01_Абрамкин_ЭМЭиС_2019

в разомкнутом состоянии, и вручную возвращается в исходное состояние. Это позволяет определить, произошло ли отключение АД вследствие понижения напряжения в сети или в результате перегрузки, а также дополнительно указывает на аварийную ситуацию в ЭП.

M

Рис. 2.6. Схема управления короткозамкнутым АД на базе магнитного пускателя

Если выключатель QF включен, то пуск АД осуществляется нажатием кнопки SB1. При этом подается электропитание на катушку контактора KM1, замыкаются его главные контакты KM1.2–KM1.4 в силовой цепи и статор АД подключается к сети. Одновременно замыкающий контакт KM1.1 блокирует кнопку SB1.

При нажатии кнопки SB2 цепь питания катушки контактора KM1 размыкается и он отключается от сети. Происходит размыкание цепи статора АД. Двигатель останавливается выбегом под действием нагрузки на валу.

Аналогично действует тепловая защита, размыкающий контакт KK которой включен последовательно с кнопкой остановки SB2. Двигатель отключается, если ток статора в течение времени, соответствующего времятоковой характеристике, превышает значение, на которое рассчитан тепловой расцепитель реле KK. Тепловая защита настраивается на силу тока, превышающую но-

30

минальное значение на 10–15 %. Отключения АД в момент пуска при превышении тока статора в 5–7 раз не происходит, так как время срабатывания этой защиты значительно больше длительности пускового режима.

KM1.5

KM2.1

M

Рис. 2.7. Система управления АД с реверсивным магнитным пускателем

Реверс АД обеспечивается реверсивным магнитным пускателем (рис. 2.7) [11]. Отличием от нереверсивного является наличие двух линейных контакторов KM1 и KM2. Каждый из них обеспечивает электропитание АД с различным порядком чередования фаз. Для исключения короткого замыкания при одновременном включении контакторов KM1 и KM2 в цепь электропитания катушек каждого из них последовательно включен размыкающий контакт другого KM1.5 и KM2.5. Также в магнитном пускателе в качестве защиты от короткого замыкания предусмотрена механическая блокировка кнопок.

Включение двигателя для одного из направлений вращения производится нажатием кнопки SB1 (SB2). Катушка соответствующего контактора KM1 (KM2) подключается к источнику питания, а замыкающие главные контакты KM1.2–KM1.4 (KM2.2–KM2.4) присоединяют АД к сети.

Чтобы изменить направление вращения АД, необходимо нажать кнопку остановки SB3. Это приведет к отключению работающего контактора. Затем соответствующей кнопкой (SB1 или SB2) включить АД для движения в другом

31

направлении. При этом скорость его вращения начинает снижаться, и если в момент остановки снова нажать кнопку SB3, отключив тем самым работающий контактор, то АД окажется отключенным от сети. Если же не отключать электропитание, то АД после остановки разгонится и будет вращаться в противоположную сторону.

В отличие от силовой схемы на рис. 2.6 в схеме на рис. 2.7 вместо плавких вставок FU применяется автоматический выключатель QF. Это исключает возможность работы АД с обрывом одной фазы питания. Такая ситуация могла бы произойти при сгорании плавкой вставки в случае однофазного короткого замыкания. Еще одним достоинством является то, что для восстановления работоспособности автоматического выключателя после срабатывания защиты не требуется замена его элементов.

Для управления двухскоростными АД также применяются релейно-кон- тактные системы (рис. 2.8) [11]. При включении контактора KM4 обмотки статора АД соединяются в двойную звезду и обеспечивается высокая скорость вращения. В случае включения контактора KM3 обмотки статора АД соединяются в треугольник и достигается низкая скорость вращения.

Контакторы в этой схеме работают так же, как в схеме на рис. 2.7, обеспечивая реверс АД.

Для обеспечения независимого переключения направления и скорости вращения АД в схеме на рис. 2.8 применены кнопки с двумя разнотипными контактами (с переключающим контактом). Размыкающие контакты кнопок перекрестно последовательно включены в цепи катушек контакторов, реализующих инверсную функцию. Таким образом, в каждой паре при нажатии на кнопку происходит отключение работающего контактора и переход на новый режим работы.

Пуск АД возможен только после предварительного выбора схемы соединения обмоток. Для этого нажимают кнопку SB3 или SB4. После срабатывания одного из контакторов скорости вращения (KM3 или KM4) включается вспомогательное реле KV1. Его контакты KV1.1 и KV1.2 замыкают цепи электропитания катушек контакторов направления вращения KM1 и KM2. Таким образом, снимается блокировка замыкающих контактов кнопок SB1 и SB2, предназначенных для выбора направления вращения. Однако после первого включения существует возможность изменения скорости вращения, т. е. схемы соединения, и направления вращения без остановки АД.

32

M

Рис. 2.8. Схема управления двухскоростным АД

С помощью источника постоянного тока, например в виде диодного моста VD, можно реализовать режим динамического торможения в АД (рис. 2.9) [11].

Пуск АД в этой СУ осуществляется прямым включением в сеть через контакты KM1.2…KM1.4 линейного контактора KM1. При работе АД размыкающий контакт KM1.5 блокирует включение контактора торможения KM2. Электропитание реле времени KT осуществляется через замыкающий контакт KM1.6.

При нажатии на кнопку остановки SB2 линейный контактор KM1 отключается и разрывает цепи электропитания АД и реле времени KT. При этом че-

33

рез размыкающий контакт реле KT катушка контактора торможения KM2 подключается к источнику питания VD. Это приводит к подключению диодного моста VD к обмотке статора АД.

Рис. 2.9. Схема управления АД с источником постоянного тока

Замыкающий контакт в цепи катушки контактора торможения KM2 разомкнется через время, настроенное на замедлителе реле KT. При этом статор АД отключается от диодного моста VD и СУ возвращается в исходное положение.

Интенсивность динамического торможения регулируется подстроечным резистором R, который ограничивает силу постоянного тока.

Недостатком всех СУ в функции времени является отсутствие связи между алгоритмом управления и состоянием ЭП. Любое возмущение, вызванное изменением параметров нагрузки, приводит к несоответствию настроек интервалов времени и длительности переходных режимов пуска, торможения и реверса. Это может вызвать аварийные ситуации. Для их исключения необходимо использовать датчики движения, например центробежные реле.

На рис. 2.10 показана СУ АД с прямым пуском и торможением противовключением [11]. Отличием от СУ на рис. 2.9 является установленное на валу АД центробежное реле SR. Его замыкающий контакт включен в цепь электропитания катушки контактора торможения KM2.

34

KM1.5

Рис. 2.10. Схема управления АД с прямым пуском и торможением противовключением

Цепи электропитания катушек линейного контактора KM1 и контактора торможения KM2 взаимно блокированы вспомогательными размыкающими контактами KM1.5 и KM2.5. Это схемное решение исключает их одновременное срабатывание с целью исключения короткого замыкания трехфазной сети.

После начала вращения АД контакт центробежного реле SR замыкается и остается в этом положении до его остановки. Однако контактор торможения KM2 не включается, так как цепь электропитания его катушки разомкнута контактом KM1.5.

При нажатии на кнопку останова SB2 отключается линейный контактор KM1 и статор АД. Одновременно своим вспомогательным контактом KM1.5 он замыкает цепь электропитания катушки контактора торможения KM2. Это приводит к подключению статора АД к сети через контакты KM2.2…KM2.4 с обратным порядком чередования фаз. Двигатель переходит в режим торможения противовключением.

Когда скорость вращения АД станет близкой к нулю, то замыкающий контакт реле SR разомкнется. Соответственно отключится контактор торможения KM2 и АД остановится. Схема вернется в исходное положение.

35

Управление АД с фазным ротором – более сложная задача. Здесь, как и в ДПТ, формируется не только режим торможения, но и режим пуска.

R

Рис. 2.11. Схема управления АД с фазным ротором

Схема одноступенчатого пуска в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС ротора представлена на рис. 2.11 [11]. Пуск АД обеспечивается пусковым составным резистором Rп1, а режим торможения – включением в цепь ротора полного составного резистора Rп1 + Rп2.

Цепь электропитания катушки линейного контактора прямого вращения KM1 блокирована вспомогательным размыкающим контактом KM2.5 контактора обратного вращения KM2. Блокировка же цепи электропитания катушки KM2 осуществляется замыкающим контактом реле торможения KV.

36

Режим торможения осуществляется с помощью реле KV. Его катушка питается через мостовой выпрямитель VD2 линейным напряжением ротора АД, значение которого пропорционально скольжению. Регулировочный резистор R настраивает цепь электропитания так, что реле KV срабатывает только при скольжении больше единицы. Это соответствует режиму противовключения. Замыкающий контакт реле KV включен последовательно в цепь блокировки замыкающего контакта кнопки остановки SB2. Это позволяет при окончании режима торможения отключить блокировку кнопки SB2, создаваемую замыкающим контактом KM2.1.

Нажатием кнопки SB1 включается линейный контактор KM1. Соответственно включается АД и начинается его разгон. Одновременно через вспомогательный замыкающий контакт KM1.5 подключается контактор KM4. Его контакты шунтируют составной резистор Rп2, так как цепь электропитания катушки пускового контактора KM3 разомкнута контактом реле времени KT, поскольку пусковой составной резистор Rп1 включен. При включении линейного контактора KM1 отключается электропитание реле времени KT, работающего с замедлением при отпускании. Через время, заданное на реле KT, включится контактор KM3 и своими контактами накоротко замкнет цепь ротора АД.

Процесс торможения инициируется нажатием кнопки остановки SB2. При этом контактор прямого вращения KM1 отключается и включается контактор KM2. Магнитное поле АД меняет направление вращения. Он переходит в режим противовключения. Одновременно с этим отключается электропитание катушек контакторов KM3 и KM4. При этом размыкаются их контакты, шунтирующие полный составной резистор Rп1 + Rп2 в цепи ротора. Таким образом, режим торможения осуществляется с полностью включенным сопротивлением.

Изменение направления вращения магнитного поля сопровождается почти двукратным увеличением ЭДС ротора. При этом срабатывает реле KV. Его замыкающий контакт совместно со вспомогательным контактом KM2.1 шунтирует замыкающий контакт кнопки SB2. Это обеспечивает электропитание катушки контактора торможения KM2 после отпускания кнопки SB2.

После снижения скорости вращения почти до нуля реле KV отключится. Это вызовет размыкание цепи электропитания катушки контактора торможения KM2. В результате АД отключится и СУ вернется в исходное состояние.

37

2.3. Системы управления синхронными двигателями

Схемы управления синхронными двигателями (СД) кроме операций включения и отключения обеспечивают процесс синхронизации с сетью. Это достигается тем, что на начальном этапе пуска обмотка возбуждения обесточена и замкнута на разрядный резистор. Сопротивление его в 5–10 раз выше сопротивления обмотки. При достижении подсинхронной скорости вращения, составляющей примерно 0,95 от синхронной, резистор отключается, а обмотка подключается к источнику постоянного тока.

A B C

VD

KM2.3 R

M

Рис. 2.12. Схема управления возбуждением СД в функции скорости вращения

Схема управления возбуждением СД в функции скорости вращения показана на рис. 2.12 [11]. Отметим, что напряжение на разрядном резисторе R пропорционально ЭДС, наводимой в обмотке возбуждения вращающимся магнитным полем1 статора. Эта ЭДС пропорциональна скольжению ротора. Таким образом, подключая к резистору R катушку реле скорости KSR, можно настроить точку подключения на отпускание реле при подсинхронной скорости.

1 Вращающееся магнитное поле – магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью.

38

При срабатывании линейного контактора KM1 в СД возникает круговое вращающееся магнитное поле. Оно формирует в обмотке возбуждения большую ЭДС. Срабатывает реле скорости KSR и обесточивает контактор KM2. В результате разгон СД осуществляется при отключенной от источника питания и замкнутой на резистор R обмотке возбуждения.

По мере разгона СД уменьшаются ЭДС и ток в катушке KSR. При подсинхронной скорости реле KSR отключается. Оно своим размыкающим контактом включает контактор KM2, который своими замыкающими контактами KM2.1 и KM2.2 подключает обмотку возбуждения к источнику питания.

Рис. 2.13. Схема управления возбуждением СД в функции тока статора

Аналогичный алгоритм управления реализуется в функции тока статора СД. Схемное решение данного алгоритма показано на рис. 2.13 [11]. Ток статора СД в асинхронном режиме изменяется пропорционально скольжению. В связи с этим контроль скорости осуществляется с помощью реле тока KA. Оно включено в линейный провод через измерительный трансформатор TA.

При подключении СД к сети срабатывает реле тока KA. Замыкающий контакт реле тока KA обеспечивает электропитание и включение реле времени KT. Это приводит к разрыву цепи электропитания и отключению контактора воз-

39