2.3 Узлы пуска и торможения двигателей работающих по принципу скорости.

Управление по принципу скорости требует контроля скорости с последующим автоматическим воздействием на соответствующий аппарат управления. Скорость можно контролировать при помощи центробежных реле, но в схемах управления пуском двигателя они применяются редко. Они сложны, дороги, недостаточно точные и ненадежны. Применение тахогенераторов не следует считать достаточно экономичными для простой схемы управления.

Наиболее часто и просто в таких схемах скорость двигателя можно контролировать косвенным путём, т. е. через его ЭДС (для машин постоянного тока) или через ЭДС и частоту тока в роторе для асинхронных и синхронных машин.

Контролировать скорость ДПТ через его ЭДС можно благодаря тому, что при постоянном магнитном потоке в якоре возникает ЭДС пропорциональная скорости якоря. Катушки реле ускорения можно включать на напряжение якоря превышающее ЭДС только на величину падения напряжения в якоре (I*Rя). При определенных значениях напряжения поочерёдно срабатывает реле (контакторы) ускорения, закорачивая ступени пускового сопротивления, значит контакторы ускорения в данном случае являются также и аппаратами контролирующими ЭДС якоря двигателя. На рисунках 2.5 приведена схема и графики автоматического пуска ДПТ параллельного или независимого возбуждения.

Рисунок 2.6 - Схема пуска двигателя в функции ЭДС.

Каждый из контакторов ускорения, включенных в схему, настроен на определённое значение напряжения стягивания. Пуск начинается после включения линейного контактора КМ1. В начале пуска напряжение на катушках контакторов КV1, КV2, КV3 мало и равно падению напряжения на якоре. Поэтому контакторы не могут сработать и в цепь якоря введено сопротивление всех трех ступеней. По мере увеличения скорости ЭДС возрастает. При токе якоря – I₂, и скорости - напряжение на катушке КV1:

,

контактор КV1 срабатывает, подавая напряжение на КМ2, шунтируется 1-я ступень пускового сопротивления и привод переходит на 2-ю пусковую характеристику. Двигатель разгоняется до скорости при которой включается КV2:

,

и замыкается контакт КМ4, затем включается контактор КV3:

.

т. е. последовательно выключаются сопротивления и двигатель выходит на естественную характеристику

Большее применение такой узел имеет при автоматическом управлении торможением (Рисунок 2.7).

Значения уставок KV4:

;

После осуществления разгона реле напряжения КV4 замкнуто, но напряжение на контактор КМ5 не поступает, т.к. в цепи разомкнут НЗ контакт КМ1.

При нажатии SB1 отключается контактор КМ1, и контактор КМ5. Начинается динамическое торможение. Тормозной момент будет снижаться в этой схеме прямо пропорционально скорости двигателя. При низкой скорости величина ЭДС станет равной напряжению отпускания реле динамического торможения КV4. Оно откроет свой контакт в цепи катушки КV5, контактор отключится и дальнейшее замедление будет происходить под действием Мс. Большое практическое значение имеет вопрос правильного выбора реле динамического торможения.

Рисунок 3.7 - Схема торможения двигателя.

Рис. Характеристика торможения

Достоинства узлов схем работающих по принципу скорости: простота и дешевизна.

Недостатки: зависимость времени пуска и торможения от величины статического момента, момента инерции, напряжения питающей сети, температуры сопротивлений и катушек, а также возможность задержки процесса пуска на промежуточной скорости вращения и перегревания пусковых сопротивлений, а также трудность настройки контакторов на различные напряжения втягивания.

3.4 Узлы пуска и торможения электродвигателей, работающих по принципу тока.

Рисунок 2.8 - Пуск и торможение по принципу тока ( а) - схема пуска;

б) – график тока.).

Управление в функции тока реализуется применением реле минимального тока.

Узел такой схемы приведен на рисунке 2.8 в применении к ДПТ последовательного возбуждения, там же приведена кривая тока якоря при пуске.

При нажатии на кнопку SB2 «Пуск» напряжение подается на катушку КМ1, и одновременно шунтируется пусковая кнопка и замыкается цепь блокировочного реле (РБ). Т.к. время срабатывания токовых реле КА1 и КА2 на порядок меньше чем время срабатывания РБ, то сначала разомкнутся контакты КА1 и КА2 и лишь затем замкнутся контакты РБ. По мере разгона на 1-й пусковой ступени ток в цепи якоря уменьшиться и при достижении величины I₂ отпускает свои контакты реле КА1. Под напряжением оказывается катушка КМ2 которая шунтирует 1-ю пусковую ступень и контакты КА1, т.е. дальнейшее питание катушки осуществляется через свои контакты. При разгоне по 2-й характеристики происходит повторное снижение тока и при достижении тока происходит размыкание контактов КА2. Шунтируется 2-я ступень и привод переходит на естественную характеристику.

Узел разгона двигателя выше основной скорости в функции тока

Принцип тока нашел довольно широкое применение при управлении полем двигателя независимого возбуждения в режимах автоматического пуска, торможения и реверсирования.

На рисунке 3.9 (а,б) представлен узел схемы пуска двигателя с использованием принципа тока при разгоне двигателя до заданной скорости, превосходящей номинальную.

Рисунок 2.9 - Узел пуска ЭП в функции тока при разгоне двигателя до скорости, выше номинальной ( а) - схема силовой части; б) - схема управления ЭП; в) - графики переходных

процессов).

В исходном положении обмотка возбуждения LМ обтекается максимальным током, и двигатель имеет номинальный магнитный поток Фн. Пуск двигателя может осуществляться по любому принципу, при этом пока двигатель не вышел на естественную характеристику контакты последней ступени контактора ускорения шунтирующей добавочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения замкнуты, поэтому разгон до основной скорости производится с постоянным магнитным потоком, при этом контакты токового реле включенные параллельно добавочному сопротивлению замкнуты. По мере разгона на естественной характеристике ток в цепи якоря уменьшается и при достижении величины тока отпускания контактов реле КА размыкает свои контакты и в цепь обмотки возбуждения вводится добавочное сопротивление, при этом поток снижается, а ток в цепи якоря вырастает. Контакты токового реле КА замыкаются и в цепи обмотки возбуждения шунтируется добавочное сопротивление. Магнитный токо несколько возрастает и ток в цепи якоря уменьшается, и так до тех пор пока ток в цепи якоря не станет равным току нагрузки. Этот принцип разгона называется вибрационным.

Кривые тока скорости, магнитного потока приведены на рисунке 2.9, в. Сложный характер кривой тока объясняется непрерывным изменением электромагнитной постоянной времени обмотки возбуждения за время процесса ослабления поля.

Достоинства: 1. Вибрационные устройства автоматически управляют полем машины в динамике (при пуске и торможении), используя принцип тока.

2. Значительно упрощаются схемы управления возбуждением машины (по сравнению со схемами, построенными по принципу времени).

Принцип тока также применяется при пуске и торможении асинхронных электродвигателей.

Области применения рассмотренных принципов управления:

Узлы в функции времени наиболее часто используются для пусковых режимов.

Управление функцией скорости наибольшее применение нашли при реализации тормозных режимов.

Управление функцией тока чаще применяется для разгона выше основной скорости и для пуска двигателей работающих в напряженном режиме.

3.5 Узлы пуска и торможения электродвигателей по принципу пути

В СУЭП применяются электрические схемы, содержащие типовые узлы, работающие по принципу пути. Это означает, что какой - либо узел электрической схемы управления электродвигателями работает в зависимости от положения в пространстве рабочих органов машин, технологических механизмов. Здесь решаются задачи, отличные от задач приведенных выше. Эти узлы решают задачи подачи первоначальных сигналов на пуск или остановку электродвигателей, пуск или остановку двигателей только в определенной области перемещений, изменений режимов и т.д. в зависимости от положения рабочих органов. На рисунке 2.10 приведена схема одного из примеров перемещения рабочего органа на базе асинхронных электродвигателей в определенном диапазоне.

Рисунок 2.10 - Узел схемы автоматического управления асинхронными двигателями М1 и М2 в определенном диапазоне перемещений рабочего вала.

Совершающий горизонтальное перемещение рабочий орган В не находится ни в одном из крайних положений, следовательно, управление двигателями ничем не ограничено и при работе (замыкании или размыкании) командоконтроллера (или другого аппарата) пускается или останавливается один из двигателей М1 или М2. Если рабочий орган попадает в одно из крайних положений, он нажимает на стержень соответствующего конечного выключателя (К3 или К4), а последующий отключает от сети соответствующий контактор и работающий электродвигатель (М1 или М2). Далее движение рабочего органа предполагается в обратную сторону (включается противоположный двигатель). В качестве исполнительных двигателей могут использоваться асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, многоскоростные, двигатели с фазным ротором, двигатели постоянного тока.

Принцип пути широко применяется при управлении многодвигательными электроприводами различных металлорежущих станков, автоматических линий, транспортных устройств и в ряде других механизмов, а также в системах программного управления.

2.6 Типовые узлы схем автоматического управления электроприводами переменного и постоянного тока

2.6.1 Основные схемы узлов статорных цепей асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Если питающая сеть и сама машина допускают прямое включение на полное напряжение, то осуществляется прямой пуск подключением статора асинхронной машины с короткозамкнутым ротором к питающей сети. Для асинхронных двигателей Iпуск = (5-7) Iн.

В иных случаях прибегают к схемам (рисунок 2.11):

Рисунок 2.11 - Схемы пуска асинхронных двигателей.

а) - с активными сопротивлениями;

б) - с дросселями (реакторами);

в) - автотрансформаторами.

Узел схемы включает только главные цепи машин, два выключателя К1 и К2, которые для низковольтных машин заменяются контакторами.

Для крупных высоковольтных машин до 1000 кВт и выше 1000 В потери энергии в пусковых сопротивлениях значительны, поэтому их заменяют индуктивными элементами (дросселями, реакторами).

Включение R и L служит для ограничения пускового тока и момента. Управление выключателями К1 ,К2 осуществляется в функции времени, тока.

Для обеспечения наибольшего пускового момента при заданном ограничении толчков тока применяется узел автотрансформаторного пуска. Включается К2, замыкая нулевую точку трансформатора, а затем К1 - машина подключается на пониженное напряжение.

После уменьшения пускового тока включается КЗ, а К2 выключается, при достижении определенной скорости .

При одном и том же снижении напряжения пусковой ток при трансформаторном пуске, меньше чем при реакторном пуске. Следовательно, меньше и пусковой момент.

Называемый критическим максимальный момент двигателя

Критическое скольжение, соответствующее критическому мо­менту,

На рисунке 2.12 приведены примерные характеристики w=f(M) для прямого пуска 1, при пуске через сопротивления и дроссели 2 и 3 - при автотрансформаторном пуске.

Рисунок 2.12 - Характеристики w=f(M)

Схеме с автотрансформатором отдается предпочтение, когда при заданной кратности пускового тока в сети механизм требует большой пусковой момент, а также в электроприводах со значительными моментами инерции. Экономически же выгоднее пуск с сопротивлениями и дросселями. Расчет сопротивлений в фазах статора и токов можно провести согласно существующим методикам.