книги из ГПНТБ / Иванин В.Т. Основы автоматизации производства на карьерах учебник

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ АВТОМАТИЗАЦИЯ КАРЬЕРНЫХ УСТАНОВОК

Глава IV АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ КАРЬЕРНЫХ УСТАНОВОК

§ 40. Общие сведения об автоматическом управлении электроприводами и электрических схемах

Под управлением электроприводом понимают процесс осуще­ ствления пуска, торможения, изменения скорости и направления вращения электропривода с целью поддержания режима работы, требуемого технологическим процессом.

Различают ручное и автоматическое управление электроприво­ дом. Ручное управление осуществляется непосредственно человеком при помощи аппаратов ручного управления (рубильников, кон­ троллеров и др.) воздействием на силовые цепи (цепи генераторов, электродвигателей, электрических печей и т. д.). Автоматическое управление осуществляется без непосредственного участия человека или это участие ограничивается подачей начального импульса, например нажатием кнопки автоматического выполнения необхо­ димого режима работы электропривода. При автоматическом упра­ влении воздействие оказывается на цепи управления (цепи катушек контакторов, реле, их блок-контактов и др.). Так как управление в этом случае осуществляется на расстоянии, когда протяженность линий, по которым передаются сигналы управления, достигает нескольких сотен метров, то такое управление называется дистан­ ционным- Ручное управление осуществляется подачей по проводам линии связи всей мощности, потребляемой объектом, и возможно только при небольших расстояниях между аппаратом управления

иприводным электродвигателем. Такое управление иногда называют местным управлением.

Наглядное изображение связи между отдельными элементами электродвигателей, генераторов и аппаратуры управления осу­ ществляется с помощью электрических схем, па которых эти элементы

исоединения между ними показаны в виде условных графических обозначений (см. таблицу), предусмотренных ЕСКД и соответству­ ющими ГОСТами.

ГОСТ 2.701—68 предуматривает структурные, принципиальные (полные), соединений (монтажные) и другие типы схем.

400

Принципиальная (полная) схема служит для отражения полпого состава элементов и связей между ними и, как правило, дает деталь­ ное представление о принципах работы изделия (датчика, реле, усилителя и др.) или установки (экскаватора, конвейерной линии, компрессорной установки и др.).

Электрические схемы выполняются без соблюдения масштаба, компактно, с минимальным количеством изломов и пересечений ли­ ний, с изображением элементов в «нормальном» положении, т. е. при условии, что на катушки не подано напряжение, а механические воздействия па элементы аппаратов произведены таким образом, чтобы схема была готова к работе: выключатели н переключатели выключены, контакты механических реле и датчиков в положении, обеспечивающем выполнение технологически предусмотренных опе­ раций, аппаратура защиты не подвержена воздействиям, связанным с нарушением режима работы.

Линии связи на электрических схемах, как правило, должны быть пронумерованы цифрами. Причем электрически связанным линиям присваивается один и тот же номер. Обрывы линий закан­ чивают стрелками с обозначением мест подключения или указанием полярности, а при необходимости и величины потенциала (например, для цепей накала электровакуумных приборов).

Каждому элементу схемы присваивается буквенно-цифровое по­ зиционное обозначение, составленное из буквенного обозначения и порядкового номера, проставленного после буквенного обозначе­ ния элемента. Допускается присваивать элементам буквенные обо­ значения, отражающие их функциональное назначение, например: КнП — кнопка «Пуск»; КпС — кнопка «Стоп»; PB — реле времени; КЛ — контактор линейный. Рекомендуемые буквенные позиционные обозначения элементов приведены в ГОСТ 2.702—69. Этот же ГОСТ допускает выполнение схем с цифровыми позиционными обозначе­ ниями элементов.

Схема соединений (монтажная) показывает соединения составных частей изделия (установки) с помощью проводов и кабелей с ука­ занием мест присоединения последних к зажимам, разъемам и т. п.

Схемами соединений (монтажными) пользуются при разработке чертежей конструкций с учетом расположения аппаратуры, прово­ дов, кабелей и др. По этим схемам выполняется присоединение, осуществляется монтаж и наладка изделия (установки).

§ 41. Принципы автоматизации процессов пуска и торможения электродвигателей

При управлении электроприводами нередко возникает необхо­ димость в частом включении, выключении, изменении направления вращения, а также в изменении скорости вращения по определен­ ному закону. При ручном управлении точное и своевременное вы­ полнение этих требований либо совсем невозможно, либо вызывает значительную напряженность работы обслуживающего персонала.

101

Автоматизация процессов пуска, торможения и реверсирования электроприводов обеспечивает быстрое протекание их при одновре­ менном соблюдении требований к выполнению необходимых законов изменения скорости вращения.

Скорость, время, путь, пусковой момент, ускорение или замедле­ ние функционально связаны друг с другом, поэтому изменение одного из этих параметров обусловливает изменение всех или не­ скольких остальных параметров. Использование названной функ­ циональной зависимости и положено в основу классификации прин­ ципов управления пуском, торможением и реверсированием элек­ троприводов.

Основными из этих принципов являются:

1) управление в функции времени, при котором операции, осуще­ ствляющие пуок или торможение, производятся одна за другой через определенные установленные промежутки времени;

2)управление в функции скорости, когда операции осуществляются при определенных установленных скоростях вращения;

3)управление в функции ускорения (замедления), которое основано на выполнении операций по изменению состояния электропривода при определенных значениях ускорения пли замедления;

4)управление в функции тока, при котором операции выполняются при определенных величинах пускового (тормозного) тока (момента);

5) управление в функции пути, когда операции производятся в определенных точках пути перемещения приводимого в движение элемента (клети, изделия на конвейере и т. д.).

Возможно в каждом конкретном случае применение комбини­ рованных систем управления с использованием двух из перечислен­ ных принципов.

§ 42. Автоматическое управление электродвигателями постоянного тока

На рпс. 78 изображена схема автоматического управления пуском двигателя постоянного тока в функции времени. Для обеспечения требуемой выдержки времени в схеме использованы заранее отре­ гулированные электромагнитные реле времени.

Перед пуском двигателя включается рубильник Р, а затем нажа­ тием кнопки КУ2 подается напряжение в цепь катушки линейного контактора Л. Замыканием силового контакта Л контактор вклю­ чает двигатель Д при полностью введенных сопротивлениях R1 и R2 и одновременно размыканием блок-контакта Л разрывает цепь катушки реле времени (реле управления) РУ1. Второй блок-кон­ такт Л, замыкаясь, шунтирует кнопку КУ2. По истечении выдержки времени реле РУ1 отпускает якорь и контакты РУ1 в цепи катушки контактора ускорения У1 замыкаются. Последний срабатывает и своим силовым контактом шунтирует первую ступень пускового сопротивления R1 и катушку реле времени РУ2. По истечении вы­ держки времени это реле отпускает якорь и контактами РУ2 замы-

102

кает цепь катушки контактора У2, который своими силовыми кон­ тактами У2 шунтирует вторую ступень сопротивления R2. Пуск электродвигателя закапчивается. Для выключения двигателя до­ статочно нажать кнопку КУ1.

Для защиты цепей от коротких замыканий предусмотрена уста­ новка плавких предохранителей Прі и Пр2.

Достоинствами рассмотренной схемы являются ее простота, надежность и постоянство времени пуска, недостатком — наличие значительных бросков тока при больших моментах па валу двигателя.

Операции пуска и торможе­ ния в функции скорости выпол­ няются при определенных зна­ чениях скорости вращения яко­ ря, которая измеряется обычно

косвенным путем. Такое измерение при управлении двигателями по­ стоянного тока возможно при постоянном потоке возбуждения, когда противо-э. д. с. якоря пропорциональна скорости его вращения.

Принципиальная упрощенная схема пуска двигателя в функции скорости показана на рис. 79. Контакторы ускорения У1 и У2 на­ строены на определенное напряжение срабатывания путем подбора сопротивлений R3 и R4. При нажатии кнопки КУ2 контактор Л срабатывает и своим силовым контактом Л включает цепь якоря при полностью введенных сопротивлениях R1 и R2. По мере увели­ чения скорости двигателя его э. д. с. возрастает сначала до вели­ чины, достаточной для срабатывания контактора У1 (при этом шун­ тируется ступень сопротивления R1), а затем до величины, при ко­ торой срабатывает контактор У2. Шунтированием ступени сопро­ тивления R2 пуск двигателя закапчивается. Простота схемы является ее основным достоинством.

Управление электродвигателями постоянного тока в функции тока осуществляется с помощью токовых реле, которые обеспечивают

ЮЗ

автоматизации как стационарных, так и передвижных установок. На рис. 80 изображена принципиальная схема управления пуском асинхронного двигателя в функции тока. Для упрощения в цепь ротора включена одна ступень сопротивления R. При нажатии па кнопку КУ2 («Пуск») включается линейный контактор Л и двигатель подключается к сети. В цепи ротора протекает максимальный пуско­ вой ток и реле ускорения РУ размыкает свои контакты РУ в цепи контактора У раньше, чем замыкаются контакты реле блоки­

ровки РБ, катушка которого включается блок-контактами контактора Л. По мере разгона двигателя ток в цепи ротора уменьшается и при определен­ ном его значении реле РУ отпу­ скает якорь, замыкая контакты в цепи катушки контактора ускорения У- Последний своими контактами шунтирует пусковое сопротивление R.

Управление электродвига­ телями в функции пути при­

тора), при котором необходимо выполнение заданной операции уп­ равления.

Часто при управлении электроприводами используется два или несколько принципов управления. Рассмотрим схему управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции времени с контролем по току (рис. 81).

Трехфазное токовое реле РТУ (реле типа РЭ-190) включено па­ раллельно сопротивлениям последней секции реостата и через ка­ тушки реле протекает ток, пропорциональный току ротора. Реле РТУ

105

настраивается так, чтобы якорь реле притягивался и контакты РТУ были замкнуты в диапазоне изменения пускового тока от максималь­ ного его значения до заданного минимального, когда пусковой ток уменьшается настолько, что реле РТУ отпускает якорь и кон­ такт РТУ размыкается.

При нажатии кнопки Кн2 («Пуск») включается контактор Л, замыкаются лпнейные контакты Л и двигатель включается в сеть.

При этом ток ротора уве­

нимального, т. е. пока не отпадет якорь реле РТУ и не разомкнется контакт РТУ, реле РУ2 не отключается. При уменьшении тока ротора до минимального контакт РТУ размыкается, катушка РУ2 обесточивается и контактом РУ2 с выдержкой времени включает катушку контактора У2. Контакты У2 закорачивают вторую секцию реостата. Катушки реле ускорения питаются через селеновые вы­ прямители СВ1 и СВ2.

Автоматическое управление синхронными электродвигателями достигается применением различных схем, в зависимости от напряже-

106

ння (высоковольтные или низковольтные двигатели) и момента сопро­ тивления на валу двигателя при пуске. Наиболее простым является автоматический пуск низковольтного электродвигателя при не­ посредственном включении его в сеть (рис. 82).

Рассматриваемая схема имеет ту особенность, что на обмотку возбуждения синхронного двигателя СД напряжение постоянного тока от возбудителя В подается после того, как ротор двигателя будет иметь так называемую подсинхронную скорость. Эта скорость достигается благодаря наличию на роторе двигателя пусковой корот­ козамкнутой обмотки в виде беличьего колеса, вследствие чего дви­ гатель включается как асинхронный, а при скольжении 2—5% втягивается в синхронизм.

Перед пуском включаются автоматы Al, А2 и затем нажатием кнопки КУ2 («Пуск») включается контактор Л. Двигатель начинает разгоняться. Ток в цепи обмотки возбуждения двигателя ограничи­ вается разрядным сопротивлением R2- Бросок пускового тока в об­ мотке статора приводит к срабатыванию включенного через транс­ форматор тока ТТ токового реле Т. Последнее своим контактом включает блокировочные реле РБ1 и РБ2. Двигатель разгоняется до подсинхронной скорости, при которой ток в статоре уменьшается, и реле Т, отключаясь, размыкает контакт в цепи питания реле РБ1, замыкающее после выдержки времени свой контакт в цепи катушки контактора М. Последний своими контактами шунтирует разрядное сопротивление и обмотка возбуждения двигателя подключается непосредственно к возбудителю. Двигатель втягивается в синхро­ низм. Контактор М самоблокируется, а реле РБ2 с выдержкой вре­ мени размыкает свой контакт, так как его катушка отключена контактом РБ1- Для остановки двигателя достаточно нажать кнопку КУ1 («Стоп»): контактор Л отключит статор двигателя от сети и своим замыкающим блок-контактом отключит контактор М. Двигатель остановится, а схема будет готова к повторному включе­ нию.

Для регулирования тока возбуждения последовательно с обмот­ кой возбуждения возбудителя ОВВ включено сопротивление R1, которое может автоматически шунтироваться контактами дополни­ тельного контактора, срабатывающего через реле напряжения при снижении напряжения в силовой сети ниже установленного значе­ ния (реле и контактор на схеме не показаны). Шунтирование сопро­ тивления для увеличения тока возбуждения называется форсировкой возбуждения.

В последнее время получила распространение система тири­ сторного возбуждения синхронных двигателей (см. § 51).

§ 44. Особенности управления электроприводом по системе генератор — двигатель

Электропривод по системе генератор—двигатель (Г—Д) в горной промышленности находит широкое применение благодаря возмож­ ности плавного регулирования скорости электродвигателей, простоте

107

и надежности схем управления, способности обеспечивать большие пусковые моменты и выдерживать значительные перегрузки, свя­ занные со спецификой работы горных машип и установок.

На современных экскаваторах, буровых станках, транспортно­ отвальных мостах и других карьерных установках с многодвигатель­ ным приводом основные рабочие механизмы имеют электропривод по системе Г—Д с различными схемами управления.

Для улучшения механических характеристик система Г—Д с электромашиниым усилителем поперечного поля с отсечкой по току (см. § 10) была усовершенствована введением в схему обратной связи с отсечкой по напря­ жению. При этом напря­

бильностью работы ЭМУ и привода в целом. Перечисленные недостатки этих схем электропривода обусловили применение более экономичных, надежных и простых приводов по системе Г—Д с си­ ловыми магнитными усилителями, с тиристорным управлением и других.

Упрощенная принципиальная схема электропривода по системе генератор—двигатель с силовыми магнитными усилителями (Г—Д — СМУ) показана на рис. 83. В этой системе привода независимая обмотка возбуждения генератора ОВГ получает питание от силового магнитного усилителя СМУ, а управление приводом сосредоточено в цепи обмотки управления ОЗ. Шунтовая обмотка генератора ОВШ, и. с. которой действует согласно с и. с. обмотки независимого воз­ буждения ОВГ, служит для осуществления положительной обратной связи по напряжению генератора, а для получения экскаваторной характеристики привода предусмотрена отрицательная обратная связь по току с отсечкой. Действие этой обратной связи аналогично действию ее в системе Г—Д с ЭМУ (см. рис. 23).

Величина тока в обмотке управления не превышает нескольких сотен миллиампер, что позволяет непосредственно с помощью ко-

108

мандоконтроллера КК воздействовать на ее цепь, упрощая тем самым схему управления электроприводом.

Система Г—Д со СМУ применяется на экскаваторах ЭКГ-4,6, ЭКГ-8И п других.

В последнее время широко применяют преобразовательные установки на тиристорах, предназначенных для питания обмоток возбуждения генераторов п двигателей электроприводов, построен­ ных по системе Г—Д.

На рис. 84 показана блок-схема электропривода по системе Г—Д с тиристорным возбудителем. Особенностью этой системы является реверсивный тиристорный возбудитель ТВ, питающий обмотку

Рис. 84. Блок-схема электропривода по системе Г—Д с тирпсторпым возбудителем

возбуждения ОВГ генератора Г. Ток возбуждения регулируется изменением величины угла отпирания тиристоров при помощи блока управления БУ, который получает управляющий сигнал от проме­ жуточного усилителя ПУ. В схеме предусматривается отрицательная обратная связь по скорости вращения, осуществляемая через тахо­

чину установившейся скорости и направление вращения двигателяТок нагрузки Іп ограничивается обратной связью по току. Сиг­ нал, пропорциональный току нагрузки, снимается с сопротивле­

ния R.

Электропривод по системе Г—Д с тиристорным управлением обеспечивает широкий диапазон регулирования скорости, обладает высоким к. п. д., надежен в работе, практически не требует ухода. Эти и другие преимущества способствуют быстрому внедрению тиристорного электропривода во все отрасли промышленности,

втом числе и в горную.

§45. Магнитные станции и блочная аппаратура

Схемы релейно-контакторного управления электроприводами раз­ личных механизмов часто содержат одинаковые элементы, взаимо­ действие которых обеспечивает выполнение определенных требований при включении, изменении скорости, реверсировании и торможении

109