Типовые схемы управления электроприводами

Одним из наиболее распространенных электроприводов производственных механизмов является асинхронный привод. Схемы управления этим приводом многообразны, однако общие принципы их построения примерно одинаковы, и, изучив наиболее характерные из них, легко спроектировать любую схему в соответствии с требуемым технологическим режимом — циклом работы.
Наиболее простой является схема управления короткозамкнутыми двигателями с магнитными пускателями. Пуск двигателя производится чаще всего путем непосредственного подключения статора двигателя к сети посредством контакторов. Если в процессе работы нет необходимости в изменении направления вращения приводимого механизма, то применяется схема, приведенная на рис. 7.14. Защита силовой цепи осуществляется плавкими предохранителями F и двумя тепловыми реле Кт\ и /СТ2- Плавкие предохранители F защищают силовую цепь от коротких замыканий и кратковременных перегрузок свыше 200—300%, тепловые реле Кп и Кт2 — от длительных перегрузок, превышающих номинальную нагрузку на 10—20%. Для защиты двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме, тепловые реле не применяются. Это объясняется несоответствием постоянных времени нагрева реле и двигателя.
Включает и отключает двигатель линейный контактор /Сл, замыкающие силовые контакты которого находятся в главной цепи двигателя. Управление двигателем производят дистанционно от кнопочной станции, включающей в себя кнопки S1 и S2. Линейные контакторы и тепловые реле, собранные в одном металлическом кожухе, представляют собой один аппарат, так называемый магнитный пускатель (рис. 7.14). При воздействии на кнопку S1 катушка контактора Кл получает питание и втягивает якорь, на котором укреплены подвижные контакты. Контактор Кл своими силовыми контактами подключает статор двигателя к сети, блокировочный замыкающий контакт Кл шунтирует при этом кнопку S1. Отключается двигатель при нажатии на кнопку S2 или при срабатывании тепловых реле Кг- Если напряжение на катушке Л'л снизится до значения, меньшего 0,8 С/ном, двигатель отключается от сети, так как поток, созданный катушкой при таком напряжении, будет недостаточен для удержания якоря контактора Кл, а следовательно, и его контактов во включенном положении.
От схемы управления асинхронным короткозамкнутым двигателем, направление вращения которого по заданному циклу не меняется, легко перейти к реверсивной схеме, где используется та же аппаратура защиты и управления, однако включается она в соответствии с рис. 7.8.
При использовании режима динамического торможения напряжение постоянного тока подводится к статору двигателя посредством контактора /Ст от сети постоянного тока, как это показано на рис. 7.15,а, или от сети переменного тока через полупроводниковые вентили. Управление динамическим торможением производится с помощью реле времени Кв, контакт которого в цепи катушки контактора торможения /Ст открывается с выдержкой времени, после чего питание статора постоянным током прекращается. Реле теряет питание после отключения контактора /Сл- Реле
настраивается таким образом, чтобы его выдержка времени была несколько больше времени торможения электропривода. Переход от двигательного режима работы на характеристики асинхронного двигателя при динамическом торможении показан на рис. 7.15,6.
Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем, предусматривающая возможность .1 торможения противовключением двигателя, изображена на рис. 7.16,а. При воздействии на кнопку S2 катушка контактора Кл теряет питание, а двигатель отключается от сети. Одновременно с этим блокировочный контакт контактора К л замыкается в цепи катушки контактора торможения Кт. Одним из способов контроля скорости в процессе торможения двигателя является установка на его валу реле контроля скорости Кс- Если двигатель вращается, то контакт Кс замкнут. Контактор Кт подключает обмотку статора к сети таким образом, что поле статора начинает вращаться в сторону, противоположную направлению вращения ротора, что приводит к процессу торможения противовключением. Характеристики при торможении асинхронного короткозамкнутого двигателя противовключением приведены на рис. 7.16,6. Контакт реле Кс размыкается при скорости двигателя, близкой к нулю, вследствие чего контактор Кт теряет питание и отключает двигатель от сети.
На рис. 7.17 приведена схема управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения. Якорь двигателя включается контактами контакторов Кв или К». Последовательно с якорем включаются резисторы, которые используются как пусковые и регулировочные. Ступени резистора могут быть зашунтированы контактами контакторов ускорения К\у, Къу, /Сзу- Обмотка возбуждения двигателя ОВ при отключении от сети замыкается на разрядный резистор через вентиль V, который, к сети подключен в непроводящем направлении.
Управление двигателем производится с помощью командоконтроллера, который имеет один размыкающий контакт So, замкнутый в нулевом и разомкнутый во всех остальных положениях. При перемещении рукоятки вперед или назад происходит замыкание контактов командоконтроллера в соответствии с диаграммой замыканий.
Обратим внимание на то, что на рис. 7.17 приведены два варианта диаграммы замыкания контактов командоконтроллера. Один из них представлен непосредственно на схеме управления, где точками обозначено замкнутое состояние контактов в соответствующем положении рукоятки командоконтроллера. Второй вариант приведен в виде табулироваиной диаграммы и встречается реже. Каждому положению рукоятки и ряду контакта соответствует определенное расположение крестиков, означающих закрытое состояние контакта.
Защита якорной цепи двигателя осуществляется максимальным токовым реле Км, цепи управления защищаются плавкими предохранителями. Пуск двигателя производится в функции независимой выдержки времени при помощи реле ускорения Jgjf /Су2, /Суз, которая соответствует времени разбега двигателя в пределах каждой ступени. При этом ток якоря двигателя согласно пусковой диаграмме рис. 7.18,а и графиков переходных процессов рис. 7.18,6 изменяется от пускового /„ до тока переключения /Пер. Динамическое торможение двигателя осуществляется по принципу контроля ЭДС с помощью реле Кт и контактора Кц. Блокировка от самопроизвольного пуска двигателя при снижении и последующем восстановлении напряжения производится контактом командоконтроллера SO и реле напряжения Ки-
При пуске двигателя после включения рубильников Q и Q1 катушка реле Kyi оказывается под напряжением и его размыкающий контакт в цепи контакторов ускорения открывается. Если рукоятка командоконтроллера установлена, например, в четвертое положение вправо, включаются контакторы К„, Кв- Катушки реле /Су2 и /Суз оказываются под напряжением, реле откроют свои контакты в цепи контакторов ускорения. После включения контактора Кл теряет питание катушка реле Kyi, которая, отпадая с выдержкой времени, включает катушку контактора Kiy на напряжение. Силовой контакт контактора Kiy шунтирует своим замыкающим контактом первую ступень пускового резистора и катушку реле Ку2- Последнее, отпадая с выдержкой времени, включает контактор ЯЕ Таким образом, оказываются зашунтированными вторая ступень пускового резистора и катушка реле Куз- После включения контактора Кзу закончится пуск двигателя и он будет работать на естественной характеристике. Значения выдержек времени реле ускорения Куи Ку2, Куз определяются длительностью разбега двигателя на каждой из ступеней, как показано на рис. 7.18. В ряде случаев схемы пуска двигателей строятся при постоянстве потока в функции ЭДС (т. е. скорости двигателя, так как £д=&Ф<о), как это показано на рис. 7.19. Реле Kyi настраивается таким образом, чтобы напряжение его срабатывания соответствовало скорости переключения conepi на рис. 7.18. При этом включается контактор ускорения Kiy, шунтируется часть пускового реостата в якорной цепи двигателя и разбег его происходит далее на второй ступени до скорости соПер2» при которой срабатывает реле ускорения /Су2» и т. д. до выхода на естественную характеристику.
Близка по своей структуре к схеме, приведенной на рис. 7.17, схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором, изображенная на рис. 7.20,а, в которой пуск двигателя в две ступени происходит в функции времени, а торможение у- в режиме противовключения двигателя. В силовую часть схемы включены рубильник Q, контакты силового контактора /Сл, реверсирующих контакторов Кв и Кн и три катушки максимального реле Км, имеющие один общий контакт в цепи управления. В роторную цепь включены три ступени резисторов противовключения и ускорения, шунтируемые контактами.
Цепи управления асинхронным двигателем с фазным ротором подключаются к сети постоянного тока рубильником Q1 через плавкие предохранители F. В схеме управления используется релейно-контакторная аппаратура постоянного тока, более надежная в работе, чем аппаратура переменного тока, допускающая большое число срабатываний в час. Анализируя схему управления двигателем переменного тока, легко найти в ней известные уже цепи, рассмотренные ранее. К ним относится: цепь включения реле Ки— защита минимального напряжения; цепь включения реверсирующих контакторов Кв, Кн с соответствующими блокировками с помощью контактов конечных выключателей SB и 5Н; цепь управления контактором Кл, который включается при перемещении контроллера 5 на три положения вперед вправо и на три — назад влево. Известна также и нижняя часть схемы управления, в которой катушка контактора противовключения П включается после срабатывания реверсирующих контакторов, а затем с определенной выдержкой времени включаются катушки контакторов ускорения Щ| /Сгу, управляемые соответственно реле ускорения Куи Ку2- При этом в заданной последовательности из цепи ротора выводятся ступени ускорения. Разбег и торможение двигателя происходят в соответствии с характеристиками, приведенными на рис. 7.20,б. Пуск начинается при замкнутых контактах Кп по характеристике /У, переход на характеристику 2У происходит при срабатывании контактора Kiy, а на естественную характеристику — при срабатывании контактора /Сгу- При реверсе двигателя по характеристике противовключения П двигатель тормозится, а затем повторяется последовательность разбега двигателя, но в обратном направлении.