Типовые узлы схем автоматического управления

асинхронными двигателями

На рис. 2.8 приведены электрические схемы узла управления пуском в функции времени двигателей с фазным ротором. Узел на рис. 2.8, а предполагает использование аппаратуры переменного тока, например, реле времени РУ1 и РУ2 с часовым механизмом или маятниковых, пристраиваемых соответственно к контакторам КЛ и КУ1, или со своим электромагнитом. Реле имеют выдержку времени при срабатывании. Реле РУ1 начинает отсчет выдержки времени после включения контактора КЛ, реле РУ2 — после включения контактора КУ1.

Таким образом, после нажатия на кнопку КнП и включения контактора КЛ реле РУ1 и затем РУ2 с определенными выдержками времени замыкают свои контакты и включают контакторы ускорения КУ1 и КУ2. Последние закорачивают сопротивления R_доб.1 и R_доб.2 пусковых ступеней. Ход процесса пуска здесь в принципе тот же, что и для двигателя постоянного тока.

При большой частоте включений двигателя используют контакторы переменного тока с катушками постоянного тока и электромагнитные реле времени постоянного тока. В этом случае цепи управления выпол­няют по схеме, аналогичной схеме изображенной на рис. 2.2.

Для особо напряженных режимов работы коммутация статорных цепей осуществляется при помощи контакторов постоянного тока в двухполюсном исполнении. Катушки контакторов КЛ1 и КЛ2 при этом соединяют­ся параллельно.

Примене­ние двух двухполюсных контакторов вместо трех однополюсных исключает режим работы двигателя на двух фазах при обрыве в цепи катушки одного из контакторов.

На рис. 2.9 изображена схема узла, обеспечиваю­щего динамическое тормо­жение асинхронных двигателей с управлением в функ­ции времени. Узел применяют при отсутствии сети постоянного тока, поэтому обмотки статора двигателя питаются через выпрямитель Вм с трансформатором Тр. В схеме используют аппараты переменного тока. Особенностью схемы является использование реле времени РДТ — маятникового типа, которое пристроено к контактору динамического торможения КДТ. У двигателя с фазным ротором при торможении в цепь ротора вводится добавочное сопротивление R_доб обычно равное сопротивлению пускового реостата R_доб п (на рисунке этот реостат условно показан в виде одной ступени, управ­ляемой контактором КУ и реле РУ , — штриховые линии).

Рис. 2.8. Схема управления пуском асинхронного двигателя

с фазным ротором в функции времени

При работе двигателя включены контакторы КЛ и КУ. Нажатие на кнопку КнС вызывает отключение этих контакторов и введение и цепь ротора сопротивления R_добп. Вместе с тем замыкающий кон­такт кнопки КнС создает цепь включения контактора КДТ. Последний срабатывает, главными контактами присоединяет две фазы статора питателя к выпрямителю Вм. Двигатель переходит в режим динамического торможения. Реле времени РДТ, отсчитав выдержку времени, установленную для процесса торможения, своим контактом отключает контактор КДТ. Торможение заканчивается.

При наличии сети постоянного тока обмотки статора питаются непосредственно от этой сети через добавочное сопротивление и два замыкающих главных контакта контактора КДТ. При большой частоте включений применяют аппаратуру постоянного тока. В этом случае схема цепей управления ничем не отличается от схемы на рис. 2.5.

Рис. 2.9. Схема управления динамическим торможением асинхронного двигателя

с фазным ротором в функции времени

На рис. 2.10 приведены схемы узлов, используемых при торможе­нии противовключением асинхронных короткозамкнутых двигателей, в которых управление торможением осуществляется в функции скорости двигателя с ее прямым контролем при помощи реле РКС (например с помощью индукционного реле контроля скорости).

Схема на рис. 2.10, а обеспечивает управление процессом торможения нереверсивного двигателя при его остановке. Во время работы двигателя включен контактор КЛ. После нажатия на кнопку КнС выключается контактор КЛ и включается контактор КТ, поскольку реле РKC замкнуло свой контакт в цепи катушки КТ еще при пуске. Происходит торможение двигателя в режиме противовключения. При скорости, близкой к нулю, контакт реле РКС размыкается и отключает контактор КТ. Двигатель останавливается. Вариант схемы управления приведенный на рис. 2.10, б применяют для остановки реверсивного электропривода. При работе двигателя переключающий контакт реле РКС в зависимости от направления вращения находится либо в положении 1-3 (при вращении «вперед»), либо в положении 1- 2 (при вращении «назад»). Введение в действие реле РКС только при подаче команды на остановку двигателя, т.е. при нажатии на кнопку КнС,обеспечивается блокировочным реле РБ. Допустим, что двигатель работал в направлении «вперед», т.е. был включен контактор КВ. Тогда нажатие на кнопку КнС приводит к включению реле РБ. Размыкающий контакт РБ отключает контактор KB, а замыкаю­щий контакт РБ включает контактор КН по цепи через замкнутый контакт 1 - 3 реле РКС и замкнувшийся блок-контакт КВ. После этого кнопка КнС может быть отпущена, так как реле РБ становится на самопитание. Происходит торможение двигателя противовключением до тех пор, пока при ω ≈ 0 не разомкнется контакт 1 - 3 реле РКС. При вращении двигателя в направлении «назад» и нажатии на кнопку КнС схема действует аналогично.

Рис. 2.10. Схема управления торможением противовключением

асинхронного двигателя в функции скорости

Если нужно реверсировать двигатель без его остановки, то кнопку КнС не нажимают. Достаточно кратковременно нажать на кнопку противоположного направления вращения. Например, если двигатель был включен в направлении «вперед», то после нажатия на кнопку КнН ее размыкающим контактом отключается контактор KB, а затем включается контактор КН, и кнопка может быть отпущена. Двигатель затормаживается в режиме противовключения и далее разгоняется в направлении «назад», поскольку катушка контактора КН продолжает получать питание через размыкающий контакт реле РБ до тех пор, пока не будет нажата кнопка КнС.

При помощи реле контроля скорости можно также управлять динамическим торможением асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. Схема соответствующего узла аналогична схеме, приведенной на рис. 2.9, где вместо контакта реле РДТ в цепи управления нужно включить размыкающий контакт реле РКС.

На рис. 2.11 показана схема узла, реализующего управление торможением противовключением двигателя с фазным ротором, при этом в схеме используют косвенный метод контроля скорости двигателя посредством реле напряжения РП постоянного тока, катушка которого подключена через выпрямитель Вм на зажимы обмотки ротора. Напря­жение на катушке РП пропорционально скольжению s двигателя: Е₂ = E_2к s, где E_2к — линейная ЭДС ротора при s = 1. Реле настраивается с помощью регулировочного реостата R_рег так, чтобы оно срабатывало в самом начале процесса торможения (т.е. при сколь­жении s = 2) и отпускало свой якорь при скорости, близкой к нулю (т.е. при s ≈ 1). При пуске реле РП не включается. На схеме цепи управления пуском представлены одной ступенью сопротивления R_доб.пконтактором КУ и реле времени РУ, пристроен­ным к контактору КП, который срабатывает в начале пуска и закорачивает ступень противовключения R_{доб. пр}.

Рис. 2.11. Схема управления торможением противовключением

асинхронного двигателя в функции скорости при косвенном контроле

Алгоритм работы анализируемого узла сводится к следующему. Предположим, что двигатель работал в направлении «вперед». После нажатия на кнопку КнНотключаются контакторы KB и КП. Затем включается контактор КН, переводя двигатель в режим противовключения. При этом срабатывает реле РП и размыкает свой контакт в цепи катушки контактора КП, не позволяя ему включиться и обеспе­чивая тем самым введение в цепь ротора сопротивлений R_доб.п и R_{доб. пр}. Для повышения надежности такой операции применено блокировочное реле РБ. Оно создает временный разрыв в цепи катушки контактора КП, т.е. отключается при отключении контактора KB и включается только после замыкания контактов контактора КН. Когда контакт РБ закроется, реле РП уже успеет сработать и разомкнуть свой контакт. В конце торможения контакт РП закрывается, включается контактор КП. Далее происходит разгон двигателя в направлении «назад». Аналогично работает схема и при обратном реверсе. При нажатии на кнопку КнС двигатель отключается от сети и тормозится только под действием статического момента.

Релейно-контакторные схемы широко используются и для управления многоскоростными двигателями. Особенностью таких схем является то, что подключение обмоток двигателя к источнику питания производится только после выбора скорости вращения двигателя, т.е. после осуществления соединения обмоток двигателя по требуемой схеме (звезда, двойная звезда, треугольник).

В тех случаях, когда прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей невозможен либо ввиду недостаточной мощности питающей сети, либо в связи с необходимостью обеспечения пониженных значений момента двигателя по условиям ограничения ускорения рабочих органов производственной машины, прибегают к пуску при пониженном напряжении. С этой целью в обмотки статора включают пусковые резисторы. Наиболее распространенная схема ограничения пускового тока и момента низковольтного двигателя приведена на рис. 2.12. При включении контактора К У обмотки статора присоединяются к сети через пусковые резисторы R_до6 . Разгон двигателя происходит по искусственной характеристике 1 с начальным пусковым моментом М_пи. В конце разгона при скорости < ω_cавтоматически включается контактор КЛ, закорачивающий резисторы R_до6.

Рис. 2.12. Узел схемы управления пуском асинхронного короткозамкнутого двигателя

Двигатель выходит на естественную характеристику 2 и разгоняется по ней до установившейся скорости ω_с . Управляют моментом включения контактора КЛ обычно в функции времени.

Для небольших двигателей в целях ограничения пускового момента используют иногда однофазное включение резистора R_до6 . Для высоковольтных двигателей большой мощности в схеме на рис. 2.12, вместо резисторов включаются реакторы Х_доб , а вместо контакторов КУ и КЛ — выключатели ВУ и ВЛ.

Если требуется обеспечить наибольший пусковой момент двигателя при заданном ограничении пускового тока, применяют пуск через автотрансформатор. В этом случае при пуске двигателя сначала статор двигателя включается на часть обмотки автотрансформатора, а затем по истечению выдержки времени на статор двигателя подается полное напряже­ние сети (пусковые характеристики аналогичны характеристикам 1, 2 рис. 2.12).