Автоматич. пуск двигателя. Методические указания к контрольной работе по курсу Электроснабжение лесопромышленных предприятий
 Скачать 0.87 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра автоматизации производственных процессов А.И. Бабин В.В. Беспалов ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ И ТОРМОЖЕНИЕМ ДВИГАТЕЛЯ Методические указания к контрольной работе по курсу «Электроснабжение лесопромышленных предприятий» для студентов специальностей 220301, 250401 очной и заочной форм обучения направлений 250300 «Технология и оборудование лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств», 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 220200 «Автоматизация и управление» Екатеринбург 2010 2 Печатаетсяпо рекомендации методической комиссии ЛИФ. Протокол № 84 от 16 октября 2009 г. Рецензент − доцент кафедры автоматизации производственных процессов, канд. техн. наук С.П. Санников Редактор К.В. Корнева Оператор Г.И. Романова Подписано в печать 23.06.10 Поз. 112 Плоская печать Формат 60х84 1/16 Тираж 65 экз. Заказ № Печ. л. 1,39 Цена 7 руб. 64 коп. Редакционно-издательский отдел УГЛТУ Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ 3 ВВЕДЕНИЕ Пуск любого двигателя сопровождается определенными переключе- ниями в силовой цепи и цепи управления. При этом используются релей- но-контакторные и бесконтактные аппараты. Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором пуск чаще всего сводится к прямому включению двигателя на полное напряжение се- ти. Мощные асинхронные и синхронные двигатели включаются на пони- женное питание, а по окончании пуска статор двигателя включается на полное напряжение сети. Для асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей посто- янного тока в целях ограничения пусковых токов в цепи роторов и якорей двигателей включаются пусковые резисторы, которые при разгоне двига- телей по ступеням выключаются. Когда пуск закончится, пусковые рези- сторы полностью шунтируются. Процесс торможения двигателей также может быть автоматизирован. После команды на торможение с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляются необходимые пере- ключения в силовых цепях. При подходе к скорости, близкой к нулю, дви- гатель отключается от сети. В процессе пуска выключение ступеней про- исходит через определенные интервалы времени либо в зависимости от других параметров, при этом изменяются ток и скорость двигателя. Управление пуском двигателя осуществляется в функции ЭДС (или скорости), тока, времени и пути. 1. Управление асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором Управление асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором можно производить с помощью магнитных пускателей или контакторов. При применении двигателей малой мощности, не требующих ограничения пусковых токов, пуск осуществляется включением их на полное напряже- ние сети. Простейшая схема управления асинхронным двигателем с корот- козамкнутым ротором и нереверсивным магнитным пускателем пред- ставлена на рис 1. Для пуска включается автоматический выключатель QF, и тем самым подается напряжение на силовую цепь схемы и цепь управления. При нажа- тии кнопки SB1 «Пуск» замыкается цепь питания катушки контактора КМ, вследствие чего его главные контакты в силовой цепи также замыкаются, присоединяя статор электродвигателя М к питающей сети. Одновременно в цепи управления замыкается блокировочный контакт КМ, что создает цепь питания катушки КМ (независимо от положения контакта кнопки). Отклю- 4 чение электродвигателя осуществляется нажатием кнопки SB2 «Стоп». При этом разрывается цепь питания контактора КМ, что приводит к раз- мыканию всех его контактов, двигатель отключается от сети, после чего необходимо отключить автоматический выключатель QF. Рис. 1. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и нереверсивным магнитным пускателем В схеме предусмотрены следующие виды защит: от коротких замыканий – с помощью автоматического выключате- ля QF и предохранителей FU; от перегрузок электродвигателя – с помощью тепловых реле КК (размыкающие контакты этих реле при перегрузке размыкают цепь пита- ния контактора КМ, тем самым отключая двигатель от сети); нулевая защита – с помощью контактора КМ (при снижении или исчезновении напряжения контактор КМ теряет питание, размыкая свои контакты, и двигатель отключается от сети). Для включения двигателя необходимо вновь нажать кнопку SB1 «Пуск». Если прямой пуск двигателя невозможен, и необходимо ограни- чить пусковой ток асинхронного короткозамкнутого двигателя, применяют пуск на пониженное напряжение. Для этого в цепь статора включают ак- тивное сопротивление или реактор, либо применят пуск через автотранс- форматор. На рис. 2 приведена схема управления асинхронным двигателем с ко- роткозамкнутым ротором с симметричными сопротивлениями в цепи статора. Включается автоматический выключатель QF, подается напря- жение на силовую цепь и цепь управления. После нажатия на кнопку SB1 5 срабатывает контактор КМ1, силовые контакты которого замыкаются и подключают двигатель к сети с активными сопротивлениями в цепи стато- ра. Одновременно получает питание реле времени КТ, поскольку контакт КМ1 в цепи реле КТ замыкается. Рис. 2. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с симметричными сопротивлениями в цепи статора По истечении времени, равного выдержке времени реле КТ, замыка- ется контакт КТ, вследствие чего контактор КМ2 срабатывает и своими контактами шунтирует сопротивление в цепи статора. Пуск заканчивается. Для остановки двигателя нажимается кнопка SB2 «Стоп» и отключается автоматический выключатель QF. На рис. 3 приведена схема управления асинхронным двигателем с ко- роткозамкнутым ротором с реверсивным магнитным пускателем. Схема позволяет осуществлять прямой пуск асинхронным короткозамкнутого двигателя, а также изменять направление вращения двигателя, т. е. произ- водить реверс. Пуск двигателя осуществляется включением автоматиче- ского выключателя QF и нажатием кнопки SB1, вследствие чего контактор КМ1 получает питание, замыкает свои силовые контакты и статор двига- теля подключается к сети. Для реверса двигателя необходимо нажать кнопку SB3. Это приведет к отключению контактора КМ1, после чего на- жимается кнопка SB2 и включается контактор КМ2. 6 Рис. 3. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с реверсивным магнитным пускателем Таким образом, двигатель подключается к сети с изменением порядка чередования фаз, что приводит к изменению направления его вращения. В схеме применена блокировка от возможного ошибочного одновременного включения контакторов КМ2 и КМ1 с помощью размыкающихся контак- тов КМ2, КМ1. Отключение двигателя от сети осуществляется кнопкой SB3 и автоматическим выключателем QF. В схеме предусмотрены все ви- ды защит электродвигателя, рассмотренные в схеме управления асинхрон- ным двигателем с нереверсивным магнитным пускателем. Динамическое торможение осуществляется отключением двигателя от сети трехфазного тока и подсоединением обмотки статора к сети постоян- ного тока. Магнитный поток в обмотках статора, взаимодействуя с током ротора, создает тормозной момент. На рис. 4 приведена схема прямого пуска асинхронного двигателя с динамическим торможением в функции времени. Двигатель запускается с помощью контактора КМ1, одновременно замыкается цепь питания реле времени КТ (при включенном автоматическом выключателе QF), так как блок-контакт КМ1 в цепи реле времени замыкается. Контакт реле времени замкнется, но контактор КМ2 не получит питания, поскольку разомкнется контакт контактора КМ1 в цепи контактора КМ2. 7 Для остановки двигателя нажимается кнопка SB2 «Стоп». Контактор КМ1 обесточивается, размыкая свои контакты в силовой цепи двигателя. Одновременно с этим замыкается контакт КМ1 в цепи контактора КМ2, вследствие чего контактор КМ2 срабатывает и замыкает свои силовые контакты в цепи постоянного тока. Обмотка статора двигателя отключает- ся от трехфазной сети и подключается к сети постоянного тока. Двигатель переходит в режим динамического торможения. В схеме применено реле времени с выдержкой времени при размыкании. При скорости, близкой к нулю, контакт КТ размыкается, вследствие чего контактор КМ2 обесточи- вается и двигатель отключается от сети. Рис. 4. Схема управления асинхронным двигателем с динамическим торможением в функции времени Интенсивность торможения регулируется с помощью резистора R. В схеме применена блокировка с помощью размыкающихся контактов КМ1 и КМ2 для невозможности включения статора двигателя одновременно в сеть постоянного и трехфазного тока. Управлять динамическим торможе- нием можно в функции скорости с помощью реле контроля скорости SR. На рис. 5 приведена схема управления асинхронным двигателем с ко- роткозамкнутым ротором с динамическим торможением в функции ско- рости. Включается автоматический выключатель QF и с помощью контак- тора КМ1 двигатель запускается. Для торможения нажимается кнопка SB2 «Стоп». Контактор КМ1 обесточивается, так как контакт реле контроля 8 скорости замыкается при пуске двигателя, а размыкающий контакт замы- кается при отключении контактора КМ1. Контактор КМ2, срабатывая, за- мыкает свои контакты. Статор двигателя отключается от сети трехфазного тока и подключается к сети постоянного тока. При скорости, близкой к ну- лю, контакт SR размыкается и двигатель отключается от сети. Торможение противовключением асинхронного двигателя осуществ- ляется путем изменения порядка чередования фаз, но при скорости, близ- кой к нулю, необходимо отключить двигатель от сети. Управление тормо- жением осуществляется в функции скорости двигателя, причем скорость контролируется с помощью реле контроля скорости. Рис. 5. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с динамическим торможением в функции скорости На рис. 6 приведена схема управления асинхронным двигателем с ко- роткозамкнутым ротором с торможением противовключением. Она ра- ботает следующим образом. Подача напряжения на схему осуществляется включением автоматического выключателя QF. Для пуска электродвигате- ля используется кнопка SB1 и контактор КМ1. Одновременно замыкается контакт SR реле контроля скорости, но контактор КМ2 не включен, так как при включении контактора КМ1 размыкается его контакт и в цепи контак- тора КМ2. Для торможения нажимается кнопка SB2 «Стоп», контактор КМ1 теряет питание, вследствие чего замыкается контакт КМ1 в цепи кон- тактора КМ2, который, срабатывая, подключает двигатель к сети с измене- 9 нием порядка чередования фаз. Происходит торможение двигателя в ре- жиме противовключения. При скорости, близкой к нулю, контакт SR реле контроля скорости размыкается и отключает контактор КМ2. Двигатель останавливается. Схема имеет электрическую блокировку, чтобы невоз- можно было одновременно включить контакторы КМ1 и КМ2. Рис. 6. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с торможением противовключением 2. Типовые решения управления асинхронными двигателями с фазным ротором Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется с введенными ре- зисторами в цепи ротора. Резисторы в цепи ротора служат для ограничения токов не только в процессе пуска, но и при реверсе, торможении, а также при снижении скорости. По мере разгона двигателя для поддержания ускорения привода рези- сторы выводятся. Когда пуск закончится, резисторы полностью шунтиру- ются, и двигатель перейдет работать на естественную механическую ха- рактеристику. 10 На рис. 7 приведена схема асинхронного двигателя с фазным рото- ром, где с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляется пуск двигателя в две ступени, причем напряжение подается одновременно на силовые цепи и цепи управления с помощью выключателя QF. Рис. 7. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором Управление двигателем осуществляется в функции времени. При по- даче напряжения в цепь управления реле времени КТ1, КТ2 срабатывают и размыкают свои контакты. Далее нажимается кнопка SB1. Это приводит к срабатыванию контактора КМ3 и пуску двигателя с резисторами, введен- ными в цепи ротора, так как контакторы КМ1 и КМ2 питания не получают. При включении контактора КМ3 реле КТ1 теряет питание и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ1 через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ1. По истечении указанного времени включает- ся контактор КМ1, шунтирующий первую пусковую ступень резисторов. Одновременно размыкающий контакт КМ1 в цепи реле КТ2 размыкается, реле КТ2 теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который срабатывает через промежуток, равный выдержке времени реле КТ2, и шунтирует вторую ступень резисторов в цепи ротора. 11 Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции тока представлена на рис. 8. Для контроля пуска по току приме- няют токовые реле, которые срабатывают при пусковом токе и отпадают при минимальном токе переключения. Схема предусматривает пуск двига- теля и его защиту без реверсирования и торможения. Пуск двигателя осу- ществляется при включении в цепь автоматического выключателя QF и контактора КМ3, причем в цепь ротора полностью введены и пусковые ре- зисторы. Блокировочные контакты контактора КМ3 шунтирую кнопку SB1 и создают цепь питания блокировочного реле KL. Замыкающий контакт реле KL подает питание на контакторы ускорения КМ1, КМ2. Собственное время срабатывания реле тока КА1 и КА2 меньше, чем соответствующих контакторов КМ1 и КМ2, поэтому реле тока срабатывает раньше, чем со- ответствующий контактор ускорения и пуск двигателя осуществляется с резисторами, введенными в цепь ротора. Рис. 8. Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции тока 12 При пусковом токе реле тока КА1 срабатывает и размыкает свой кон- такт в цепи контактора КМ1. По мере разгона двигателя ток ротора уменьшается. При токе переключения реле КА1 отпадает и контакт КА1 в цепи контактора КМ1, который своими контактами шунтирует первую ступень пускового резистора и реле КА1. Одновременно замыкается бло- кировочный контакт КМ1, что ставит катушку контактора КМ1 на самопи- тание при размыкании контакта КА1. При шунтировании первой пусковой ступени резистора ток возрастает до максимального значения, что приво- дит к срабатыванию реле КА2, препятствуя включению контактора КМ2. По мере разгона двигателя ток снова уменьшается до минимального зна- чения, реле КА2 отпадает, размыкающий контакт КА2 замыкается, созда- вая цепь питания катушки КМ2. При этом шунтируется вторая ступень пускового резистора. Остановить двигатель можно нажатием кнопки SB2 «Стоп», в результате чего обесточивается контактор КМ3 и двигатель от- ключается от сети. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в 1 ступень в функции времени и динамическим торможением в функции скорости показана на рис. 9. Схема работает следующим образом. Включаются автоматические выключатели QF1 и QF2, в результате чего реле времени КТ получает питание и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ1. Для запуска двигателя нажимается кнопка SB1 «Пуск», что приводит к срабатыванию контактора КМ3 и запуску двигателя с резисторами в цепи ротора. Одновременно размыкающий контакт контактора КМ3 отключает реле времени от сети, но контактор КМ1 не срабатывает, поскольку раз- мыкающий контакт КТ замыкается с выдержкой времени. По истечении выдержки времени реле КТ контакт КТ замыкается, что приводит к сраба- тыванию контактора КМ1, контакты которого замыкаются и шунтируют резисторы в цепи ротора, в результате чего двигатель переходит работать на естественную механическую характеристику. Для перевода асинхрон- ного двигателя в режим динамического торможения нажимается кнопка SB2 «Стоп». Контактор КМ3 обесточивается, размыкает свой контакт в цепи контактора КМ1 и замыкает контакт в цепи контактора КМ2. Контак- тор КМ2 срабатывает, так как контакт реле контроля скорости SR замкнут. Вследствие этого обмотка статора отключается от трехфазной сети и под- ключается к постоянному току. Одновременно контактор КМ1 обесточива- ется, размыкает свои контакты и в цепь ротора вводится резистор R. При скорости, близкой к нулю, контакт реле контроля скорости SR размыкается, контактор КМ2 обесточивается и размыкает свои контакты. Двигатель отключается от сети постоянного тока. Схема приходит в ис- ходное положение. 13 Рис. 9. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в одну ступень в функции времени и динамическим торможением в функции скорости: а – силовая цепь; б – цепь управления Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем показана на рис. 10. Эта схема обеспечивает получение двух скоростей двигателя путем соединения секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду, а также его реверсирование. Защита электропривода осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохранителями FA. Для пуска двигателя на низкую скорость вращения нажимается кноп- ка SB4, после чего срабатывает контактор КМ2 и блокировочное реле KV. Статор двигателя оказывается включенным по схеме треугольника, а реле KV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМ3 и КМ4, под- готавливает подключение двигателя к источнику питания. Далее нажатие кнопки SB1 или SB2 приводит к включению соответственно в направлении «Вперед» или «Назад». После разбега двигателя до низкой скорости может быть осуществлен его разгон до высокой скорости. Для этого нажимается кнопка SB5, это приведет к отключению контактора КМ2, включению контактора КМ1 и пересоединению тем самым секций обмоток статора с треугольника на двойную звезду. 14 Рис. 10. Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем Остановка двигателя производится нажатием кнопки SB3, что вызовет отключение всех контакторов от сети и торможение двигателя выбегом. Применение в схеме двухцепных кнопок управления не допускает од- новременного включения контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4. Рис. 11. Схема управления прямым пуском и динамическим торможением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 15 Схема управления асинхронным двигателем, обеспечивая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени представлена на рис. 11. Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1, после чего сраба- тывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контактора КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ. Для остановки двигателя нажимается кнопка SB3. Контактор КМ от- ключается, размыкая свои контакты в цепи статора двигателя и отключая тем самым его от сети переменного тока. Одновременно с этим замыкается контакт КМ в сети аппарата КМ1 и размыкается контакт КМ в цепи реле КТ. Это приводит к включению контактора торможения КМ1, подаче в обмотки статора постоянного тока от выпрямителя V через резистор R т и переводу двигателя в режим динамического торможения. Реле времени КТ, потеряв питание, начинает отсчет выдержки време- ни. Через интервал времени, соответствующий остановке двигателя, реле КТ замыкает свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключается, пре- кращая подачу постоянного тока в цепь статора. Схема возвращается в ис- ходное положение. Интенсивность динамического торможения регулируется резистором R т , с помощью которого устанавливается необходимый ток в статоре двигателя. Для исключения возможности одновременного подключения статора к источникам переменного и постоянного тока в схеме использована типо- вая блокировка с помощью размыкающих контакторов КМ и КМ1, вклю- ченных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов. Схема управления пуском и торможением асинхронного двигателя с фазным ротором противовключением показана на рис. 12. После подачи напряжения включается реле времени КТ, которое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3, предотвращая тем са- мым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисто- ров в цепи ротора. Включение двигателя производится нажатием кнопки SB1, после чего включается контактор КМ1. Статор двигателя подсоединяется к сети, электромагнитный тормоз YB растормаживается, и начинается разбег дви- гателя. Включение КМ1 одновременно приводит к срабатыванию контак- тора КМ4, который своим контактом шунтирует не нужный при пуске ре- зистор противовключения R д2 , а также разрывает цепь катушки реле вре- мени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ3, кото- рый срабатывает и шунтирует пусковой резистор R д1 в цепи ротора, и дви- гатель выходит на свою естественную характеристику. 16 Рис. 12. Схема управления пуском и торможением противовключением асинхронного двигателя с фазным ротором Управление торможением обеспечивает реле торможения KV, кон- тролирующее уровень ЭДС (скорости) ротора. С помощью резистора R р оно отрегулировано таким образом: при пуске, когда скольжение двигате- ля 0 < s < 1, наводимая в роторе ЭДС будет недостаточна для включения, а в режиме противовключения, когда 1 < s < 2, уровень ЭДС достаточен для включения. Для осуществления торможения двигателя нажимается сдвоенная кнопка SB2, размыкающий контакт которой разрывает цепь питания ка- тушки контактора КМ1. После этого двигатель отключается от сети и раз- рывается цепь питания контактора КМ4 и замыкается цепь питания реле КТ, в результате этого контакторы КМ3 и КМ4 отключаются и в цепь ро- тора двигателя вводится сопротивление R д1 + R д2 Нажатие кнопки SB2 приводит одновременно к замыканию цепи пи- тания катушки контактора КМ2, который, включившись, вновь подключа- ет двигатель к сети, но уже с другим чередованием фаз сетевого напряже- ния на статоре. Двигатель переходит в режим включения торможения про- тивовключением. Реле KV срабатывает и после отпускания кнопки SB2 будет обеспечивать питание контактора КМ2 через свой контакт и замы- кающий контакт этого аппарата. В конце торможения, когда скорость будет близка к нулю и ЭДС ро- тора уменьшится, реле KV отключится и своим размыкающим контактом разомкнет цепь катушки контактора КМ2. Последний, потеряв питание, 17 отключит двигатель от сети, и схема придет в исходное положение. После отключения КМ2 тормоз YB, потеряв питание, обеспечит фиксацию (тор- можение) вала двигателя. Рис. 13. Схема управления пуском и динамическим торможением асинхронного двигателя с фазным ротором Схема одноступенчатого пуска асинхронного двигателя в функции то- ка и динамического торможения в функции скорости показана на рис. 13. Схема включает в себя контакторы КМ1, КМ2 и КМ3; реле тока КА; реле контроля скорости SR, промежуточное реле KV; понижающий трансфор- матор для динамического торможения Т; выпрямитель VD. Максимальная токовая защита осуществляется предохранителями FA1 и FA2, защита от перегрузки двигателя – тепловыми реле КК1 и КК2. Схема работает следующим образом. После подачи с помощью авто- матического выключателя QF напряжения для пуска двигателя нажимается кнопка SB1, включается контактор КМ1, силовыми контактами которого статор двигателя подключается к сети. Бросок тока в цепи ротора вызовет включение реле тока КА и размыкание цепи контактора ускорения КМ2. Тем самым разбег двигателя начнется с пусковым резистором R д2 в цепи ротора. 18 Включение контактора КМ1 приводит также к шунтированию кнопки SB1, размыканию цепи катушки контактора торможения КМ3 и включе- нию промежуточного реле напряжения KV, что, тем не менее, не приведет к включению контактора КМ2, так как до этого в этой цепи разомкнулся контакт реле КА. По мере увеличения скорости двигателя уменьшается ЭДС и ток в ро- торе. При некотором значении тока в роторе, равного току отпускания реле КА, оно отключится и своим размыкающим контактом замкнет цепь пита- ния контактора КМ2. Тот включится, зашунтирует пусковой резистор R д2 , и двигатель выйдет на свою естественную характеристику. Отметим, что вращение двигателя вызовет замыкание контакта реле скорости SR в цепи контактора КМ3, однако он не сработает, так как до этого разомкнулся контакт контактора КМ1. Для перевода двигателя в тормозной режим нажимается кнопка SB2. Контактор КМ1 теряет питание и отключает АД от сети переменного тока. Благодаря замыканию контактов КМ1 включается контактор торможения КМ3, контакты которого замкнут цепь питания обмотки статора от выпря- мителя VD, подключенного к трансформатору Т, и тем самым двигатель переводится в режим динамического торможения. Одновременно с этим потеряют питание аппараты KV и КМ2, что приведет к вводу в цепь рото- ра резистора R д2 . Двигатель начинает тормозиться. При скорости двигателя, близкой к нулю, реле контроля скорости SR разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМ3. Он отключится и прекратит торможение двигателя. Схема придет в исходное положение и будет готова к последующей работе. Принцип действия схемы не изменится, если катушку реле тока КА включить в фазу статора, а не ротора. Панель типа ПДУ 6220 входит в состав нормализованной серии пане- лей управления двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором и обес- печивает пуск двигателя в две ступени и динамическое торможение по принципу времени (рис. 14). При подаче на схему напряжений постоянного (220 В) и переменного (380 В) тока (замыкание рубильников Q1, Q2 и автомата QF) включается реле времени КТ1, чем подготавливается двигатель к пуску с полным пус- ковым резистором в цепи ротора. Одновременно с этим, если рукоятка ко- мандоконтролера находится в нулевой (средней) позиции и максимально- токовые реле FA1-FA3 не включены, включится реле защиты KV от пони- жения питающего напряжения и подготовит схему к работе. Пуск двигателя осуществляется по любой из двух искусственных ха- рактеристик или естественной характеристике, для чего рукоятка SA должна устанавливаться в положение 1, 2 или 3. При переводе рукоятки в любое из указанных положений SA включается линейный контактор КМ2, 19 подключающий двигатель к сети, контактор управления тормозом КМ5, подключающий к сети катушку YА электромагнитного тормоза, который при этом растормаживает двигатель и реле времени КТ3, управляющее процессом динамического торможения. При переводе SA в положение 2 или 3 включаются контакторы ускорения КМ3 и КМ4 и двигатель начина- ет разгоняться. Рис. 14. Схема асинхронного электропривода с использованием типовой панели управления Торможение двигателя происходит при переводе рукоятки SA в нуле- вое (среднее) положение. При этом отключаются контакторы КМ2 и КМ5 и включается контактор динамического торможения КМ1, который под- ключит двигатель к источнику постоянного тока. В результате этого будет идти интенсивный процесс комбинированного (механического и динами- ческого) торможения двигателя, которое закончится после отсчета времени КТ3 своей выдержки времени, соответствующей времени торможения. Схема асинхронного электропривода управления с использованием тиристорных пусковых устройств приведена на рис. 15. Эффективным методом формирования желаемых графиков изменения тока и момента 20 двигателя в переходных режимах является регулирование напряжения на его статоре с помощью тиристорных пусковых устройств (ТПУ). Чаще всего это делается для ограничения тока и момента двигателя при пуске («мягкий» способ пуска), хотя с помощью этих устройств можно обеспе- чить и повышение момента двигателя при пуске («жесткий» способ пуска). Рис. 15. Схема асинхронного электропривода с использованием тиристорных пусковых устройств Упрощенная схема электропривода, иллюстрирующая этот метод приведена на рис. 15. Тиристорное пусковое устройство включается между источником питания (сетью переменного тока) с напряжением U 1 и стато- ром двигателя. В нереверсивном ТПУ его силовую часть образуют три па- ры встречно-параллельно включенных тиристоров VS1−VS6, управление которыми осуществляется импульсами напряжения, поступающими на них от системы импульсно-фазового управления СИФУ. Ограничение тока и момента осуществляется за счет снижения подводимого к двигателю на- пряжения, что достигается соответствующим изменением во времени угла управления тиристорами. Напряжение при пуске может изменятся по раз- личным законам – линейно нарастать от нуля до сетевого, быть понижен- ным в течении всего времени пуска или изменятся по, так называемому, бустерному варианту, при котором для облегчения пуска двигателя на него в начале подается скачком некоторое напряжение, которое затем продол- жает нарастать уже по линейному закону. В замкнутой системе может быть обеспечено и поддержание тока статора на заданном уровне. Добавление в схему (см. рис. 15) еще двух пар тиристоров позволяет получить реверсивную схему управления двигателем, обеспечивая возмож- ность вращения двигателя в двух направлениях. На базе схемы ТПУ может быть обеспечено и динамическое торможение двигателя. 21 Дополнительными положительными свойствами обладают гибридные ТПУ, которые получаются добавлением в схему на рис. 15 электромагнит- ного контактора, как это показано на рис. 16. В такой схеме тиристорная часть обеспечивает регулирование напряжения при пуске, а после его за- вершения включается контактор КМ и подключает двигатель к сети на- прямую. Это повышает экономичность и надежность работы электропри- вода. В этой схеме тиристоры не имеют охладителей, а контактор дугога- сительных камер, что обусловливает их небольшую массу и габаритные размеры. Рис. 16. Схема асинхронного электропривода с гибридным тиристорным пусковым устройством Схема асинхронного электропривода с квазичастотным управлением скорости двигателя показана на рис. 17. На базе схемы рис. 15 может быть реализовано, так называемое, квазичастотное регулирование скорости дви- гателя. В еѐ состав входит блок квазичастотного управления БКЧУ, кото- рый с помощью управления СИФУ обеспечивает периодическое подклю- чение двигателя к источнику питания и его отключение. За счет изменения частоты и длительности интервалов включения и отключения двигателя могут быть получены механические характеристики, позволяющие регу- лировать скорость двигателя или его момент при пуске. Особенностью квазичастотного управления являются вибрации и шум при работе двига- теля, а также повышенные потери мощности, что вызывает дополнитель- ный нагрев двигателя и требует определенного завышения его мощности в случае регулирования скорости. 22 Рис. 17. Схема асинхронного электропривода с квазичастотным управлением скорости двигателя Типовые задачи Задача 1. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамк- нутым ротором и нереверсивным магнитным пускателем дана на рис. 1. Асинхронный двигатель типа АИР180М4 имеет следующие номинальные паспортные данные: мощность P ном = 30 кВт, напряжение питания U 1ном = 380/220 В, ток статора I 1ном = 56,8 А, частота вращения холостого хода ω 0 = 157 рад/с, КПД η ном = 92 %, коэффициент мощности cos φ ном = 0,87, скольжение s ном = 0,02, кратность пускового тока I 1п /I 1ном = 7, кратности максимального и пускового моментов М max /М ном = 2,7, М п /М ном = 1,7. При длительном режиме работы двигателя требуется: выбрать магнитный пускатель с тепловым реле защиты; выбрать автоматический выключатель; рассчитать параметры предохранителей и выбрать их по каталогу; рассчитать установки тепловых реле. Задача 2. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамк- нутым ротором с симметричными сопротивлениями в цепи статора приве- дена на рис. 11. Требуется выбрать по каталогу контакторы КМ и КМ1. К каким последствиям в работе электропривода приведет обгар контакта ап- парата КМ в цепи катушки контактора КМ1? Задача 3. Составить схему управления, которая обеспечивает пуск асинхронного двигателя с фазным ротором в две ступени в функции вре- мени и торможение противовключением в функции скорости (с использо- ванием реле контроля скорости). Задача 4. Составить схему управления, которая обеспечивает прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и его тормо- жение противовключением в функции времени. 23 Пример. Схема электропривода приведена на рис. 12, двигатель име- ет данные, представленные в задаче 1. Суммарный момент инерции элек- тропривода J = 0,7 кг м 2 , момент нагрузки равен номинальному моменту. Определить соотношение сопротивлений пускового резистора R д1 и об- мотки ротора R 2 , при котором пусковой момент двигателя будет равен максимальному (критическому), и выдержку реле времени. Рассчитываем величину критического скольжения двигателя на есте- ственной характеристике, используя его паспортные данные: 0,1 ) 1 2,7 0,02(2,7 1 ) M М M М s s 2 2 ном max ном max ном кр.е Находим требуемое соотношение сопротивлений, учитывая, что на искусственной характеристике при заданном условии критическое сколь- жение s кр.и = 1: 9 1 0,1 1 1 s s R R кр.е кр.и 2 д1 Определяем величину критического момента двигателя (Н м): 526,5 0,02) (1 157 30000 2,7 ) s (1 ω P 2,7 2,7M М ном 0 ном ном max Принимая искусственную характеристику двигателя в первом квад- ранте линейной зависимости и полагая, что момент переключения на 15 % превышает номинальный момент, оценим механическую постоянную вре- мени и выдержку реле времени (с): ; 0,21 526,5 157 0,7 M Jω T max 0 M 0,51 0,15 1 2,7 0,21ln М 1,15М M M ln Т Δt max ном max max М к.т Контрольные вопросы 1. С помощью каких аппаратов выполняется защита в схемах управле- ния электроприводом? 2. В функции каких величин осуществляется управление асинхронным двигателем с фазным ротором? 3. Как происходит торможение противовключением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором? 4. Как регулируется интенсивность торможения асинхронного двига- теля при динамическом торможении? 5. Как осуществляется пуск асинхронного двигателя с фазным ротором? 6. Почему по мере разгона асинхронного двигателя с фазным ротором резисторы ротора выводятся из цепи? |