущающего воздействия является изменение момента сопротивления М_с на рабочем органе машины. Возмущающие воздействия могут быть и другими, например, изменение напряжения питающей сети.

Замкнутой системой регулируемого электропривода называется система, в которой имеется обратная связь по выходной координате. Функциональная схема такой системы приведена на рис.9.7,б.

В замкнутой системе регулирования сигнал управления U формируется из сигнала задания Х_з и сигнала отрицательной обратной связи Z, несущего информацию о фактическом значении регулируемого параметра Y, которое зависит от возмущений, действующих на узлы системы и рабочий орган электропривода. В результате введения обратной связи ошибка регулирования уменьшается до допустимого значения. Сигнал управления U системы электропривода с обратной связью представляет собой отклонение (ошибку) регулирования относительно сигнала задания Х_з. При этом ни одно из возмущений не измеряется, а их влияние на регулируемый параметр воспринимается системой по каналу обратной связи. Следовательно, в системах с отрицательной обратной связью по выходному параметру реализуется управление по отклонению.

Обратная связь представляет собой канал передачи и преобразования информации с выхода системы регулирования или ее узлов на вход с целью формирования результирующего сигнала управления.

Уравнение сигнала управления U=Х_з±Z. В зависимости от знака сигнала Z обратная связь бывает положительной или отрицательной. Если сигнал обратной связи Z суммируется с сигналом задания Х_з, то обратная связь называется положительной. Если сигнал обратной связи Z вычитается из сигнала Х_з, то обратная связь называется отрицательной.

По характеру действия обратные связи подразделяются на жесткие, гибкие и нелинейные обратные связи с зоной нечувствительности, которые иначе называются связями с отсечкой.

Если обратная связь действует только во время переходных процессов, то такая обратная связь называется гибкой. Если обратная связь начинает действовать только с определенного уровня регулируемого параметра Y, то такая обратная связь называется задержанной или обратной связью с отсечкой. Жесткие обратные связи и обратные связи с отсечкой используются, в первую очередь, для формирования статических характеристик электропривода. Кроме того, жесткие и особенно гибкие обратные связи применяются для обеспечения устойчивости системы регулирования и получения желаемых динамических показателей, характеризующих протекание переходных процессов при воздействии на систему сигналов задания Х_з и возмущений f.

В замкнутых систем регулирования электроприводов почти всегда используется отрицательная обратная связь по скорости, как главная обратная связь по контролируемому параметру. В подразд. 4.2 и 8.2 подробно были рассмотрены назначение, принцип действия и влияние этой обратной связи на статические и динамические характеристики электропривода. Было показано, что отрицательная обратная связь по скорости повышает жесткость механических характеристик электропривода, увеличивает точность регулирования, повышает быстродействие при отработке управляющих воздействий и возмущений по нагрузке, но увеличивает колебательность переходных процессов.