2.7 Устройства управления электродвигателями
2.7.1 Релейные устройства управления
Эти устройства применяют для включения–выключения одно- или двухскоростных двигателей. Для примера рассмотрим схему включения–выключения трехфазного асинхронного односкоростного двигателя (рис. 2.32).
Двигатель М подключается к трехфазной сети А, В, С двумя контакторами (силовыми реле). Каждый контактор, например первый, состоит из электромагнита с катушкой КМ1 и группы контактов КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3, переключаемых электромагнитом.
Рис. 2.32. Схема включения-выключения асинхронного односкоростного двигателя
Если подается ток в катушку КМ1, срабатывает электромагнит первого контактора и замыкаются контакты КМ1.1, двигатель включается и вращается, например, по часовой стрелке. Если срабатывает КМ2, замыкаются контакты КМ2.1 и двигатель вращается против часовой стрелки, т. к. фазы В и С поменялись местами. Тепловое реле РТ размыкает свои контакты КТ при коротком замыкании (очень большой ток) или при небольшой, но длительной перегрузке двигателя по току.
Катушки КМ1 и КМ2 включены в низковольтные, 24 В, не опасные для человека, цепи управления. Цепи управления питает трансформатор ТР. Ток в КМ1 подается при нажатии на кнопку К1 (вращение по часовой стрелке). При этом замыкается контакт КМ1.2 и размыкается КМ1.3.
Контакт КМ1.2 дублирует К1 и кнопку можно отпустить.
Контакт КМ1.3 не позволяет сразу, без остановки, включить КМ2, т. е. вращение в другую сторону.
Остановка двигателя осуществляется кнопкой К3. После остановки можно включить катушку КМ2 кнопкой К2 и двигатель будет вращаться в другую сторону.
Контакты конечных выключателей КВ1 и КВ2 отключают контакторы и, следовательно, двигатель при достижении исполнительным звеном привода крайних положений.
2.7.2 Преобразователи напряжения
Преобразователи, в отличие от релейных схем, позволяют не только включить-выключить двигатель, но и, как минимум, регулировать скорость его вращения. Схема простого, ранее очень распространенного, преобразователя небольшой мощности для двигателя постоянного тока изображена на рис. 2.33.
Рис. 2.33. Схема простого преобразователя небольшой мощности для двигателя постоянного тока
Автотрансформатор АТ включается в однофазную сеть 0-А выключателем Вк. С выхода автотрансформатора переменное напряжение подается на выпрямитель В. Двухполупериодный выпрямитель собран на диодах по мостовой схеме.
От выпрямителя постоянный (одного знака) пульсирующий ток через дроссель ДР, сглаживающий пульсации, подводится к двигателю М. Перемещая скользящий контакт СК автотрансформатора вручную или с помощью привода, можно плавно изменять напряжение на выходе автотрансформатора и на якоре двигателя, регулируя таким образом скорость его вращения.
В современной приводной технике преобразователи подобного типа используются редко, ввиду их ограниченных возможностей, громоздкости и невысокой надежности.
Функциональная схема компактного простого преобразователя, используемого, например, в ручных электроинструментах приведена на рис. 2.34. В основу регулирования действующего напряжения Uд на двигателе положен принцип изменения времени действия (широты) импульсов питания двигателя. Действующее напряжение Uд пропорционально "площади" импульса. С помощью электронного "ключа" К, построенного, например, на тиристорах (управляемых диодах), можно изменять длительность и, соответственно, "площадь" импульсов.
Управляет "ключом", т. е. открывает и закрывает его, широтно-импульсный модулятор (ШИМ), построенный, в простейшем случае, на RC-цепочке. Конденсатор С заряжается и разряжается с частотой питания 50 Гц.
импульс напряжения
Рис. 2.34. Схема компактного простого преобразователя, используемого в ручных электроинструментах
Заряженный конденсатор открывает ключ (тиристор) и тот начинает пропускать ток. Закрывает ключ обратная полуволна напряжения. Время заряда конденсатора и, соответственно, момент открывания ключа регулирует потенциометр R (переменный резистор). Таким образом, нажимая на курок электродрели, мы перемещаем движок потенциометра и регулируем момент открывания ключа, а значит и действующее напряжение на двигателе.
Современные преобразователи напряжения на основе полупроводниковой техники позволяют сравнительно просто, с высоким КПД изменять постоянное и переменное напряжение по величине, особенно в сторону его уменьшения, а также получать переменный ток из постоянного тока и наоборот. Например, в транспортном средстве, имея в качестве источника энергии аккумулятор, можно с помощью преобразователя получить трехфазный переменный ток и, соответственно, использовать в приводе высоконадежные асинхронные электродвигатели.