книги из ГПНТБ / Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие

При наличии вентилей Bt и В2 ток в управляющей обмотке ч>у протекает в один полупериод, а ток в цепи рабочей обмотки — в следующий рабочий полупериод.

При соответствующем выборе величин Up, Uy и параметров обмоток, при замкнутой цепи управления (ключ К замкнут) сердечник усилителя в рабочий полупериод под действием Up перемагничивается (по кривой авб рис. 10— 12). При этом ток в цепи нагрузки не превышает значения намагничивающего тока. На нагрузке в этом случае наблюдается только напряжение помех. При разомкнутой цепи управления сердечник почти все время находится в режиме насыщения (по кривой б в). При этом индук­ тивное сопротивление рабочей обмотки Хр оказывается мало и практически все напряжение питания рабочей цепи приходится на нагрузку.

Усилитель подобного типа совместно с полупроводниковыми диодами дает возможность получить ряд магнитных логических элеменгов.

В качестве пример на рис. 10—13 приведена схема магнитного логического элемента «ИЛИ» на два входа. При отсутствии нап­ ряжения на входе замыкающего и размыкающего цепь уп­ равления, диод В4. оказывается отхрытым под действием тока смещения Ieit = Ueu : Ясм.

Так как /см больше намагничивающего тока / 0 обмотки уп­ равления, от источника с напряжением Uy по обмотке управле­ ния wy будет протекать ток, размагничивающий усилитель. При этом выходное напряжение Utm = 0.

Рис. 10-13. Схема магнитно­ вентильного логического эле­ мента «ИЛИ» В,; В2 — вход­ ные диоды; V a , — напряжение смещения; В4 — диод смеще­ ния; U y — напряжение цепи управляющей обмотки; U p — напряжение цепи рабочей об­

мотки

170

При подаче на один из входов напряжения (/„ катод венти­ ля 2?4 приобретает более высокий, чем анод, потенциал и вентиль закрывается. При этом цепь управления размыкается и на выходе усилителя появляется напряжение.

Наибольшее распространение в автоматике в настоящее время получили логические магнитные элементы серии ЭЛМ. Эти эле­ менты обеспечивают выполнение логических функций, приведен­ ных в нижеследующей таблице.

15.ЭЛМ-100Т Трансформатор питания на 100 элементов

§ 4. Полупроводниковые логические элементы

Наряду с магнитными логическими элементами, широкое рас­ пространение в устройствах автоматики находят полупроводни­ ковые, в частности, транзисторные логические элементы, с по­ мощью которых также выполняются операции отрицания «НЕ» (нет), совпадения «И», собирания «ИЛИ», запоминания «Па­ мять». Некоторые логические операции могут быть так же вы­ полнены на полупроводниковых диодах. Посредством сочетания соответствующего числа транзисторных элементарных ячеек обычно собираются логические схемы, заменяющие различные

171

релейные схемы. При этом количество полупроводниковых логи­ ческих элементов обычно всегда больше, чем количество реле в схемах автоматики одного и того же назначения. Следует, однако, заметить, что увеличение количества элементов, исполь­ зуемых в логических схемах и стоимости оборудования окупается высокой их надежностью и достаточно большим сроком службы.

Рис. 10-14. Логическая схема совпадения (схема «И»)

а) на полупроводниковых диодах; 6) на транзисторах типа п—р— п

Рис. 10— 14 иллюстрирует некоторые логические функции, выпол­ няемые логическими элементами на транзисторах и полупровод­ никовых диодах. Здесь схема, реализующая логическую опера­ цию «И» состоит из двух транзисторов, эмиттерная цепь одного из которых включена последовательно с коллекторной цепью другого. На рис. 10—146 показана ячейка «И», выполненная на транзисторах типа п — р — п.

При отсутствии положительных сигналов на входах а й в транзисторов сигнал на выходе X отсутствует. При появлении положительных сигналов в цепи транзисторов появляется ток. При этом создается падение напряжения на сопротивлении г, которое и вызывает появление сигнала на выходе X. На рис. 10—14а показана схема логической операции совпадения «И», выполненная на полупроводниковых диодах с тремя управляю­ щими входами а, в, с и одним выходом X. При подаче на катоды диодов Д/, Д2 и ДЗ одновременно достаточно большого положи­ тельного напряжения на выходе X схемы будет иметь место вы­ сокий уровень сигнала (сигнал на выходе имеется). При отсут-

172

ствии хотя бы на одном из входов а, в или с положительного сиг­ нала высокого уровня по соответствующему диоду будет проте­ кать ток, в результате чего создается падение напряжения на сопротивлении г и происходит понижение потенциала на вы­ ходе X (сигнал на выходе отсутствует).

диодах. При подаче хотя бы на один из входов а, в или с положительного импульса в цепи сопротивления г будет проте­ кать ток. В этом случае все выходное напряжение будет сосредо­ точено на сопротивлении г, поскольку внутреннее сопротивление вентилей в прямом направлении практически равно нулю. При этом точка на сопротивлении г, имеющая больший потенциал яв­ ляется точкой высокого единичного потенциала, (отсюда название собирательной схемы, поскольку здесь собираются единичные выходные импульсы, обусловленные сигналами, поступающими на все входы схемы.)

Сигнал на выходе схемы появляется и тогда, когда имеется сигнал хотя бы на одном из входов а, Ь, с.

Глава XI

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

§ 1. Схемы управления автоматизированного электропривода

В системах автоматического управления электропривода при­ меняются различные схемы, основанные на использовании разно­ образной аппаратуры: контакторов, реле, кнопочных станций, бесконтактных логических элементов и многих других устройств. При этом число элементов, необходимых для обеспечения уп-

173

равления, определяется принятой схемой управления. В ряде случаев число таких элементов в схеме может достигнуть десятков и сотен единиц, вследствие чего возникают определенные труд­ ности в процессе проектирования, монтажа и чтения схем. Поэто­ му при изображении схем стандартом предусмотрена система обозначений и условностей. Так при изображении схем замыкаю­ щиеся и размыкающиеся контакты различного рода электрических аппаратов изображаются в положении, соответствующем отсут­ ствию тока в катушках управляющих аппаратов.

В настоящее время, как правило, реле и другая пуско-регули- рующая аппаратура, монтируемая на панелях, объеденяется в единое устройство, называемое станцией управления. Станции управления обычно выполняются на заводе-изготовителе. Для обеспечения же возможности присоединения внешних элементов схемы станция управления снабжается выходными соединитель­ ными клеммами, которые обычно маркируются в соответствии с монтажной схемой.

Электрическая схема любой системы состоит из силовых це­ пей — цепей главного тока и цепи управления. При этом к цепям главного тока относятся цепи электродвигателей, генераторовэлектромагнитов и другого силового оборудования.

Вспомогательные элементы схемы относятся к цепям управ­ ления, например, катушки контакторов, реле, контакты реле, контакты аппаратов управления, блок — контакты и пр. К цепям управления относятся также цепи защиты и сигнализации.

Различают электрические схемы принципиальные (или эле­ ментные) и монтажные.

Принципиальная схема, отражает общий принцип построения силовой схемы и схемы управления той или иной системы (в част­ ности, системы электропривода). В такой схеме элементы, обо­ значающие электрические машины или аппараты, изображаются условными знаками, причем они (по возможности) располагаются в соответствии с последовательностмо включения элементов

схемы.

При изображении монтажных схем все электрические машины и аппараты изображаются вместе со своими вспомогательными элементами так, как они расположены в действительности, а сое­ динение проводов показывается таким образом, как это должно иметь место при монтаже.

Различают монтажные схемы внутренних соединений и внеш­ них соединений.

Монтажные схемы внутренних соединений выполняются для каждой монтажной единицы (щита, панели и т. д.).

174

Монтажные схемы внешних соединений выполняются участ­ ков, расположенных между отдельными монтажными единицами, в которых, как правило, имеются монтажные схемы разводки кабелей, проводов (труб) и т. д.

Примером простейшей схемы, предназначенной для управле­ ния электрическим двигателем, является схема управления асин­ хронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

А В С

Рис. 11-1. Схема нереверсивного маг­ нитного пускателя

На рис. 11—1 показана схема управления асинхронного ко­ роткозамкнутого двигателя с использованием в качестве простей­ шей станции управления магнитного пускателя, для пуска вход нереверсивного двигателя. Для пуска двигателя необходимо на­ жать кнопку «пуск». При этом создается электрическая цепь фаза С, «пуск» «стоп», катушка Л, н. з. б. к. теплового реле (но­ минально-закрытый блокконтакт), фаза В. В результате этого катушка (Л контактора) магнитного пускателя попадает под напряжение и через нее будет протекать ток, вследствие чего якорь контактора притянется и замкнет главные контакты Л контактора и блокконтакт Л, шунтирующий кнопку «пуск». Обмотка электродвигателя при этом оказывается подключенной к сети последний пускается и начнет разгоняться. К моменту освобождения кнопки «пуск» она уже будет зашунтирована блокконтактом Л контактора и будет обеспечивать питание ка­

175

тушки контактора через блокконтакт Л, независимо от положения кнопки «пуск». Остановка электродвигателя осуществляется на­ жатием кнопки «стоп». При этом цепь катушки контактора раз­ рывается, катушка обесточивается, главные контакты контактора размыкаются, двигатель останавливается и схема приходит в исходное состояние. При необходимости процесс пуска и останов­ ки электродвигателя соответственно повторяется.

Выше была рассмотрена простейшая схема пуска асинхрон­ ного короткозамкнутого двигателя. Что касается асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока, то для осуществления их пуска в большинстве случаев приходится включать на время пуска регулируемые пусковые сопротивления, позволяющие поддерживать величину пускового тока двигателя в допустимых пределах. Продолжительность пуска двигателя при заданной нагрузке на валу и маховом моменте зависит от вра­ щающего момента, развиваемого двигателем.

Для уменьшения продолжительности пуска стремятся под­ держивать наибольший допустимый пусковой ток двигателя, примерно равным двойному номинальному току путем автомати­ зации процесса пуска, что значительно облегчает управление дви­ гателем, устраняет возможные ошибки в период пуска и, в ко­ нечном итоге, ведет к повышению производительности соответ­ ствующего исполнительного механизма.

В основу построения управления автоматизированного электро­ привода положен принцип контроля. При этом в зависимости от того, в функции какой величины или параметра происходит это управление, различают управление в функции тока, скорости, времени.

Управление по току осуществляется поддерживанием тока двигателя при пуске в некоторых заданных пределах. Контроль величины тока, протекающего в цепи якоря двигателя, осущест­ вляется с помощью реле, обмотка возбуждения которого вклю­ чается последовательно в эту цепь или параллельно пусковым сопротивлениям, когда токи катушек значительны.

На рис. 11 —2 показан узел схемы автоматического управления электродвигателя в функции тока. При нажатии кнопки «пуск» катушка линейного контактора Л попадает под напряжение и якорь ее притягивается. При этом замыкаются линейные кон­ такты Л в силовой цепи и соответствующие блокконтакты в цепи управления. Якорь двигателя подключается к сети последова­ тельно с полностью введенным пусковым сопротивлением 1—3. Одновременно с этим включается реле ускорения 1РУ, катушка которого включается последовательно в цепь якоря, и разрывает

176

Рис. 11-2. Узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции тока

свои контакты 1РУ в цепи контактора ускорения 1У, поскольку собственное время включения реле 1РУ меньше, чем собственное время включения контактора ускорения 1У.

В процессе разгона ток в цепи якоря двигателя постепенно уменьшается и при достижении определенного минимального заданного значения реле 1РУ снова возвратится в исходное поло­ жение и замкнет свои блокконтакты в цепи катушки контактора ускорения, который включится, выведет своими контактами 1У

всиловой цепи ступень пускового сопротивления 2—3, вместе

скатушкой реле 1РУ. Одновременно с этим 1У замыкает свои нормально разомкнутые контакты 1У в цепи катушки реле ускорения 2РУ. При этом ток в цепи якоря возрастет и при дос­ тижении определенного заданного максимального заданного значения, второе реле ускорения 2РУ включится. По мере даль­ нейшего разгона двигателя ток в цепи якоря снова уменьшается и при достижении заданного минимального значения реле ускоре­ ния 2РУ замкнет свой блокконтакт в цепи контактора 2У, кото­ рый включится и выведет оставшуюся ступень пускового сопро­ тивления 1—2: После окончания пуска двигатель продолжает работать на естественной механической характеристике.

Рассмотренная схема автоматического управления процессом пуска двигателя имеет ряд существенных недостатков, заключаю­ щихся в том, что при нечеткой работе контакторов ускорения 1У

и 2У или при увеличении пусковых токов, при снижении напря­ жения ток в якоре может длительно превышать величину уста­ вки реле и оно не сработает. В этом случае двигатель будет работать на пониженной скорости из-за наличия в цепи его якоря введенной ступени пускового сопротивления, что может привести к недопустимому нагреву пускового сопротивления с последую­ щим выходом его из строя.

При построении автоматических схем пуска двигателя с уп­ равлением в функции скорости используется аппаратура, реаги­ рующая непосредственно на величину скорости вращения. Однако применяемое для этих целей центробежное реле скорости доста­ точно сложно и во многих практических случаях не может обеспе­ чить четкости в работе. Поэтому подобные реле практическое применение нашли, главным образом, для защиты электропри­ водов от недопустимого превышения скорости.

Вавтоматизированных схемах пуска двигателей с управлением

вфункции скорости контроль скорости чаще всего осуществляется косвенным путем. Так, например, в схемах пуска двигателей пос­ тоянного тока, принимая во внимание то, что электродвижущая сила в обмотке якоря этих двигателей при постоянном потоке возбуждения пропорциональна скорости вращения, при построе­ нии схем автоматического управления используется не скорость, а электродвижущая сила. Для синхронных и асинхронных двига­ телей с контактными кольцами таким параметром является час­ тота тока в роторе.

0S

Рис. 11-3. Узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции скорости

178

На рис. 11—3 приведен узел схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока з функции скорости. В этой схеме автоматизация процесса пуска осуществляется с помощью реле ускорения 1РУ и 2РУ, напряжения на зажимах катушек которых без учета падения напряжения в щеточных контактах равно элек­ тродвижущей силе якоря двигателя.

В процессе разгона электродвигателя пропорционально его скорости вращения нарастает электродвижущая сила. При задан­ ной величине скорости я, реле ускорения 1РУ замыкает свои нормально открытые контакты в цепи контактора ускорения 1У, которая попадает под напряжение, контактор 1У включается и замыканием своего нормально разомкнутого контакта 1У в цепи якоря выходит ступень 2—3 пускового сопротивления. При скорости большей п2 включается реле ускорения 2РУ. Про­ цесс работы этого реле происходит аналогично реле ускоре­ ния 1РУ. При этом из цепи якоря выводится и вторая ступень 1—2 пускового сопротивления и далее двигатель начинает работать на естественной механической характеристике.

Одним из существенных недостатков рассматриваемой схемы автоматического управления является влияние на работу схемы изменение напряжения сети. При напряжении большем номиналь­ ного пуск двигателя происходит при увеличенном значении пуско­ вого тока, в то время как при пониженном напряжении контакто­ ры 1У и 2У могут не включиться и двигатель будет работать с введенными в цепь якоря пусковыми сопротивлениями. На работу схемы существенное влияние оказывает величина статической нагрузки на валу двигателя, а так же изменение температуры ка­ тушек реле 1 РУ и 2РУ, поскольку при этом происходит изменение их сопротивлений, а следовательно, этот способ пуска применим для двигателей относительно небольшой мощности.

Для осуществления автоматизированного пуска асинхронных двигателей, а также асинхронного пуска синхронных двигателей построение схем основано на том, что между частотой тока в цепи ротора / 2, частотой тока питающей сети f i и скольжением ротора s существует следующая зависимость:

h = s/,.

Таким образом, любому значению скорости вращения ро­ тора п2, а следовательно и скольжению соответствует определен­ ная частота тока ротора.

179