2. Схема управления 2-скоростным асинхронным двигателем при помощи кулачкового контроллера
Основные сведения
Схема предназначена для управления двухскоростным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при помощи кулачкового контроллера типа КВ2 ( рис.235 ).
Кулачковые контроллеры – это командоаппараты с механически переключаемыми контактами.
Для переключения контактов служит рукоятка или штурвал командоконтроллера.
В данной схеме использованы два способа коммутации цепей:
1. контактный, при помощи обычных медных контактов;
2. бесконтактный, при помощи тиристорных коммутаторов.
Основная особенность схемы состоит в том, что переключение медных контактов
происходит при снятом с них напряжении, что уменьшает обгорание и износ контактов.
Таким образом, данная схема – гибридная, в ней есть элементы контактных и бес-
контактных схем. К первым из них относятся контакты контроллера, ко вторым – тири-
сторные коммутаторы. Первый автомпбиль был похож на телегу.
На статоре двигателя уложены две обмотки с разным числом пар полюсов.
Основные элементы схемы
К основным элементам схемы относятся ( рис. 235 ):
1. линейные провода А, В , С;
2. двухполюсный автоматический выключатель АВ, для максимальной защиты
по току и минимальной защиты по напряжению;
3. ЗП – блок защиты тиристоров от перенапряжений;
4. БС – бесконтактный тиристорный переключатель ( контактор );
5. РТ1…РТ4 – тепловые реле;
6. 1С1…1С3 – выводы обмотки статора 1-й скорости;
7. 2С1…2С3 - выводы обмотки статора 2-й скорости;
8. предохранители в цепи удерживающей катушки АВ автоматического выключа-
теля АВ;
9. ВКВ – конечный выключатель «Вперёд»;
10. ВКН - конечный выключатель «Назад»;
11. ТМ – катушка электромагнитного тормоза;
12. К – блок контроля исправности тиристоров;
13. РК – реле блока контроля «К»;
14. I…XII – контакты контроллера.
Рис. 235. Схема кулачкового контроллера типа КВ2 с бестоковой коммутацией
Особенность контроллера состоит в том, что кроме фиксированных положений рукоятки, обозначенных цифрами «0», «1» и «2» ( см. таблицу переключений контактов ), имеются промежуточные, обозначенные «П1» и «П2».
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе:
1. подают питание на линейные провода А,В,С;
2. поворотом съёмной рукоятки включают автоматический выключатель АВ. При
этом замыкаются два главных контакта АВ в среднем и правом проводах.
В нулевом положении рукоятки контроллера замкнуты контакты VII, VII и XI.
При этом образуется цепь удерживающей катушки АВ:
линейный провод С – правый контакт АВ – верхний предохранитель – контакт XI – катушка АВ – контакты тепловых реле РТ1…РТ4.
После этого рукоятку контроллера можно снять, выключатель АВ будет удержи-
ваться во включённом состоянии за счёт протекания тока через его удерживающую катуш
ку.
Схема готова к работе.
Схема управления симметрична, рассмотрим работу схемы в направлении «Впе-
рёд».
Работа схемы
1-я скорость
При переводе рукоятки контроллера в 1-е положение, вначале, в первом промежу-
точном положении «П1» замыкаются контакты III, IV и размыкается контакт IX.
Несмотря на размыкание контакта IX, цепь катушки АВ сохраняется через замкнув
шийся контакт III:
линейный провод А – контакт III – нижний предохранитель – контакт ВКВ – катуш
ка АВ – контакты РТ1…РТ; - левый контакт АВ – линейный провод В.
Через контакты III, IV подаётся питание на нижнюю часть силовой схемы. Однако питание на обмотку статора 1-й скорости не поступает, т.к. разомкнуты контакты I, II в
блоке БС, поэтому тиристоры блока заперты и ток не пропускают.
При установке рукоятки в первое фиксированное положение «1» замыкаются кон
такты I, II и XII.
Через контакты I, II образуются цепи тока управления тиристорами блока БС.
Тиристоры открываются и пропускают напряжение на обмотку статора 1-й скоро-
сти и на первичную обмотку понижающего трансформатора «Т» напряжением 380/ 27 В блока «К».
Переменное напряжение вторичной обмотки выпрямляется мостиком Гретца. Вы-
ходное напряжение мостика 24 В постоянного тока пробивает стабилитрон VD.
Обычно напряжение рабочего пробоя стабилитрона – 18...20 В.
При этом образуется цепь катушки реле РК:
“плюс” сверху мостика – пробитый стабилитрон VD – катушка РК – контакт XII – «минус» снизу мостика.
Реле включается и замыкает 3 контакта:
1. два контакта РК в цепях управления тиристорных коммутаторов тормоза;
2. контакт в цепи заряда конденсатора С блока «К».
Двигатель растормаживается и включается на 1-й скорости.
Конденсатор С заряжается до напряжения 24 В постоянного тока по цепи:
“плюс” сверху мостика – пробитый стабилитрон VD – контакт РК – конденсатор С - «минус» снизу мостика.
Полярность на пластинах конденсатора такая : “плюс” сверху С, «минус» снизу С.
2-я скорость
При переводе рукоятки контроллера во 2-е положение, вначале, в втором промежу-
точном положении «П2» размыкаются контакты I,II.
При этом тиристоры в блоке БС запираются, снимая напряжение с обмотки статора 1-й скорости и первичной обмотки трансформатора Т блока контроля «К».
Однако реле К не отключается, т.к. через катушку реле протекает разрядный ток конденсатора С по цепи:
“плюс” сверху С – контакт РК – катушка РК - «минус» снизу С.
Поэтому контакты РК в цепях управления тиристорными коммутаторами тормоза ТМ не размыкаются, что исключает торможение двигателя в промежуточном положении рукоятки контроллера.
В середине этого промежуточного положения размыкаются контакты VII, VIII, от-
ключая обмотку статора 1-й скорости, и замыкаются контакты IX, X, подключая обмотку статора 2-й скорости.
Таким образом, размыкание контактов VII, VIII и замыкание контактов IX, X проис
ходит при снятом с контактов напряжении. Такое переключение исключает образование дуги на контактах и увеличивает их срок службы.
При установке рукоятки во второе фиксированное положение «2» повторно замыка
ются контакты I, II.
Через эти контакты восстанавливаются цепи тока управления тиристорами блока БС.
Тиристоры открываются и пропускают напряжение на обмотку статора 2-й скоро-
сти и на первичную обмотку понижающего трансформатора «Т» напряжением 380/ 27 В блока «К».
Двигатель работает на 2-й скорости.
Для остановки двигателя рукоятку контроллера возвращают в положение «0».
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
При коротком замыкании в любой из 2-х обмоток статора отключается автоматиче-
ский выключатель QF. Его контакты размыкаются, снимая питание с силовой части схемы и с катушки АВ. Одновременно рукоятка контроллера пружиной возвращается в положе-
ние «0».
Двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для продолжения работы надо вновь вставить и повернуть съёмную рукоятку кон-
троллера, чтобы замкнулись контакты АВ.
Далее работа схемы повторится ( см. выше «Подготовка схемы к работе» ).
При коротком замыкании в катушке АВ перегорает предохранитель:
1. в нулевом положении – верхний;
2. в положении «Вперёд» - нижний;
3. в положении «Назад» - средний.
В любом из этих случаев отключается автоматический выключатель QF.
Далее схема работает точно так, как при коротком замыкании в обмотке статора.
Защита от токов перегрузки
При перегрузке тепловые реле РТ1-РТ2 или РТ3-РТ4 разомкнут контакты в цепи катушки АВ, при этом отключится выключатель АВ.
Далее схема работает работает точно так, как при коротком замыкании в обмотке
статора.
Тепловые реле имеют самовозврат, их контакты повторно замкнутся через 3…4 мин после отключения двигателя.
Поэтому перед продолжением работы надо сначала устранить причину перегрузки,
иначе тепловые реле сработают повторно.
Защита по снижению напряжения
При снижении напряжения сети до 60% и менее якорь выключателя QF отпадает.
Выключатель QF отключается. Далее схема работает точно так, как при коротком замыкании в обмотке статора.
Блокировки
В схеме предусмотрена блокировки, ограничивающие движение механизма электро
привода при движении «Вперёд» или «Назад».
Например, при достижении крайнего допустимого положения рабочего органа меха
низма при движении «Вперёд» размыкается контакт ВКВ, катушка выключателя АВ обес-
точивается. Выключатель АВ отключается.
Далее схема работает работает точно так, как при коротком замыкании в обмотке
статора.
Для восстановления работы «Вперёд» надо сначала включить двигатель в направле
нии «Назад» и дождаться замыкания контактов ВКВ, после чего продолжить работу в на-
правлении «Вперёд».
Аналогично работает схема при размыкании контактов ВКН «Назад».
Блок контроля
Блок контроля предназначен для контроля исправности тиристоров блока БС.
Если все 4 тиристора этого блока исправны, на первичную обмотку трансформато-
ра блока К поступает напряжение 380 В. Далее блок работает так, как описано выше, т.е. включается реле РК, управляющее тормозом ТМ.
Если любой из этих тиристоров неисправен, т.е. не пропускает ток, он «отсекает» одну полуволну переменного напряжения 380 В. Поэтому напряжение на обмотке статора двигателя, а также на первичной обмотке трансформатора Т, уменьшится от 380 В до 190 В.
В результате напряжение на выходе мостика блока К упадёт от 24 В до 12 В, стаби
литрон VD закроется, отключится реле РК. Это реле разомкнёт контакты РК в цепях управ
ления тиристорами тормоза ТМ.
Двигатель затормозится, перейдёт в режим стоянки под током и будет отключён тепловыми реле РТ1-РТ2 или РТ3-РТ4 ( см. выше «Защита от токов перегрузки ).
Блок защиты тиристоров от перенапряжений
Тиристоры крайне чувствительны к перенапряжениям.
В данной схеме такие перенапряжения возникают при каждом размыкании контак-
тов I,II, при котором в каждой фазной обмотке статора двигателя индуктируется э.д.с. са
моиндукции, совпадающая, на основании правила Ленца, по фазе с фазным напряжением такой же обмотки статора генератора.
Напряжение, равное сумме фазного напряжения генератора и фазной э.д.с. самоин-
дукции обмотки статора двигателя, приложены к запирающимся тиристорам и пробивают их..
Для защиты тиристоров от перенапряжений в схеме использован блок ЗП.
Этот блок состоит из двух последовательно соединённых однополупериодных схем выпрямления на 6-ти полупроводниковых диодах, резистора R и конденсатора С.
При размыкании контактов I,II образуется замкнутый контур, состоящий из обмот-
ки статора, тиристоров блока БС и перечисленных элементов блока ЗП.
В этом контуре под действием ЭДС самоиндукции возникает разрядный ток, кото-
рый непродолжительное время поддерживает прежнее направление рабочего тока в тири-
сторах.
В результате ток через тиристоры убывает не мгновенно, и ЭДС самоиндукции уменьшается до безопасных для тиристоров значений.
3. Схема управления 2-скоростным асинхронным двигателем при помощи тиристорного контроллера
Основные сведения
Тиристорные контроллеры серии КБТ ( контроллер бесконтактный тиристорный )
предназначены для управления асинхронными двигателями мощностью от 2 до 30 кВт и
напряжением 220 и 380 В переменного тока.
Контроллеры представляют собой комплектные устройства, заключённые в метал
лический кожух. Внутри кожуха находятся силовые тиристорные блоки и элементы схемы управления – реле, блоки питания реле, резисторы, конденсаторы, полупроводниковые диоды и др.
Контроллеры серии КБТ – реверсивные, имеют все необходимые защитные устрой
ства, в том числе блок защиты тиристоров от перенапряжений.
Для управления тиристорными блоками в контроллере использованы не обычные электромагнитные реле, а реле с магнитоуправляемыми контактами – герконы ( от слов
«герметизированные контакты» ). Описание устройства и принципа действия герконов приведено в главе 1.
Катушки герконов обозначаются обычным способом, в виде прямоугольников, зато
их контакты помещают внутрь кружка ( окружности ).
Схема тиристорного контроллера типа КБТ 9
Схема тиристорного контроллера типа КБТ 9 изображена на рис. 236.
Рис. 236. Схема тиристорного контроллера типа КБТ 9
Элементы схемы
К основным элементам схемы относятся:
1. А, В, С - линейные провода ;
2. ЗП – блок защиты тиристоров от перенапряжений;
3. Н – реверсивный контактор «Назад»;
4. В - реверсивный контактор «Вперёд»;
5. М – контактор 1-й ( малой ) скорости;
6. Б - контактор 2-й ( большой ) скорости;
7. 1С1, 1С2, 1С3 – выводы обмотки статора 1-й скорости;
8. 2С1, 2С2, 2С3 – выводы обмотки статора 2-й скорости;
9. РТ1-РТ2 и РТ3-РТ4 – тепловые реле 1-й и 2-й скорости;
10.К1 – блок контроля 1-й скорости;
11. К2 - блок контроля 2-й скорости;
12. ВУ – однополюсный аварийный выключатель;
13. КЛ – линейный контактор;
14. П – блок питания, для получения напряжения 24 В постоянного тока;
15. РПВ1, РПВ2 – промежуточные реле «Вперёд»;
16. РВ1…РВ5 – основные реле «Вперёд»;
17. РПН1, РПН2 – промежуточные реле «Назад»;
18. РН1…РН5 – основные реле «Назад»;
19. РМ1, РМ2 – реле 1-й скорости;
20. РБ1, РБ2 - реле 2-й скорости;
21. Р1, Р2 – реле тормоза;
22. Р01, Р02 – реле напряжения, для отключения двигателя при снижении напряже
ния;
23. R1…R4 – резисторы, для создания выдержки времени отключения реле;
24. С1…С4 – конденсаторы, для создания выдержки времени отключения реле;
25. VD1…VD15 – развязывающие диоды, для исключения образования ложных
цепей постоянного тока при питании этих цепей от одного источника постоянного тока.;
26. К3…К7 – контакты командоконтроллера.
Подготовка схемы к работе
Для подготовки схемы к работе:
1. подают напряжения на линейные провода А, В, С;
2. включают аварийный выключатель ( выключатель управления ) ВУ.
Через выключатель ВУ включается линейный контактор КЛ и подаётся питание на
первичную обмотку трансформатора Тр1 напряжением 380/27 В в блоке питания.
Контактор включается и замыкает главные контакты КЛ в силовой части схемы.
Напряжение 27 В переменного тока выпрямляется мостиком Гретца, на выходе мо-
стика появляется напряжение 24 В постоянного тока, которое используется для питания цепей управления.
Конденсатор С1 блока питания служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.
В нулевом положении рукоятки командоконтроллера замкнут контактК7, через не-
го образуется цепь катушек реле напряжения Р01, Р02:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока питания П – левый предохранитель - РВ5 – РН5 – К7 – катушки Р01, Р02 – правый предохранитель – «минус» на правом выво
де мостика Гретца.
Оба реле включаются и замыкают контакты Р01 и Р02, готовя схему к работе.
Одновременно образуется цепь зарядки конденсатора С5 через резистор R4:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока питания П – левый предохранитель - РВ5 – РН5 – К7 – R4 – C5 – правый предохранитель – «минус» на правом выводе мости-
ка Гретца.
Конденсатор С5 заряжается до 24 В с полярностью: «плюс» на левой пластине, «минус» на правой.
Схема управления симметрична, рассмотрим работу схемы в направлении «Впе-
рёд».
Работа схемы
1-я скорость
При переводе рукоятки командоконтроллера в 1-е положение «Вперёд» замыкается контакт К3.
Через него образуются :
1. цепь катушек реле 1-й скорости РМ1, РМ2;
2. цепь катушек промежуточных реле РПВ1, РПВ2.
Цепь катушек РМ1, РМ2:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока питания П – левый предохранитель - РН5 – Р01 - контакт К3 – VD3 - катушки РМ1, РМ2 – VD2 - правый предохранитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
Цепь катушек РПВ1, РПВ2:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока питания П – левый предохранитель - РН5 – Р01 - контакт К3 – VD4 - катушки РПВ1, РПВ2 – VD17 - правый предохранитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
Реле РМ1, РМ2 включаются и замыкают контакты РМ1, РМ2 в блоке М, готовя
тиристорный контактор 1-й скорости «М» к последующему включению.
Реле РПВ1, РПВ2 включаются и замыкают контакты, причём через контакт РПВ1
включается основное реле «Вперёд» РВ5.
Реле РВ5 :
1. размыкает контакт в цепи катушек реле Р01, Р02;
2. замыкает контакт в цепи катушек основных реле РВ1…РВ4.
Несмотря на размыкание контакта РВ5, реле Р01, Р02 не отключаются, т.к. их ка-
тушки подпитываются разрядным током конденсатора С5 по цепи:
«плюс» на левой пластине С5 – R4 – катушки Р01, Р02 – «минус» на правой пластине С5.
Через замкнувшийся контакт РВ5 включаются реле РВ1…РВ4 по цепи:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока П – левый предохранитель - РН5
– катушки ( РВ1+РВ2+РВ3+РВ4 ) - РВ5 – РПВ2 - правый предохранитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
Реле РВ1…РВ4 замыкают свои контакты в блоке В «Вперёд», тиристорные комму-
таторы блока включаются.
С этого момента напряжение через тиристоры блоков «В» и «М» поступает на об-
мотку 1-й скорости и первичные обмотки трансформаторов Тр2…ТР5 блоков контроля К1 и К2.
Цепи первичных обмоток такие:
трансформатора Тр2:
левый провод ( соединён с выводом 1С1 обмотки статора ) – первичная обмотка ТР2 – правый провод ( соединён с выводом 1С3 обмотки статора );
трансформатора Тр3:
левый провод ( соединён с выводом 1С1 обмотки статора ) – первичная обмотка ТР4 – первичная обмотка ТР5 - первичная обмотка ТР3 - правый провод ( соединён с выво
дом 1С3 обмотки статора ).
Таким образом, на первичной обмотке ТР2 напряжение – 380 В, а на первичной обмотке Тр3 – 127 В.
Эти напряжения понижаются и выпрямляются мостиками Гретца блока К1. При этом пробиваются стабилитроны Ст1 и Ст2, включаются реле контроля РК1,РК2 и РК3, РК4.
Эти реле замыкают свои контакты в цепях катушек тормозных реле Р1,Р2, при этом образуется цепь кашек реле Р1, Р2:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока питания П – левый предохранитель - РН5 – Р01 - контакт К3 – РК1 – РК3 – VD5 - катушки Р1, Р2 – VD17 - правый предохра
нитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
Реле Р1, Р2 включаются и замыкают контакты Р1, Р2 в блоке тормоза «Т».
Двигатель растормаживается и работает на 1-й скорости.
Одновременно через контакты РК1, РК3 образуется вторая цепь катушек реле Р01, Р02:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока П – левый предохранитель - РН5 –Р01 - контакт К3 – РК1 – РК3 – VD5 – VD15 - катушки Р01, Р02 – VD17 - правый предо-
хранитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
2-я скорость
При переводе рукоятки командоконтроллера из положения «1» в положение «2»
размыкается контакт К3 и замыкается контакт К4.
При размыкании К3 отключаются реле 1-й скорости РМ1, РМ2, поэтому отключает
ся тиристорный контактор 1-й скорости «М».
При замыкании К4 образуется цепь катушек реле 2-й скорости РБ1, РБ2:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока П – левый предохранитель - РН5 –Р01 - контакт К4 – VD5 – катушки РБ1, РБ2 – правый предохранитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
Двигатель переходит на 2-ю скорость.
При переходе на 2-ю скорость реле РК1…РК4 отключаются,, поэтому контакты РК1, РК3 в цепи катушек Р01, Р02 размыкаются.
Однако включаются реле контроля РК5…РК8 блока контроля К2, поэтому образует
ся третья цепь катушек реле Р01, Р02:
«плюс» на левом выводе мостика Гретца блока П – левый предохранитель - РН5 –Р01 - контакт К4 – РК5 – РК7 – VD8 – VD15 - катушки Р01, Р02 – VD17 - правый предохра
нитель – «минус» на правом выводе мостика Гретца.
Защиты
Защита от токов короткого замыкания
При коротком замыкании в любой из двух обмоток статора отключается автомати-
ческий выключатель ( на схеме не показан ).
При коротком замыкании в катушке линейного контактора КЛ или в первичной обмотке трансформатора Тр1 блока питания П перегорает один или оба предохранителя на стороне 380 В.
При коротком замыкании во вторичной обмотке трансформатора Тр1 или в цепях
катушек реле перегорает один или оба предохранителя в блоке питания П.
Во всех этих случаях двигатель отключается от сети и затормаживается.
Защита от токов перегрузки
При перегрузке двигателя тепловые реле РТ1, РТ2 или РТ3, РТ4 размыкают контак
ты в цепи первичной обмотки трансформатора Тр1 блока питания П.
Двигатель отключается от сети и затормаживается.
Защита по напряжению
В схеме есть две защиты по напряжению:
1. минимальная, при помощи контактора КЛ;
2. нулевая, при помощи реле напряжения Р01, Р02.
Минимальной называют защиту, срабатывающую при снижении напряжения до
определённого минимального значения, чаще всего до 60% номинального.
Нулевой называют защиту, срабатывающую при обесточивании схемы или судна в
целом.
При понижении напряжения или обесточивании защиты работают одинаково: в обо
их случаях защитное устройство, реагирующее на напряжение – реле напряжения, отпуска
ет свой якорь, двигатель отключается от сети и затормаживается.
Однако после восстановления напряжения защиты работают по разному. мини-
мальная защита в данной схеме допускает повторное включение, в схеме магнитного пу-
скателя – не допускает.
Нулевая защита в любой схеме не допускает повторного включения электроприво-
да до тех пор, пока после восстановления напряжения рукоятка командоконтроллера не будет возвращена в нулевое положение.
В данной схеме минимальную защиту обеспечивает контактор КМ.
При снижении напряжения до 60% якорь контактора КМ отпадает, размыкаются главные контакты КЛ, двигатель отключается от сети и затормаживается.
После восстановления напряжения контактор КМ включается, двигатель продолжа
ет работу.
Однако в данной схеме, в дополнению к контактору КМ, используются реле напря-
жения Р01, Р02, обеспечивающие нулевую защиту.
Поэтому такой порядок работы минимальной защиты ( см. выше ) возможен лишь при непродолжительном провале напряжения ( до 1 с ). За это время реле напряжения Р01, Р02 не успевают отключиться, т.к. их катушки подпитываются разрядным током конден-
сатора С5.
При продолжительном провале напряжения ( более 1 с ) конденсатор С5 успевает
разрядиться через катушки реле напряжения Р01, Р02 , эти реле отключаются.
В результате двигатель отключается от сети и затормаживается.
Продолжение работы возможно, если восстановится напряжение, а рукоятка коман
доконтроллера перед началом работы будет возвращена в нулевое положение.
Защита от обрыва фазы
Неисправный тиристор не пропускает ток, что равнозначно обрыву фазы.
Исправность тиристоров в данной схеме контролируют блоки контроля К1 и К2.
При неисправности любого тиристора в блоке контроля 1-й или 2-й скорости реле соответствующие реле контроля отключаются и размыкают свои контакты в цепи катушек
реле напряжения Р01, Р02.
Эти реле размыкают контакты Р01, Р02, схема управления обесточивается.
Двигатель отключается от сети и затормаживается.
Для продолжения работы надо найти и заменить неисправный тиристор, а перед продолжением работы установить рукоятку командоконтроллера в нулевое положение.
После этого можно перевести рукоятку командоконтроллера в необходимое рабо-
чее положение.
Блок защиты тиристоров от перенапряжений
Устроен и работает так же , как в предыдущей схеме управления двухскоростным короткозамкнутым двигателем при помощи кулачкового контроллера.