Типовые узлы и схемы управления электроприводов с асинхронными двигателями

Типовые схемы релейно-контакторного управления АД строят­ся по тем же принципам, что и схемы ДПТ.

Типовые схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощ­ности обычно запускаются прямым подключением к сети без огра­ничения пусковых токов. В этих случаях они управляются с помо­щью магнитных пускателей, которые одновременно обеспечивают и некоторые виды их защиты.

Схема управления асинхронным двигателем с использованием маг­нитного пускателя(рис. 134) включает в себя магнитный пуска­тель, состоящий из контактора КМ и двух встроенных в него теп­ловых реле защиты КК. Такая схема обеспечивает прямой (без ог­раничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а так­же защиту от коротких замыканий (предохранители FA) и перегруз­ки (тепловые реле КК).

Для пуска двигателя замыкается выключатель QF и нажимается кнопка пуска SB1. При этом получает питание катушка контакто­ра КМ, который, включившись, своими главными силовыми кон­тактами в цепи статора подключает двигатель к источнику пита­ния, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1.

Проис­ходит разбег асинхронного двигателя по его естественной характе­ристике. При нажатии кнопки остановки SB2 контактор КМ теря­ет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможе­ния асинхронного двигателя выбегом под действием момента на­грузки на его валу.

Реверсивная схема управления асинхронным двигателем. Основ­ным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пуска­тель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК (рис. 135). Такая схема обеспечи­вает прямой пуск и реверс асинх­ронного двигателя, а также тормо­жение АД противовключением при ручном (неавтоматическом) управ­лении.

В этой схеме предусмотрена так­же защита от перегрузок АД (реле КК) и коротких замыканий в цепях статора (автоматический выключа­тель QF) и управления (предохранители FA). Кроме того, в ней обес­печивается и нулевая защита от исчезновения (снижения) напряже­ния сети (контакторы КМ1 и КМ2).

Рис.134. Схема управления короткозамкнутым АД с магнитным пускателем

Рис.135.Схема управления короткозамкнутым АД с реверсивным магнитным пускателем

Пуск двигателя в условных направлениях «Вперед» или «На­зад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SB1 или SB2, что приводит к срабатыванию контакторов КМ1 или КМ2 и подключению АД к сети (при включенном автоматическом вы­ключателе QF). Для обеспечения реверса или торможения двигателя сначала нажимается кнопка SB3, что приводит к отключению включенного до тех пор контактора (например, КМ1), а затем - кнопка SB2, что приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряже­ния питания с другим чередованием фаз. После этого магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов - торможения противо­включением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только затормозить двигатель при дос­тижении им нулевой скорости следует вновь нажать кнопку SB3, что приведет к отключению его от сети и возвращению схемы в ис­ходное положение. Если же кнопку SB3 не нажимать, последует разбег АД в другую сторону, т.е. его реверс.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного на­жатия кнопок SB1 и SB2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокиров­ка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотв­ращает одновременное включение двух контакторов. В дополне­ние к механической в такой схеме используется типовая электри­ческая блокировка, применяемая в реверсивных схемах упра­вления, которая заключается в перекрестном включении размы­кающих контактов аппарата КМ1 в цепь катушки аппарата КМ2 и наоборот.

Отметим, что повышению надежности работы ЭП и удобства его в эксплуатации способствует использование в схеме управле­ния воздушного автоматического выключателя QF, который исклю­чает возможность работы привода при обрыве одной фазы и при однофазном коротком замыкании, как это может иметь место при использовании предохранителей.

Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем (рис. 136) обеспечивает получение двух его скоростей соеди­нением секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду и реверсирование. Защита ЭП в этом слу­чае осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохрани­телями FA.

Рис. 136. Схема управления двухскоростным АД

Для обеспечения пуска АД и вращения его с малой скорос­тью необходимо нажать кнопку SB4, после чего сработают кон­тактор КМ2 и блокировочное реле KV. При этом статор двига­теля включится по схеме треугольника, а реле KV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМЗ и КМ4, подготовит подключение его к источнику питания. Нажатие кнопок SB1 или SB2 определит соответственно направление пуска вперед или назад.

Разгон двигателя до высокой скорости осуществляется при на­жатии кнопки SB5, которая отключит контактор КМ2 и включит контактор КМ1, т.е. обеспечит переключение секций обмоток ста­тора со схемы треугольника на схему двойной звезды.

Остановка АД производится нажатием кнопки SB3, которая от­ключит все контакторы и сам двигатель от сети.

Применение в данной схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов КМ1 и КМ2, КМЗ и КМ4. Этой же цели служит перекрестное включение размы­кающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМЗ и КМ4 в цепи их катушек.

Типовая схема управления асинхронным двигателем, обеспечива­ющая его прямой пуск и динамическое торможение в функции време­ни (рис. 137).

Пуск двигателя в этом случае осуществляется нажа­тием кнопки SB1, после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременное замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет срабаты­вание последнего и замыкание его контакта в цепи контактора тор­можения КМ1, который тем не менее не сработает, так как в этой цепи разомкнулся размыкающий контакт КМ.

Рис.137. Схема управления пуском и динамическим торможением короткозамкнутого АД

Для остановки АД необходимо нажать кнопку SB3. Тогда кон­тактор КМ отключится и, разомкнув свои контакты в цепи стато­ра, отключит двигатель от сети переменного тока. Одновременно с этим замкнется контакт КМ в цепи аппарата КМ1 и разомкнётся контакт КМ в цепи реле КТ, что приведет 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, начнет отсчет выдержки вре­мени. Через некоторый интервал времени, соответствующий вре­мени останова двигателя, реле КТ разомкнет свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключится и прекратит подачу постоянного тока в цепь статора. Схема вернется в исходное положение.

Интенсивность динамического торможения регулируется резис­тором Rt, с помощью которого устанавливается необходимый по­стоянный ток в статоре двигателя.

Для исключения возможности одновременного подключения ста­тора к источникам переменного и постоянного токов в данной схе­ме используется типовая блокировка с помощью размыкающих кон­тактов КМ и КМ1, включенных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов.

Типовые схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором, которые рассчитываются в основном на среднюю и боль­шую мощности, должны предусматривать ограничение токов при пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора. В некоторых случаях резисторы в цепь ротора вклю­чаются с целью увеличения пускового момента двигателя.

Схема пуска асинхронного двигателя в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС (рис. 138) работает следующим образом. После подачи напряжения происхо­дит включение реле времени КТ, которое своим размыкающим кон­тактом разрывает цепь питания контактора КМЗ, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Рис.138. Схема пуска АД в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

При нажатии кнопки SB1 включается контактор КМ1, статор под­соединяется к сети, электромагнитный тормоз YB растормаживается и начинается разбег двигателя. Включение контактора КМ1 одно­временно приводит к срабатыванию контактора КМ4, который сво­ими контактами шунтирует ненужный при пуске резистор противо­включения R_д2, а также разрывает цепь катушки реле времени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, пос­ле чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМЗ, ко­торый, срабатывая, шунтирует пусковой резистор R_д1 в цепи ротора, и АД выходит на свою естественную характеристику.

Управление торможением в схеме обеспечивает реле торможе­ния KV, контролирующее уровень ЭДС (скорости) ротора. С помо­щью резистора R_p оно регулируется таким образом, чтобы при пус­ке (0 < s < 1) наводимая в роторе ЭДС была бы недостаточна для включения, а в режиме противовключения (1 < s < 2) достаточна.

Для осуществления торможения двигателя необходимо нажать сдвоенную кнопку SB2, размыкающий контакт которой, разорвав цепь питания катушки контактора КМ, отключит АД от сети, при этом разорвется цепь питания контактора КМ4 и замкнется цепь питания реле КТ, т.е. контакторы КМЗ и КМ4 отключаются, а в цепь ротора АД вводятся сопротивления R_д1 и R_д2.

Нажатие кнопки SB2 одновременно приводит к замыканию цепи питания катушки контактора КМ2, который, включившись, вновь подключает двигатель к сети, но уже с другим чередованием фаз сетевого напряжения на статоре, т.е. АД переходит в режим торможения противовключением. При этом реле KV срабатывает и после отпускания кнопки SB2 будет обеспечивать питание контактора КМ2 через свой и его замыкающие контакты.

В конце торможения, когда скорость будет близка к нулю и ЭДС ротора уменьшится, реле KV отключится и своим размыкающим контактом разорвет цепь питания катушки контактора КМ2. Пос­ледний, потеряв питание, отключит двигатель от сети, и схема при­дет в исходное положение. При этом тормоз YB, также потеряв пи­тание, обеспечит фиксацию (торможение) вала АД.

Схема пуска асинхронного двигателя в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости (рис. 139) включает в себя контакторы КМ1, КМ2 и КМЗ, реле тока КА, реле контроля скорости SR, промежуточное реле KV, понижающий трансформатор для динамического торможения Т, выпрямитель VD. Максимальная токовая защита осуществляется предохрани­телями FA1 и FA2, а защита от перегрузки - тепловыми реле КК1 и КК2.

Схема работает следующим образом. После подачи с помощью автоматического выключателя QF напряжения для пуска двигате­ля нажимается кнопка SB1, т. е. включается контактор КМ1, сило­выми контактами которого статор двигателя

подключается к сети.

Рис.139.Схема пуска АД в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости

Бросок тока в цепи ротора вызывает включение реле тока КА и раз­мыкание цепи контактора ускорения КМ2, т.е. разбег двигателя начнется с пусковым резистором R_2д в цепи ротора.

Включение контактора КМ1 приводит также к шунтированию кнопки SB1, размыканию цепи катушки контактора торможения КМЗ и включению промежуточного реле напряжения KV, что тем не менее не вызывает включения контактора КМ2, так как до этого в этой цепи разомкнулся контакт реле КА.

По мере увеличения скорости двигателя уменьшаются ЭДС и ток в роторе. При значении тока в роторе, равном току отпускания реле КА, оно отключится и своим размыкающим контактом замк­нет цепь питания контактора КМ2, который, включившись, зашунтирует пусковой резистор) R_2д, после чего АД выйдет на свою есте­ственную характеристику Вращение двигателя вызовет замыкание контакта реле скорости SR в цепи контактора КМЗ, однако он не сработает, так как до это­го в его цепи разомкнулся контакт контактора КМ1. Для перевода двигателя в тормозной режим необходимо нажать кнопку SB2. При этом контактор КМ1 потеряет питание и отклю­чит АД от сети переменного тока. После замыкания контактов кон­тактора КМ1 включается контактор торможения КМЗ, который, замыкая цепь питания обмотки статора от выпрямителя VD, под­ключенного к трансформатору Т, осуществляет перевод АД в ре­жим динамического торможения. Одновременно потеряют питание аппараты KV и КМ2, что обеспечит ввод в цепь ротора резистора R_2д , и двигатель начнет тормозиться.

При скорости двигателя близкой к нулю реле контроля скорос­ти SR разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМЗ, который отключится и прекратит торможение. Схема вернется 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.

Вопросы для самоконтроля

1.Приведите схему управления пуском асинхронным двигателем с использованием маг­нитного пускателя.

2.Приведите схему реверсирования скорости вращения АД.

3.Приведите схему управления прямого пуска и динамического торможения АД в функции време­ни.

4. Приведите схему пуска АД в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС.

5.Приведите схему пуска АД в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости.