Типовые узлы и схемы управления электроприводов с двигателями постоянного тока

Управление пуском, реверсом и торможением ДПТ в большин­стве случаев осуществляется в функциях времени, скорости (ЭДС), тока или пути. Рассмотрим ряд типовых РКСУ, с помощью которых реализуются указанные режимы.

Типовая схема пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в функции времени. Эта схема (рис. 129, а) включа­ет в себя кнопки управления SB1 (пуск) и SB2 (останов, стоп ДПТ), линейный контактор КМ1, обеспечивающий подключение двига­теля к сети, и контактор ускорения КМ2 для выключения (закора­чивания) пускового резистора R_д. В качестве датчика времени в схе­ме используется электромагнитное реле времени КТ. При подклю­чении схемы к источнику питания происходит возбуждение ДПТ и срабатывает реле КТ, размыкая свой контакт в цепи катушки кон­тактора КМ2 и подготавливая

двигатель к пуску.

При нажатии кнопки SB1 получает питание контактор КМ1, ко­торый своим главным контактом подключает двигатель к источни­ку питания. Двигатель начинает разбег с включенным резистором R_д в цепи якоря.

.

Рис.129. Схема (а) пуска двигателя в функции времени, характеристики (б) и кривые переходного процесса (в)

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. После прекращения питания катушки реле вре­мени через интервал времени Δt_кт, называемый выдержкой време­ни, размыкающий контакт КТ замкнется в цепи катушки контакто­ра КМ2, последний включится и главным контактом закоротит пус­ковой резистор R_д в цепи якоря. Таким образом, при пуске двига­тель в течение времени Δt_кт разгоняется по искусственной характе­ристике 1 (см. рис. 129, 6), а после шунтирования резистора R_д - по естественной характеристике 2. Сопротивление резистора R_д вы­бирается таким образом, чтобы в момент включения двигателя ток I₁ в цепи якоря и соответственно момент М₁, не превосходили допустимо­го уровня.

За время Δt_кт после начала пуска скорость вращения двигателя (кривая 3) достигает значения Ω₁, а ток в цепи якоря (кривая 4) сни­жается до уровня I₂ (см. рис. 129, в). После шунтирования резис­тора R_д ток в цепи якоря скачком возрастает от значения I₂ до значения I₁, не пре­вышающего допустимого уровня. Изменение скорости, тока и мо­мента во времени происходит по экспоненте [см. формулы (60) и (62)].

Время изменения скорости двигателя от нуля до уровня Ω₁, оп­ределяющее настройку реле времени КТ, можно рассчитать по (63).

Типовая схема пуска двигателя постоянного тока в две ступени в функции ЭДС и динамического торможении в функции времени.В этой схеме (рис. 130, а) в качестве датчика ЭДС используется якорь двигателя М, к которому подключены катушки контакторов ускорения КМ1 и КМ2. С помощью регулировочных резисторов R_y2 и R_yl эти контакторы настраиваются на срабатывание при опре­деленных скоростях двигателя.

Для осуществления торможения в схеме предусмотрен резистор R_д3, подключение и отключение которого осуществляется контак­тором торможения КМЗ. Для обеспечения необходимой при тор­можении выдержки времени используется электромагнитное реле времени КТ, замыкающий контакт которого включен в цепь катуш­ки контактора торможения КМ2.

Рис.130.Схема пуска двигателя постоянного тока в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени (а) и механические характеристики (б)

После подключения схемы к источнику питания происходит возбуждение ДПТ, при этом все управляющие аппараты схемы ос­таются в исходном положении. Пуск ДПТ осуществляется нажа­тием кнопки SB1, что приводит к срабатыванию линейного кон­тактора КМ, подключению двигателя к источнику питания и на­чалу его разбега с включенными резисторами в цепи якоря R_д1 + R_д2 по характеристике 1 (см. рис. 130, б). По мере увеличения скоро­сти растет ЭДС двигателя и соответственно напряжение на катуш­ках контакторов КМ1 и КМ2. При скорости Ω₁, срабатывает кон­тактор КМ1, закорачивая своим контактом первую ступень пус­кового резистора R_д1, и двигатель начинает работать по характе­ристике 2. При скорости Ω₂ срабатывает контактор КМ2, закора­чивая вторую ступень пускового резистора R_д2. При этом двига­тель выходит на работу по естественной характеристике 3 и за­канчивает свой разбег в точке установившегося режима, опре­деляемой пересечением естественной характеристики 3 двигателя и характеристики нагрузки Ω(М_с).

Для перехода к режиму торможения необходимо нажать кнопку SB2. При этом произойдет следующее. Катушка контактора КМ по­теряет питание, разомкнётся замыкающий силовой контакт КМ в цепи якоря ДПТ и последний отключится от источника питания. Размыкающий же блок-контакт КМ в цепи катушки контактора тор­можения КМЗ замкнется, последний сработает и своим главным кон­тактом подключит резистор R_д3 к якорю М, переводя ДПТ в режим динамического торможения по характеристике 4 (см. рис. 130, б). Одновременно разомкнётся замыкающий контакт контактора КМ в цепи реле времени КТ, оно потеряет питание и начнет отсчет вы­держки времени. Через интервал времени, соответствующий сни­жению скорости ДПТ до нуля, реле времени отключится и своим контактом разорвет цепь питания контактора КМЗ. При этом ре­зистор R_д3 отключается от якоря М двигателя, торможение закан­чивается и схема возвращается в свое исходное положение.

Типовая схема пуска двигателя постоянного тока в одну ступень в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС (рис. 131). Управление ДПТ при пуске в этом случае происходит по аналогии со схемой, приведенной на рис. 129. Отметим только, что при включении двигателя и работе его от источника питания размыкающий кон­такт линейного контактора КМ в цепи контактора торможения КМ2 разомкнут, что предотвращает перевод двигателя в

режим торможения

.

Рис.131. Схема пуска двигателя постоянного тока в одну ступень в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС

Торможение осуществляется нажатием кнопки SB2. При этом контактор КМ, поте­ряв питание, отключает двигатель от ис­точника питания и замыкает своим контак­том цепь питания катушки контактора КМ2. Последний под действием наведен­ной в якоре ЭДС срабатывает и замыкает якорь М двигателя на резистор торможе­ния R_д2. Процесс динамического торможе­ния происходит до тех пор, пока при не­большой скорости ДПТ его ЭДС не станет меньше напряжения отпу­скания контактора КМ2, который отключится, и схема вернется в ис­ходное положение.

Схема управления пуском ДПТ в функции времени, реверсом и торможением противовключением в функции ЭДС двигателя постоянного тока.В этой схеме (рис. 132, а) предусмотрено два линейных контактора КМ1 и КМ2, обеспечивающих вращение двигателя соответственно вперед и на­зад. Главные контакты этих аппаратов образуют реверсивный мос­тик, с помощью которого можно изменять полярность напряжения на якоре М. В якорной цепи помимо пускового резистора R_д1 вклю­чен резистор противовключения R_д2, который управляется контак­тором противовключения КМЗ.

Управление двигателем при торможении противовключением и реверсе осуществляется с помощью двух реле противовключения KV1 и KV2. Их назначение заключается в том, чтобы в режиме противовключения обеспечить ввод в цепь якоря в дополнение к пус­ковому резистору R_д1 резистора противовключения R_д2, что достига­ется выбором точки присоединения к нему катушек реле KV1 и KV2 к резистору (R_д1 + R_д2).

Рис. 132. Схема (а) управления пуском и реверсом двигателя постоянного тока и электромеханические характеристики (б)

Пуск ДПТ в любом направлении осуществляется в одну ступень в функции времени. При нажатии, например, кнопки SB1 срабаты­вает контактор КМ1 и подключает якорь М к источнику питания. За счет падения напряжения на резисторе R_д2 от пускового тока сра­батывает реле времени КТ, размыкающее свой контакт в цепи кон­тактора КМ4.

Срабатывание КМ1 приведет также к срабатыванию реле KV1, которое, замкнув свой замыкающий контакт в цепи контактора противовключения КМЗ, вызовет его включение, что приведет к за­корачиванию ненужного при пуске резистора противовключения R_д2 и одновременно катушки реле времени КТ. При этом двигатель начнет разбег по характеристике 2 (см. рис. 132, б), а реле време­ни КТ - отсчет выдержки времени.

По истечении требуемой выдержки времени реле КТ замкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМ4, он включится, закоротит пусковой резистор R_д1 и двигатель начнет работать по естествен­ной характеристике 1.

Для осуществления торможения необходимо нажать кнопку SB2, в результате чего отключаются контактор КМ1, реле KV1, контак­торы КМЗ и КМ4 и включается контактор КМ2. Напряжение на двигателе при этом изменяет свою полярность и он переходит в ре­жим торможения противовключением с двумя резисторами в цепи якоря R_д1 и R_д2. Несмотря на замыкание контакта КМ2 в цепи реле KV2, оно (за счет оговоренного выше подключения) не включается и тем самым не дает включиться аппаратам КМЗ и КМ4 и зашунтировать резисторы R_д1 и R_д2.

Перевод ДПТ в режим противовключения соответствует его пере­ходу с естественной характеристики 1 на искусственную характерис­тику 4 (см. рис. 130, б). Во всем диапазоне скоростей 0 < Ω < Ω₀ на этой характеристике двигатель работает в режиме противовключения.

По мере снижения скорости двигателя растет напряжение на ка­тушке реле KV2 и при скорости близкой к нулю оно достигнет зна­чения напряжения срабатывания. Если к этому моменту времени кнопка SB2 будет отпущена, то отключается контактор КМ2, схема возвращается в исходное положение и на этом процесс торможе­ния заканчивается. Если же при малой скорости кнопка SB2 оста­ется нажатой, то включается реле KV2 и повторяется процесс пуска двигателя, но уже в противоположную сторону. Таким образом, ре­версирование ДПТ включает в себя два этапа - торможение проти­вовключением и пуск в противоположном направлении. Второй этап реверса соответствует на рис. 132, б переходу двигателя с ха­рактеристики 4 на характеристику 3, соответствующую обратной поляр­ности напряжения на якоре двигате­ля и наличию в якоре добавочного ре­зистора R_д1.

Типовая схема пуска ДПТ с после­довательным возбуждением в функ­ции тока.В этой схеме (рис. 133) катушка реле тока КА 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. 129, б). В схеме используется также дополнительное блокировочное реле KV с вре­менем срабатывания больше, чем у реле КА.

Рис.133. Схема пуска двигателя с последовательным возбуждением в одну ступень по принципу тока

При нажатии на кнопку SB1 срабатывает контактор КМ 1, дви­гатель подключается к источнику питания и начинает свой разбег. Бросок тока в якорной цепи после замыкания главного контакта контактора КМ1 вызывает срабатывание реле тока КА, которое размыкает свой размыкающий контакт в цепи контактора КМ2. Че­рез некоторое время после этого срабатывает реле 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 котором отключается реле тока, замыкая свой размыкающий контакт в цепи катушки контактора КМ2. Последний срабатывает, его главный контакт закорачивает пусковой резистор R_д в цепи якоря, а вспомогательный контакт шунтирует контакт реле тока КА. Поэтому вторичное включение реле тока КА после зако­рачивания резистора R_д и броска тока не вызывает отключения кон­тактора КМ2 и двигатель продолжает разбег по своей естествен­ной характеристике.

Типовые релейно-контакторные схемы управления ЭП включа­ют в себя элементы блокировок, защит, сигнализации, а также эле­менты связи с технологическим оборудованием. Для унификации схемных решений электротехническая промышленность выпускает стандартные станции, блоки и панели управления, специализиро­ванные по видам ЭП рабочих машин и механизмов, их функцио­нальным возможностям, условиям эксплуатации, роду тока и др. Так, для управления крановыми механизмами выпускаются различ­ные крановые панели, для лифтов разработаны типовые шкафы уп­равления, для ЭП конвейеров выпускаются типовые станции управ­ления и т.д. В качестве примера рассмотрим схему одного из таких типовых устройств.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите функции управления ЭП, которые могут быть реализованы с помощью релейно-контакторных систем управления.

2. Приведите схему и характеристики пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в функции времени.

3. Приведите схему и характеристики пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждениемв две ступени в функции ЭДС и динамического торможении в функции времени.

4. Приведите схему и характеристики пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждениемв одну ступень в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС.

5. Приведите схему и характеристики пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждениемв функции времени, реверсом и торможением противовключением в функции ЭДС двигателя постоянного тока.