Тема: Автоматическое управление электроприводом
Основной задачей автоматизации сельскохозяйственного производства является увеличение производительности труда, снижение затрат на единицу продукции, т.е. снижение себестоимости. Одновременно решаются задачи – улучшение условий труда, повышение качества продукции.
К настоящему времени в с\х производстве получили распространение - автоматизированное управление водоснабжения, орошения, автоматизированные птичники и инкубаторы, хранилища, линии послеуборочной обработки зерна и других культур, кормоприготовление.
Дальнейшую автоматизацию с\х производства и, в частности, электропривода отдельных машин и технологических линий в целом, нужно признать главным направлением в развитии эффективности производства.
Схемы управления электроприводом
Управление электроприводами заключается в осуществлении пуска, регулирования частоты вращения, торможения, реверсирования, а также поддержания режима работы привода в соответствии с технологическими требованиями.
Управление может быть:
- ручным;
полуавтоматическим;
автоматическим.
Операция управления – это определенное действие по характеру:
а) включение и выключение двигателя;
б) переключение со Y на Δ;
в) регулирование скорости;
г) блокировка;
д) остановка двигателя в определенном заданном положении с помощью путевых или конечных выключателей;
е) сигнализация о состоянии и положении электропривода и его отдельных звеньев;
и т.д.
Классификация электрических схем. Условные обозначения.
Электрические схемы в зависимости от основного назначения подразделяются на:
а) – структурные;
б) – функциональные;
в) – принципиальные;
г) – соединения;
д) – подключения.
Структурная схема – схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи. Ими пользуются для общего ознакомления с изделием или установкой.
Функциональные схемы – изображаются, обычно, в виде прямоугольников, а наименование, тип или обозначение устройства вписывают внутрь прямоугольника. Направление хода процесса показывают стрелками:
У У
У О У
Рис.83 Функциональная схема управления электродвигателем
У У – управляющее устройство – например, кнопочная станция;
У – усилитель – например, магнитный пускатель;
О У – объект управления (двигатель).
Функциональные схемы отличаются от структурных только тем, что в них вместо связей, обозначаемых стрелками, допускается показывать конкретные соединения между элементами в виде проводов, кабелей.
Лекция №15
Принципиальная схема (полная) дает детальное представление о принципах работы устройства, установки и служит основанием для разработки других конструкторских документов.
Каждый элемент, входящий в устройство, должен иметь буквенно-цифровое обозначение.
Буквенное обозначение – сокращенное наименование элемента, составленное из начальных или характерных букв. Наиболее часто применяемые буквенные обозначения:
а) для контактов и катушек контакторов, магнитных пускателей и электромагнитных реле – « К », « Р », « Л »;
б) рубильники, путевые выключатели, кнопочные выключатели – « S », « В », « Кн »;
в) предохранители, тепловые реле и автоматические выключатели – « F »,« Рт »;
г) электродвигатели – « М ».
Цифровое обозначение присваивается, начиная с единицы элементам, которые на схеме имеют одинаковые буквенные обозначения.
Силовые цепи или цепи главного тока вычерчиваются жирными линиями, а вспомогательные цепи (цепи управления), состоящие из катушек, реле, контактов, цепей защиты и сигнализации, изображаются тонкими линиями (рис.84).
А
В
С
F
Кн1 Кн2
А1 В1 С1 К1
Рт
К
К2
РТ
А2 В2 С2
М
Рис.84 Принципиальная электрическая схема подключения двигателя
через магнитный пускатель
Схемы соединений (монтажные) показывают соединения составных частей изделия и определяют провода, жгуты, кабели, которыми осуществляются эти соединения, а также, места их присоединения и ввода. Ими пользуются при монтаже электропроводок.
В схемах соединений расположение отдельных элементов одного и того же аппарата дается в соответствии с их действительным размещением в непосредственной близости друг от друга.
На основании принципиальной электрической схемы (рис.84) составляют схемы соединений управления (рис.85).
Из рис.85 видно, что схема соединений должна составляться в соответствии с принципиальной и с маркировкой участков цепи. Главные цепи маркируются буквами А, В, С. Цепи управления – арабскими буквами. Провода, идущие в одном направлении, показываются одной линией.
Замыкающие и размыкающие контакты электрических аппаратов в электрических схемах изображаются в положении, которое они занимают при снятии напряжения с катушек этих аппаратов или при отсутствии механического воздействия на контактную систему, например, при отсутствии нажатия на кнопочный выключатель.
А В С
К
А В С
А1
А2
А1 В1 С1
В1 В2 Рт
С1 С2
1 2
1, 2, С1
АПВ 3 2.5; Тр 20 в полу
А2,
В2, С2
АПВ
3
2.5; Тр 20 в полу
Кн2
А2 В2 С2 1 2
Рт 1 Кн1 С1
М
Рис.85 Схема соединений подключения двигателя через магнитный
пускатель и кнопочную станцию
Схема подключений – схема, показывающая внешние подключения установки. Изображается изделие обычно в виде прямоугольника, а его входные и выходные элементы (разъемы, зажимы и т.д.) в виде условных графических обозначений.
Правила начертания схем.
1). Принципиальные электрические схемы изображаются в виде разверток, т.е. разносятся отдельные части элемента (например, катушку и контакты магнитного пускателя) в разные места так, чтобы отдельные цепи изделия были изображены более наглядно одна за другой, образуя параллельные строки.
2). Части одного и того же аппарата обозначаются одной буквой.
3). Схема показывается в так называемом начальном (нормальном) состоянии –обесточенном. На командо-аппараты (кнопки) нет механического воздействия.
Схема управления двигателем с реостатным пуском и торможением
Пуск, торможение и регулирование скорости вращения двигателя с фазным ротором сопряжены с изменением сопротивлений, включенных в цепь ротора. Величина сопротивлений должна изменяться в определенной последовательности.
Принципы управления этими двигателями могут быть осуществлены в следующих зависимостях:
а) управление в функции пути (пуск, торможение);
б) управление в функции тока (мощности, момента);
в) управление в функции времени;
г) управление в функции скорости.
При
пуске и торможении двигателей происходит
изменение различных величин, характеризующих
работу привода. Например, при пуске с
введением сопротивления в цепь ротора
изменяются во времени ток « I
», момент « М », электродвижущая сила
« Е », угловая скорость
,
частота тока ротора « f2
».
Изменение
тока и момента в заданных пределах (от
« I1,
М1 »
до « I2,
М2 »)
обеспечивается последовательным
выключением ступеней сопротивления в
цепи ротора двигателя. Эти выключения
необходимо выполнять при токах I1
и I2,
или скоростях
или
,
или ЭДС ротора Е1
или Е2,
частоте тока в роторе f1
или f2,
времени t1
или t2.
Рассмотрим схему управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции времени (рис.86). Для отсчета требуемого промежутка времени используется реле времени.
Напряжение на схему подается включением автоматического выключателя В1. При нажатии пусковой кнопки Кн2 питание подается на реле времени РВ1 и катушку магнитного пускателя Р1, который подключает своими главными контактами Р1, в силовой цепи, статор двигателя к сети с введенными в цепь ротора резисторами R1 и R2. Реле промежуточные РП1 и РП2 еще не включены.
С момента замыкания силовых контактов Р1 начинается пуск двигателя по искусственной характеристике 1 (рис.87), т.к. в цепь ротора введены резисторы R1 и R2.
По истечение заданного промежутка времени t1 замыкаются контакты реле времени РВ1, получает питание катушка реле промежуточного РП1, которая отключает контактами в цепи пускового реостата РП1 первую ступень реостата R1. Двигатель переходит на вторую ступень разгона - искусственная характеристика 2 (рис.87).
А В С N
В1
Кн1
Кн2 Р1
Р1
Р1
РВ1
РВ1 РП1
РП2
РП1 РВ2
R2 РВ2 РП2
РП1
R1
Рис.86 Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции времени
М
1 2
М1
3
М2
t1
t2
w0
w,
t
Рис.87 Механическая характеристика пуска асинхронного двигателя с
фазным ротором в функции времени
Промежуточное реле РП1 включившись, подаст напряжение («запитает») катушку реле времени РВ2, которая после отсчета заданного промежутка времени t2 замкнет свои контакты в цепи катушки промежуточного реле РП2. Оно сработает и зашунтирует полностью пусковой реостат – отключит вторую ступень реостата R2. Двигатель перейдет на работу по естественной механической характеристике 3 (рис.87).
Преимуществами управления двигателем в функции времени являются:
простота;
надежность;
почти постоянство пуска, торможения и реверса даже при значительных колебаниях напряжения питающей сети, момента инерции и статического момента.
Поэтому данный метод широко распространен в схемах управления.
Недостатки - независимость времени переключения от величины токов, скорости и величины нагрузки. Переключение зависит лишь от времени выдержки (настройки) реле времени.
В том случае, когда необходимо осуществлять переключения в зависимости от величины тока, используют в схемах реле тока (в функции тока).
Достоинством данного принципа включения двигателей является то, что переключение двигателя с одной механической характеристики на другую происходит всегда при одной величине тока, т.е. при одной и той же мощности двигателя или при одной и той же нагрузке рабочей машины на двигатель.
Однако, при значительном увеличении статического момента пусковой ток может снижаться очень медленно до тока переключения токовых реле и двигатель не разгонится – «застрянет». В данном случае может перегореть пусковой реостат.
Точно также могут быть использованы для запуска схемы управления в функции частоты вращения. Переключения с одной на другую механические характеристики осуществляются в зависимости от скорости вращения ротора.
Дома. Выбор величины пускового реостата (с.153 Назаров и др. «Электропривод и применение электрической энергии в сельском хозяйстве»).