Типовые узлы и схемы управления электроприводов с двигателями постоянного тока

Системы управления автоматизированным электроприводом

 Тема 1.3. Схемы разомкнутых систем управления электроприводами

ТИПОВЫЕ УЗЛЫ И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Пуск двигателя постоянного тока параллельного или независимого возбуждения осуществляется с резистором, введенным в цепь якоря. Резистор необходим для ограничения пускового тока. По мере разгона двигателя пусковой резистор по ступеням выводится. Когда пуск закончится, резистор будет полностью зашунтирован, и двигатель перейдет работать на естественную механическую характеристику (рис. 1.15). При пуске двигатель разгоняется по искусственной характеристике 1, затем 2, а после шунтирования резистора — по естественной характеристике 3.

Рис. 1.15. Механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения (ω — угловая скорость вращения; i1, M1 — пиковый ток и момент двигателя; i2, M2 —ток и момент переключения)

Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции ЭДС. Управление в функции ЭДС (или скорости) осуществляется реле напряжения и контакторами. Реле напряжения настроены на срабатывание при различных значениях ЭДС якоря.

Рассмотрим схему пуска ДПТ в функции ЭДС (рис. 1.16). Угловая скорость двигателя часто фиксируется косвенным путем, т.е. измерением величин, связанных со скоростью. Для ДПТ такой величиной является ЭДС. Пуск осуществляется следующим образом. Включается автоматический выключатель QF, обмотка возбуждения двигателя подключается к источнику питания. Срабатывает реле КА и замыкает свой контакт. Остальные аппараты схемы остаются в исходном положении. Для пуска двигателя необходимо нажать кнопку SB1 «Пуск», после чего контактор КМ1 срабатывает и подключает двигатель к источнику питания. Кнопка SB1 становится на самопитание. ДПТ разгоняется с резистором R цепи якоря двигателя. По мере увеличения скорости двигателя растет его ЭДС и напряжение на катушках реле KV1 и KV2. При скорости ω1 (см. рис. 1.15) срабатывает реле KV1. Оно замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который срабатывает и закорачивает своим контактом первую ступень пускового резистора. При скорости ω2 срабатывает реле KV2. Своим контактом оно замыкает цепь питания контактора КМЗ, который, срабатывая, контактом закорачивает вторую пусковую ступень пускового резистора. Двигатель выходит на естественную механическую характеристику и заканчивает разбег.

Рис. 1.16. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции ЭДС

Для правильной работы схемы необходимо настроить реле напряжения KV1 на срабатывание при ЭДС, соответствующей скорости ω1, и реле KV2 на срабатывание при скорости ω2.

Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2 «Стоп». Для обесточивания схемы нужно отключить автоматический выключатель QF.

Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции тока. Управление в функции тока осуществляется с помощью реле тока.

Рассмотрим схему пуска ДПТ в функции тока (рис. 1.17). Сопротивления ступеней резистора выбираются таким образом, чтобы в момент включения двигателя и шунтирования ступеней ток I1 в цепи якоря и момент М1 не превосходили допустимого уровня.

Пуск двигателя осуществляется включением автоматического выключателя QF и нажатием кнопки SB1 «Пуск». При этом срабатывает контактор КМ1 и замыкает свои контакты. По силовой цепи двигателя проходит пусковой ток под действием которого срабатывает реле максимального тока КА1. Его контакт размыкается, и контактор КМ2 не получает питания.

Рис. 1.17. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции тока

Когда ток уменьшается до минимального значения I2 реле максимального тока КА1 отпадает и замыкает свой контакт. Срабатывает контактор KM2 и своим главным контактом шунтирует первую секцию пускового резистора и реле КА1. При переключении ток возрастает до значения I1. При повторном увеличении тока до значения I1 контактор КМ1 не включается, поскольку его катушка за шунтирована контактом КМ2. Под действием тока I1 реле КА2 срабатывает и размыкает свой контакт. Когда в процессе ускорения ток вновь уменьшается до значения I2, реле КА2 отпадает и включается контактор КМЗ. Пуск заканчивается; двигатель работает на естественной механической характеристике.

Для правильной работы схемы необходимо, чтобы время срабатывания реле КА1 и КА2 было меньше времени срабатывания контакторов. Чтобы остановить двигатель, необходимо нажать кнопку SB2 «Стоп» и выключить автоматический выключатель QF для обесточивания схемы.

Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции времени. Управление в функции времени осуществляется с помощью реле времени и соответствующих контакторов, которые своими контактами закорачивают ступени резистора.

Рассмотрим схему пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции времени. На рис. 1.18 приведена схема нереверсивного пуска ДПТ параллельного возбуждения.

Пуск происходит в две ступени. В схеме используются кнопки SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп», контакторы КМ1...КМЗ, электромагнитные реле времени КТ1, КТ2. Включается автоматический выключатель QF. При этом катушка реле времени КТ1 получает питание и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 «Пуск». Контактор КМ1 получает питание и своим главным контактом подключает двигатель к источнику питания с резистором в цепи якоря.

Рис. 1.18. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции времени

Реле минимального тока КА служит для защиты двигателя от обрыва цепи возбуждения. При нормальной работе реле КА срабатывает и его контакт в цепи контактора КМ1 замыкается, подготавливая контактор KM1 к работе. При обрыве цепи возбуждения реле КА обесточивается, размыкает свой контакт, затем обесточивается контактор KM1 и двигатель останавливается. При срабатывании контактора КМ1 замыкается его блокировочный контакт и размыкается контакт КМ1 в цепи реле КТ1, которое обесточивается и замыкает свой контакт с выдержкой времени. Через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ1, замыкается цепь питания контактора ускорения КМ2, который срабатывает и своим главным контактом закорачивает одну ступень пускового резистора. Одновременно получает питание реле времени КТ2. Двигатель разгоняется. Через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ2, контакт КТ2 замыкается, контактор ускорения КМЗ срабатывает и своим главным контактом закорачивает вторую ступень пускового резистора в цепи якоря. Пуск заканчивается, и двигатель переходит работать на естественную механическую характеристику.

Схема пуска ДПТ независимого возбуждения в функции времени. Эта схема (рис. 1.19, а) содержит кнопки управления SB1 (пуск) и SB2 (остановка) двигателя, линейный контактор КМ1, обеспечивающий подключение двигателя к сети, и контактор ускорения КМ2 для выключения (шунтирования) пускового резистора Rд. В качестве датчика времени в схеме использовано электромагнитное реле времени КТ. При подключении схемы к источнику питания напряжением U происходит возбуждение двигателя и срабатывает реле КТ, размыкая свой размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ2 и подготавливая двигатель к пуску.

Рис. 1.19. Схема пуска ДПТ НВ в функции времени (а), характеристики двигателя (б) и кривые переходного процесса (в)

Пуск двигателя начинается после нажатия кнопки SB1, в результате чего получает питание контактор КМ1, который своим главным силовым контактом подключает двигатель к источнику питания. Двигатель начинает разбег с резистором Rд в цепи якоря, с помощью которого ограничивается пусковой ток двигателя. Одновременно замыкающий блок-контакт контактора КМ1 шунтирует кнопку SB1, и она может быть отпущена, а размыкающий блок-контакт КМ1 разрывает цепь питания катушки реле времени КТ. Через интервал времени Δtк.т после прекращения питания катушки реле времени, называемый выдержкой времени, размыкающий контакт КТ замкнется в цепи катушки контактора КМ2, последний включится и главным контактом закоротит пусковой резистор Rд в цепи якоря. Таким образом, при пуске двигатель в течение времени Δtк.т разгоняется по искусственной характеристике 1 (рис. 1.19, б), а после шунтирования резистора Rд — по естественной 2. Величина сопротивления резистора Rд выбрана таким образом, что в момент включения двигателя ток I1 в цепи и соответственно момент М1 не превосходят допустимого уровня.

За время Δtк.т после начала пуска скорость вращения двигателя достигает величины ω1, а ток в цепи якоря снижается до уровня I2 (рис. 1.19, в). После шунтирования Rд происходит бросок тока в цепи якоря от I2 до I1, который не превышает допустимого уровня. Изменение скорости, тока и момента во времени происходит по экспоненте.

Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки SB2, что приведет к отключению якоря двигателя от источника питания и его торможению под действием момента сопротивления на его валу. Такой способ остановки двигателя получил название «торможение выбегом».

Схема пуска ДПТ последовательного возбуждения в функции тока. В этой схеме (рис. 1.20) используется реле тока КА, катушка которого включена в цепь якоря М, а размыкающий контакт — в цепь питания контактора ускорения КМ2. Реле тока настраивается таким образом, чтобы его ток отпускания соответствовал току I2 (см. рис. 1.20, б). В схеме используется также дополнительное блокировочное реле KV c временем срабатывания большим, чем у реле КА.

Рис. 1.20. Схема пуска ДПТ последовательного возбуждения в функции тока

Работа схемы при пуске происходит следующим образом. После нажатия на кнопку SB1 срабатывает контактор КМ1, двигатель подключается к источнику питания и начинает свой разбег. Бросок тока в якорной цепи после замыкания главного контакта контактора КМ1 вызовет срабатывание реле тока КА, которое разомкнет свой размыкающий контакт в цепи контактора КМ2. Через некоторое время после этого срабатывает KV и замыкает свой замыкающий контакт в цепи контактора КМ2, подготавливая его к включению.

По мере разбега двигателя ток якоря снижается до значения тока переключения I2. При этом токе отключается реле тока и замыкает свой размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ2. Последний срабатывает, его главный контакт закорачивает пусковой резистор Rд в цепи якоря, а вспомогательный контакт шунтирует контакт реле тока КA. Поэтому вторичное включение реле тока КА после закорачивания Rд и броска тока не вызовет отключения контактора КМ2 и двигатель продолжит разбег по своей естественной характеристике.

Схема пуска ДПТ в одну ступень в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС. Управление двигателем при пуске происходит по аналогии со схемой рис. 1.19. При включении двигателя в этой схеме (рис. 1.21) и работе от источника питания размыкающий контакт линейного контактора КМ в цепи контактора торможения КМ2 разомкнут, что предотвращает перевод двигателя в режим торможения.

Рис. 1.21. Схема пуска ДПТ в одну ступень в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС

Торможение осуществляется нажатием кнопки SB2. Контактор КМ, потеряв питание, отключает якорь двигателя от источника питания и замыкает своим контактом цепь питания катушки контактора КМ2. Последний от действия наведенной в якоре ЭДС срабатывает и замыкает якорь М на резистор торможения Rд2. Процесс динамического торможения происходит до тех пор, пока при небольшой скорости двигателя его ЭДС не станет меньше напряжения отпускания контактора КМ2. Тот отключится, и схема вернется в исходное положение.

Схема пуска ДПТ в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени. В этой схеме (рис. 1.22, а) в качестве датчика ЭДС использован якорь двигателя, к которому подключены катушки контакторов ускорения КМ1 и КМ2, обеспечивающих шунтирование пусковых резисторов Rд1 и Rд2. С помощью регулировочных резисторов Rу1 и Rу2 эти контакторы могут быть настроены на срабатывание при определенных скоростях двигателя.

Рис. 1.22. Схема пуска ДПТ в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени (а) и характеристики двигателя (б)

Для осуществления торможения в схеме предусмотрен резистор Rд3, подключение и отключение которого осуществляется контактором торможения КМЗ. Для обеспечения выдержки времени используется электромагнитное реле времени КТ, размыкающий контакт которого включен в цепь катушки контактора торможения КМ2.

После подключения схемы к источнику питания происходит возбуждение двигателя, а аппараты схемы остаются в исходном положении. Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1, что приводит к срабатыванию линейного контактора КМ и подключению двигателя к источнику питания. Двигатель начинает разбег с включенными резисторами Rд1+ Rд2 в цепи якоря по характеристике 1 (рис. 1.22, б). По мере увеличения скорости двигателя растет его ЭДС и соответственно напряжение на катушках контакторов КМ1 и КМ2. При скорости ω1 срабатывает контактор КМ1, закорачивая своим контактом первую ступень пускового резистора Rд1, и двигатель переходит на характеристику 2. При скорости ω2 срабатывает контактор КМ2, шунтируя вторую ступень пускового резистора Rд2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и заканчивает свой разбег в точке установившегося режима с координатами ωс — Мс, определяемой пересечением естественной характеристики 3 двигателя и характеристики нагрузки.

Для перехода к режиму торможения нажимается кнопка SB2. Катушка контактора КМ теряет питание, размыкается замыкающий силовой контакт КМ в цепи якоря двигателя, и он отключается от источника питания. Размыкающий блок-контакт КМ в цепи катушки контактора торможения КМЗ замыкается, последний срабатывает и своим главным контактом подключает резистор Rд3 к якорю М, переводя двигатель в режим динамического торможения по характеристике 4 (рис. 1.22, б). Одновременно размыкается замыкающий контакт контактора КМ в цепи реле времени КТ, оно теряет питание и начинает отсчет времени. Через интервал времени, который соответствует снижению скорости двигателя до нуля, реле времени отключается и своим контактом разрывает цепь питания контактора КМЗ. Резистор Rд3 отключается от якоря М двигателя, торможение заканчивается, и схема возвращается в свое исходное положение.