3. Типовые схемы автоматического управления электродвигателями Автоматизация пуска двигателей постоянного и переменного тока Основные сведения

Наиболее опасной операцией для электродвигателей постоянного и переменного

тока является пусковая.

Пуск электродвигателей сопровождается бросками пусковых токов, вызывающих нагрев обмотки якоря двигателей постоянного тока, а также нагрев обмоток ротора и ста-

тора асинхронных двигателей. При этом пересыхает изоляция, что в конце концов приво

дит к межвитковому короткому замыканию в обмотках якорей и статоров.

Кроме того, пусковые токи больших по мощности электродвигателей вызывают провалы напряжения судовой сети, что неблагоприятно сказывается на работе электродви-

гателей, осветительных приборов, аппаратуры управления.

Пусковые токи превышают номинальные в 15…20 раз у двигателей постоянного то

ка и в 4…7 раз у асинхронных. Такая разница в значении пусковых токов объясняется тем,

что на переменном токе обмотки статора асинхронных двигателей, кроме активного сопро

тивления, имеют значительное индуктивное.

Поэтому на практике обязательным узлом схемы автоматизированного управления является узел автоматизации пуска.

Основная цель автоматизированного пуска – ограничение пусковых токов путем включения пусковых резисторов последовательно в цепь обмотки якоря или обмотки ста-

тора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

У асинхронных двигателей с фазным ротором пусковые резисторы вводят в цепь ротора.

Кроме ограничения пусковых токов, схема управления должна решить вторую зада

чу – своевременно отключить пусковые резисторы, поскольку они не рассчитаны ( по мощ

ности ) на длительное протекание тока.

Обычно процесс автоматизированного пуска занимает несколько секунд.

Для отключения пусковых резисторов применяют электромагнитные контакторы,

которые называют контакторами ускорения. Так они называются потому, что после вклю

чения контактора его контакт шунтирует очередную ступень пускового резистора, вследст

вие чего двигатель продолжает разгоняться ( ускоряться ).

Для управления контакторами могут быть использованы все величины, которые изменяются в процессе ускорения. В соответствии с этим можно наметить пять основных самостоятельных методов управления ускорением в функции: пути приводимого двигате-

лем механизма, тока, скорости, времени, ускорения электропривода.

В судовых условиях из перечисленных пяти методов нашли применение три:

1. в функции тока;

2. в функции скорости ( противоэ.д.с. );

3. в функции времени.

Рассмотрим поочередно каждый из этих методов.

Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции тока якоря

Схема пуска двигателя постоянного тока в функции тока якоря приведена на рис.

116.

Рис. 116. Схема пуска двигателя постоянного тока в функции тока якоря

Элементы схемы:

1. L1, L2 – линейные провода;

2. S1 – выключатель;

3. М – обмотка якоря электродвигателя;

4. L – параллельная обмотка возбуждения;

5. R - пусковой резистор;

6. КА1 – реле максимального тока;

7. КА2, КА3 - первое и второе реле ускорения;

8. SB1, SB2 – кнопки «Пуск» и «Стоп»;

9. КМ1 – линейный контактор;

10. КМ2, КМ3 – первый и второй контакторы ускорения.

Подготовка схемы к работе

Для подготовки схемы к работе подают питание на линейные провода L1, L2 и

включают выключатель S1. После этого через параллельную обмотку возбуждения поте-

чет ток, двигатель возбудится.

Никакие другие цепи питания не получают.

Схема готова к работе.

Пуск

Для пуска нажимают кнопку SB1 «Пуск», при этом получает питание катушка ли-

нейного контактора КМ1, контактор включается.

Его главные контакты КМ1.1 и КМ1.2 замыкаются, и через них и пусковой рези-

стор R обмотка якоря М подключается к питающей сети. Через обмотку якоря протекает пусковой ток, который недостаточен для срабатывания реле КА1, но достаточен для сраба

тывания первого токового реле КА2. Обычно этот ток I = 2,2…2,5 I .

Реле КА2 срабатывает и размыкает свой контакт КА2 в цепи катушки первого кон-

тактора ускорения КМ2. Реле КА3 включиться не может, т.к. в цепи его катушки разомк-

нут контакт КМ2.1.

Кроме того, замыкаются вспомогательные контакты КМ1.3 и КМ1.4. Контакт КМ1.3 шунтирует кнопку SB1 «Пуск», после чего ее можно отпустить. Контакт КМ1.4, за

мыкаясь, подготавливает к последующему включению катушки контакторов КМ2 и КМ3,

но эти контакторы не включаются, т.к. разомкнуты контакты КА2 и КМ2.2.

На пусковой диаграмме ( рис. 116, б ) пусковой ток выражается отрезком «0а», рав-

ным максимальному значению I .

Двигатель разгоняется по отрезку «ав» пусковой характеристики, и при уменьше-

нии пускового тока до минимального значения I = 1,1…1,2 I ( точка «в» ) реле КА2 отпускает свой якорь и замыкает контакт КА2 в цепи катушки первого контактора ускорения КМ2.

Контактор КМ2 замыкает контакты КА2.1 и КА2.2. Контакт КА2.1 шунтирует ле-

вую часть пускового резистора, контакт КА2.2 обрывает цепь катушки второго контактора ускорения КМ3.

Двигатель с броском тока переходит из точки «в» в точку «с». Этот ток протекает через катушку КА1, контакт КМ2.1, катушку реле КА3 и правую часть пускового резисто-

ра.

Далее двигатель разгоняется по отрезку «сd» пусковой характеристики, и при пов-

торном уменьшении пускового тока до минимального значения I = 1,1…1,2 I

( точка «d» ) реле КА3 отпускает свой якорь и замыкает контакт КА3 в цепи катушки кон-

тактора КМ3.

Контактор КМ3 замыкает контакт КМ3.1 и шунтирует правую часть пускового ре-

зистора. Двигатель с повторным броском тока переходит из точки «d» в точку «е» и далее

разгоняется до точки «f». В этой точке скорость двигателя перестанет изменяться, наступи установившийся режим работы.

Таким образом, для управления процессом пуска двигателя использовались реле тока КА2 и КА3. Оба реле включались при токе I = 2,2…2,5 I и отключались при токе I = 1,1…1,2 I .

Реле максимального тока КА1 предназначено для защиты цепи обмотки якоря от токов короткого замыкания, Обычно это реле настраивается на ток срабатывания I =

= 3…4 I .

При таком токе реле КА1 срабатывает и размыкает контакт КА1 в цепи катушки ли

нейного контактора КМ1. Последний отключается и размыкает контакты КМ1.1…КМ1.4.

Двигатель отключается от сети и останавливается.

Реле КА1 повторно замыкает контакт КА1 в цепи катушки контактора КМ1, но он повторно не включается, т.к. в цепи его катушки разомкнуты контакты SB1 и КМ1.3.

Для повторного пуска надо нажать кнопку «Пуск», после чего работа схемы повто-

ряется ( см «Пуск» ).

Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции противоэ.д.с. обмотки якоря ( скорости якоря )

Рис. 117. Схема пуска двигателя постоянного тока в функции противоэ.д.с.

Элементы схемы:

1. L1, L2 – линейные провода;

2. S1 – выключатель;

3. М – обмотка якоря электродвигателя;

4. L – параллельная обмотка возбуждения;

5. R - пусковой резистор;

6. КУ - удерживающая катушка контактора ускорения;

7. КУ - втягивающая катушка контактора ускорения;

8. SB1, SB2 – кнопки «Пуск» и «Стоп».

Двухкатушечный контактор ускорения КУ

Особенность схемы состоит в том, что в ней применяется двухкатушечный контак-

тор ускорения КУ.

На магнитопроводе контактора размещены две катушки - удерживающая катушка

КУ , включенная на зажимы пускового резистора, и втягивающая КУ , включенная на зажимы якоря. Это означает, что в любой момент времени напряжение на удерживаю-

щей катушке равно напряжению на пусковом резисторе, и напряжение на втягивающей ка

тушке равно напряжению на якоре двигателя.

Удерживающая катушка действует так, чтобы якорь контактора остался в исходном состоянии, при котором контакт КУ разомкнут. Втягивающая катушка, наоборот, стремит

ся притянуть якорь к сердечнику, при этом контакт КУ замыкается.

Пуск

Для пуска нажимают кнопку SB1 «Пуск», при этом получает питание катушка ли-

нейного контактора КМ1, контактор включается.

Его главные контакты КМ1.1 и КМ1.2 замыкаются, и через них и пусковой рези-

стор R обмотка якоря М подключается к питающей сети.

При этом падение напряжения на пусковом резисторе U и удерживающей катуш

ке в десятки раз превышает напряжение на якоре U и втягивающей катушке ( для двига

телей мощностью до 10 кВт при пуске U = 210…200 В, на якоре U = 10…20 В ). По-

этому контактор ускорения КУ удерживается в выключенном состоянии.

По мере разгона двигателя ток якоря, а значит, напряжение на пусковом резисторе U = I *R уменьшаются. Значит, напряжение на обмотке якоря увеличивается ( в сум

ме эти два напряжения постоянно должны давать неизменное по величине напряжение се-

ти ).

Поэтому действие удерживающей катушки ослабляется, а втягивающей – усилива-

ется. Как только напряжение на втягивающей катушке превысит напряжение на удержи-

вающей ( обычно в 1,2 раза ), контактор включается и своим контактом КУ шунтирует пусковой резистор.

При указанном соотношении ( 1,2 ) и напряжении двигателя U = 220 В, включение контактора произойдет при напряжении на якоре U = 120 В и на резисторе U = 100 В ( в сумме U + U = 120 + 100 = 220 В ).

Этот способ пуска называют также «пуск в функции скорости якоря», потому что противоэлектродвижущая сила обмотки якоря прямо пропорциональна скорости якоря:

Е = сωФ ( с – конструктивный коэффициент электрической машины, ω – угловая скорость обмотки якоря, Ф – магнитный поток ).

Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции времени в одну ступень

Рис. 118. Принципиальная схема автоматизированного пуска двигателя постоянно-

го тока в функции времени : а – с электромагнитным реле времени; б – с электромехани-

ческим реле времени

Схема автоматического пуска двигателя постоянного тока с электромагнит

ным реле времени ( рис. 118, а )

В схеме на рис.118, а:

1. L1, L2 – выводы питающей сети;

2. R - пусковой резистор;

3. L – параллельная обмотка возбуждения;

4. SB1, SB2 – кнопки соответственно «Пуск» и «Стоп»;

5. КМ1 – линейный контактор;

6. КТ – электромагнитное реле времени ( с демпфером );

7. КМ2 – контактор ускорения.