Общие понятия, структурная схема АЭП

Вводная часть

Общие понятия, структурная схема АЭП

ЭП – электромеханическая система, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Управление (У) – организация процесса преобразования энергии, которое обеспечивает в статике и динамике нужную характеристику.

Автоматическое управление (АУ) – управление, осуществляемое без участия оператора.

Автоматическое управляющее устройство (АУУ) – совокупность средств, обеспечивающих автоматическое управление приводом.

Автоматизированный электропривод (АЭП) – ЭП с АУУ

АЭП = ЭП + АУУ

Обобщенная структурная схема представлена на рисунке 1.1, где приведены следующие обозначения:

ЭЭ – электроэнергия.

ЭП: ЭД – электродвигатель – основная часть электропривода; ИМ – исполнительный механизм; П – преобразователь – преобразует энергию сети в электроэнергию с номинальными параметрами. С помощью него осуществляется управление потоком энергии, подводимой к двигателю.

АУУ: КО – командный орган – служит для преобразования командных сигналов в электрические сигналы, которые удобны для обработки другими звеньями ЭП; ФЧ – функциональная часть; АУУ – преобразует командные сигналы, формирует требуемый процесс управления (сюда входят все регуляторы, имеющиеся в системе); ИУ (Д) – измерительные устройства (датчики) – измеряют контролируемые параметры (как электрические, так и не электрические) и преобразуют их в электрические сигналы; ПУ – промежуточный усилитель.

1.2 Историческая справка

1800 г – элемент вольта (вольтов столб);

ЭП

1834 г – первый двигатель А.С. Якоби;

1838 г – первый электропривод. Якоби поставил двигатель на свою яхту;

1800 г – первое промышленное применение – на военных кораблях;

1890 г – на промышленных предприятиях;

1920 г – появились реле, контакторы и прочая элементная база АУУ;

1930 г – промышленное применение ЭП – система Генератор –Двигатель (ГД);

АЭП

1940 г – АЭП с электромашинными усилителями и появились силовые машинные усилители;

1950 г – появился ионный ЭП (на ртутных вентилях, инертроны, театроны);

1960 г – появились тиристоры, а, следовательно, тиристорный АЭП;

1990 г – IGBT транзисторы – гибриды, у которых на входе – полевой транзистор, на выходе – биполярный.

Задачи, решаемые АЭП

Задачи, решаемые АЭП, в соответствии с рисунком 1.2, зависят от характера входного сигнала х(t) и его соответствия требуемому закону изменения выходного сигнала у(t).

1. Формирование требуемого закона изменения выходного сигнала в переходных режимах. Эта задача решается, когда входной сигнал прикладывается скачком и определяет либо конечное значение регулируемой величины, либо является просто командой на пуск, торможение, реверс и т.д.

У(t)=f₁{х(t)}, где f₁ – функция зависимости от допустимых токов двигателя, ускорения, температуры и т.д.

2. Поддержание с некоторой точностью в статике и динамике соответствия между выходной величиной и задающим воздействием. Задача решается, когда х(t) является желаемым законом изменения у(t).

у(t)=кх(t) – такое соответствие выдерживать достаточно сложно, т.к.:

1) действуют возмущения (изменения момента на валу, напряжения питающей сети, температуры и т.д.);

2) имеется инерционность элементов АУУ и ЭП;

3) имеется нестабильность параметров звеньев;

4) ограниченная чувствительность звеньев;

5) неоднозначность элементов (гистерезис).

3.Оптимизация процесса изменения выходной регулируемой величины при изменении задающего воздействия в соответствии с принятыми критериями качества.

У(t)=f₂[х(t)], где f₂ – определяется принятым критерием, например, быстродействием, колебательностью, потерями.

Функции, выполняемые АЭП

1. Управление процессами пуска, торможения, реверса (функции управления). Эту функцию могут выполнять разомкнутые системы АЭП. В процессе управления осуществляется грубый контроль за током. Жесткость механических характеристик хуже естественных. К настоящему моменту это самая распространенная группа АЭП.

2. Стабилизация заданной величины (ток, скорость, положение, мощность и т.д.) (функция стабилизации). Эту функцию может выполнить только замкнутая система АЭП. Основная регулируемая величина – та, по которой замыкается главная обратная связь.

3. Слежение за вводимыми в систему изменяющимися входными сигналами (функция слежения). Эта задача может быть выполнена только в замкнутых системах. Современная следящая система, как правило, трехконтурная.

4. Выбор целесообразных режимов работы АЭП (функция адаптации). Задача может быть выполнена в замкнутых системах.

Кроме основных функций, система АЭП выполняет еще и дополнительные:

1) защита электродвигателя и оборудования от к.з., перегрузок по току, по напряжению и т.д.;

2) блокировка, которая обеспечивает определенную последовательность операций и исключающая аварийные режимы;

3) сигнализация.

Электрические схемы

Системы ЭП изображают на чертежах в виде схем. Схемы могут быть электрические, кинематические, строительные.

Виды электрических схем:

1) Функциональные

2) Структурные

3) Принципиальные

4) Монтажные

а) Внутренние

б) Внешние

5) Схемы подключения

6) Схемы расположения

7) Общие

8) Комбинированные.

1) Функциональная схема (рисунок 1.3)

Определяет функциональную связь всех элементов, разъясняет процессы, протекающие в отдельных частях и в ЭП в целом. Функциональные элементы изображаются на функциональной схеме в виде условных графических обозначений. Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о системе.

Рисунок 1.3

2)

Структурная схема (рисунок 1.4)

Определяет основные функциональные части системы, их назначение и взаимодействие. Структурная и функциональная схемы разрабатываются при проектировании на стадии, предшествующей разработке принципиальной схемы. Функциональные элементы на структурной схеме изображают в виде прямоугольника с порядковым номером, передаточной функцией, графиком переходной функции и т.д. Структурные схемы нужны при анализе и синтезе систем.

Принципиальная

Определяет полный состав элементов установки. Элементы на принципиальной схеме обозначаются в виде условных графических обозначений в соответствии с ГОСТом. Сложные элементы на принципиальных схемах, не имеющих принципиального значения, можно обозначить прямоугольником. Основное требование при разработке принципиальных схем – наглядность цепи протекания тока, для чего используется разнесенный способ размещения условных графических изображений элементов. Буквенно-цифровое обозначение элементов проставляется по возможности справа или над элементом. Силовые электрические схемы можно изображать утолщенными линиями. Контакты электрического аппарата изображают на схеме при отключенном состоянии ЭА (при обесточенной катушке, при отсутствии механического воздействия (на кнопки)).

Принципиальные схемы являются основой для составления монтажных и других схем, а также для наладки и ремонта.

Монтажная

Внутренние соединения – показывают реальное положение элементов и принципиальной схемы, их соединения и кабели, которыми отделяются эти соединения. Чертятся элементы в соответствии с их геометрией расположения. Схема применяются наладке и ремонте.

Схема подключений

Показывает внешнее подключение данной системы составных частей ЭП между собой и с другим оборудованием.

Схема расположения

Определяет относительное расположение частей ЭП на технологической установке и вне нее.

Общая схема

Схема для группы ЭП, например, схема линии подачи.

Комбинированные

На такой схеме изображены элементы электрооборудования вместе с элементами гидравлики, пневматики и пр.

Схема пуска ДПТ

Типовой узел, обеспечивающий пуск ДПТ НВ в функции времени приведен на рисунке 2.3.

Рассматривая схему, отвечаем на 7 вопросов:

1) Назначение схемы (название).

2) Состав схемы (перечислить элементы силовой цепи и цепи управления).

3) Исходное состояние системы.

4) Работа схемы (при подаче командного сигнала).

5) Установившийся режим.

6) Диаграммы сигналов во времени, поясняющие процесс пуска.

7) Иллюстрация работы схемы на механических характеристиках.

1) См. название схемы.

2) М – двигатель постоянного тока; R1, R2 – ступени пускового реостата; КУ1, КУ2, КЛ – контакторы ускорения и линейный контактор; РУ1, РУ2 – реле времени с отсчетом уставки при отключенной катушке; КнС, КнП – кнопки Стоп, Пуск (SB1 SB2).

3) Исходное состояние:при подаче питания в силовой схеме ОВ будет под током, а в схеме управления будет включена катушка реле ускорения РУ1.

4) Работа схемы

При нажатии КнП включается линейный контактор КЛ, при этом замыкается его главный (силовой) контакт в цепи якоря двигателя, замыкаются блок-контакты, параллельные пусковой кнопке, а в цепи катушки контакторов ускорения, и размыкается контакт в цепи реле времени РУ1. При этом происходит подключение двигателя к шинам питания и идет разгон двигателя по первой искусственной характеристике. Катушка КЛ встает на самопитание, подготавливается к включению цепь контакторов ускорения КУ1, КУ2, начинается отсчет уставки РУ1. При этом также от броска пускового тока включается РУ2, которое размыкает мгновенно свой контакт в цепи КУ2.

В момент времени t = t_уст РУ1, включается КУ1, силовой контакт которого шунтирует первую ступень пускового реостата (двигатель переходит на искусственную характеристику (2) (см. рисунок 2.4), начинается отсчет уставки РУ2.

В момент времени t = t_уст РУ1 + t_уст РУ2 – включается КУ2, шунтируется вторая ступень, двигатель переходит на естественную характеристику, разгон по которой продолжается до точки, соответствующий моменту сопротивления.

5) Установившийся режим – будет на естественной характеристике.

6) Динамика пуска отражена на рисунке 2.2.

7) Иллюстрация работысхемы на механических характеристиках – рисунок 2.4.

Достоинства схемы:

- простота и надежность аппаратуры;

- удобство регулирования уставок;

- возможность использования однотипных реле времени для ЭД разной мощности;

- инвариантность времени пуска от М_с и момента инерции J

t_n ¹ f (М_с,J);

- отсутствует задержка пуска на промежуточной ступени (что исключает перегорание пусковых сопротивлений).

Недостатки:

- при реализации 4-го и 5-го достоинств возможно срабатывание защиты;

- при моменте на валу дольше расчетного переход на искусственную характеристику (2) и естественную характеристику будет сопровождаться большими бросками тока. При этом момент двигателя увеличивается, а динамический момент не изменится (I_с¹);

- при моменте на валу меньше расчетного переход на искусственную и естественную характеристики будет при меньших бросках тока, т.е. двигатель будет работать с меньшим моментом, но динамический момент не изменится (I_c¹).

Схема пуска АД с ФР

Типовая схема пуска АД с фазным ротором в функции времени и механические характеристики представлены на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5

Особенность схемы: используется аппаратура схемы управления на постоянном токе, что применяется в ответственных системах ЭП, либо при большой частоте включений в час (1000 вкл/час). Для подключения трехфазной сети используются два линейных контактора, у которых только по два главных (силовых) контакта.

Типовой узел для ДТ ДПТ НВ

Типовая схема управления ДПТ НВ в режиме динамического торможения приведена на рисунке 2.6, где приняты обозначения: КДТ, РДТ – контактор и реле динамического торможения.

Рисунок 2.6     Рисунок 2.6

Работа схемы: при нажатии на КнС (t=0) отключается КЛ, двигатель отключается от питающей сети. Отключается РДТ и начинается отсчет уставки времени динамического торможения. Включается КДТ, силовой контакт которого шунтирует якорь двигателя резистором R_дт (R_дт » R_п). Ток двигателя меняет направление и начинается динамическое торможение.

t = t_дт – двигатель затормозится (W = 0), но в схеме ничего не произошло;

t = t_у – отключается КДТ, якорь двигателя будет расшунтирован; t_у^РДТ ³ t_дт.

При активном М_С на двигатель должен быть наложен механический тормоз для исключения смены направления вращения.

Механические характеристики, диаграммы токов и скорости во времени представлены на рисунке 2.7.

Схема пуска ДПТ

Типовая схема пуска ДПТ в функции скорости представлена на рисунке 2.8, где приняты обозначения: М – двигатель постоянного тока; R1, R2 – ступени пускового реостата; КУ1, КУ2, КЛ – контакторы ускорения и линейный контактор; РУ1, РУ2 – реле времени с отсчетом уставки; R3 – дополнительное сопротивление для изменения уставки реле РУ2; КнС, КнП – кнопки Стоп, Пуск (SB1 SB2).

Механические характеристики и диаграммы токов, скорости и напряжения во времени представлены на рисунке 2.9.

Достоинства схемы:

- простота схемного решения;

- возможность применения однотипных реле напряжения для двигателей разной мощности, но с одинаковым напряжением сети;

Недостатки:

- трудность настройки КУ на разные напряжения срабатывания;

- t_п = f(M_с, J);

- возможна задержка пуска на промежуточной ступени и перегрев пускового резистора (М_с'>М_с). При моменте М_с''>М_с двигатель остается работать на искусственной характеристике (установившийся режим).

Управление в функции тока

Для организации этого способа необходимы электрические аппараты, контролирующие ток – реле тока, которые при определенных значениях тока вводят или выводят сопротивления из силовых цепей. Для повышения точности (уменьшения колебаний) тока используют реле с высоким коэффициентом возврата:

К_в = I_отп /I_ср ® 1.

Токовое реле в процессе регулирования тока вибрирует с частотой 10 – 20 Гц. Способ применяется редко, наиболее распространен в приводах постоянного тока с двухзонным регулированием скорости (регулирование скорости во второй зоне за счет ослабления поля двигателя).

Схема пуска ДПТ НВ

Типовой узел, реализующий управление в функции тока представлен на рисунке 2.11, где приняты обозначения: R_п = R2+R1; РУП – реле управления полем; R_вд – введенное сопротивление, от которого зависит скорость во 2-ой зоне.

Реально I_отп^руп = I_ср^руп, Т_вS = L_B/R_BS.

Т_вS при уменьшении потока – Т_вS = L_B/(R_BS+R_вд). Т_вS при увеличении потока – Т_вS = L_B/(R_B), то есть ослабление потока идет с большей интенсивностью, чем увеличение (см. рисунок 2.12).

При выходе двигателя во вторую зону регулирования скорости нагрузка на валу двигателя уменьшается. При скорости во 2 зоне W_с(2) = 2W_н статический момент равен М_с = М_н/2 (см. рисунок 2.13).

При М_с =const M_c(1) = c_мI_c(1)Ф_н = M_c(2) = c_мIc(2)Ф_у, откуда следует I_c(2) = I_c(1) Ф_н/Ф_у; i_Я = (U_н – c_eФ_нW) / R_a.

При уменьшении поля поток ослабляется в большей степени, чем увеличивается W, поэтому ток якоря растет. При увеличении поля ток якоря растет.

Работа схемы: данный узел начинает работать после включения контактора КУ2, т.е. при выходе двигателя на ЕХ. От броска тока срабатывает РУП и вновь шунтирует R_вд (до этого оно шунтировалось контактором КУ2). Разгон продолжается на ЕХ до момента времени, когда ток якоря станет равным току отпускания РУП. Реле РУП выключается, в цепь обмотки возбуждения вводится R_вд, происходит ослабление поля, ток якоря увеличивается. При токе якоря равным току срабатывания РУП оно (РУП) зашунтирует R_вд, поле электродвигателя начнет увеличиваться, но значительно медленнее, ток якоря начнет уменьшаться.

Процесс повторится несколько десятков раз, пока поле выйдет на Ф_у, которое соответствует определенному положению движка R_вд.

В мощных системах АЭП РУП включает свой контактор управления полем (КУП), который вызывает включение и отключение добавочного сопротивления. При резком изменении положения движка R_вд также будет идти вибрационное управление, т.е. управление функцией тока.

Достоинства: простота реализации метода.

Недостатки:

- для каждого электродвигателя нужен свой электрический аппарат (РУП);

- время пуска является функцией М_с и момента инерции.

Управление в функции пути

Это чисто технологическое управление, для реализации которого необходимы электрические аппараты, контролирующие путь (конечные или путевые выключатели), которые в определенном положении подвижных частей механизма вызывает пуск, реверс, останов, переход на малую скорость и т.д.

Максимально-токовая защита

Назначение – защита от токов к.з.

Осуществляется плавкими предохранителями, автоматическими выключателями с максимально-токовыми расцепителями, реле максимального тока.

1) Защита АД с КЗР (I_п)

1.1) с помощью плавкой вставки

а) нормальный пуск (t_п < 5с)

I_вст.н = 0,4I_п;

б) тяжелый пуск (t_п > 10с)

I_вст.н = 0,6I_п = 3I_н.

Плавкая вставка при длительных перегрузках не защищает (см. рисунок 2.19).

Чтобы плавкая вставка за время пуска не перегорела, пусковая диаграмма двигателя должна лежать ниже время-токовой зависимости плавкой вставки (см. рисунок 2.20).

1.2) с помощью автоматических выключателей и реле максимального тока

I_У = (1,2…1,3)I_п.

2) Защита АД с ФР и ДПТ (I₁ £ 2,5 I_н)

2.1) с помощью плавких вставок (рисунок 2.21)

I_вст @ 1,25 I_н;

2.2) с помощью автоматов и реле максимального тока (рисунок 2.22)

I_у @ 1,25 I₁.

Схему управления двигателей при мощности меньше 10 кВт защищают теми же аппаратами, при Р > 10 кВт – своими.

Минимально-токовая защита

Защита СД и ДПТ от обрыва цепи обмотки возбуждения. Осуществляется с помощью реле минимального тока (РОП – реле обрыва поля), которое включается в цепь контролируемой обмотки (см. рисунок 2.23).

Рисунок 2.23

Тепловая защита

Осуществляет защиту двигателя от перегрева, вызванного перегрузкой по току:

а) при длительном режиме с помощью теплового реле и автоматов с тепловыми расцепителями;

б) в повторном кратковременном режиме с помощью реле максимального тока.

Общим недостатком рассмотренных узлов защиты от перегрузки является их низкая точность (двигатель и шкаф могут находиться в разных помещениях, при разных температурах и т.п.), поэтому более точная защита строится на теплосопротивлениях, которые закладываются в обмотки ЭД (см. рисунок 2.24).

Часто АД имеют перегрузку по току из-за обрыва одной из фаз. Поэтому косвенно защиту от перегрузки можно построить, контролируя все фазы двигателя с помощью реле напряжения (РОФ). Оно включается между искусственным нулем и нулевой точкой фаз (см. рисунок 2.25). У двигателей большой мощности подключается через трансформатор тока.

При повторно-кратковременном режиме тепловую защиту осуществляет реле максимального тока (см. рисунок 2.26).

2.8.4 Нулевая защита (защита от самозапуска)

Обеспечивает отключение двигателя при снижении напряжения сети ниже допустимого, исключает несанкционированное включение при появлении напряжения сети.

Осуществляется:

а) при кнопочном управлении с помощью линейных контакторов КЛ (см. рисунок 2.27);

б) при управлении командоконтроллером с помощью специального реле напряжения РН (см. рисунок 2.28).

РН выполняет в схемах так же и собирательную функцию, в цепь катушки РН включают контакты всех аппаратов защиты, которые есть в схеме. Последовательное включение двух контактов РН понижает надежность сети, но повышает надежность работы защиты.

Работа схемы: Для первоначального включения схемы ключ S необходимо перевести в нулевое положение, при этом получит питание катушка РН (при отсутствии аварийной ситуации в электроприводе) и встанет на самопитание через свой контакт РН. После этого, при переводе S влево или вправо включается соответствующий контактор. При снижении напряжения ниже допустимого отключается РН и, соответственно, ранее включенный контактор. Повторное включение схемы возможно лишь через нулевое положение ключа управления S.

В тех случаях, когда требуется самозапуск двигателя его подключение к питающей сети осуществляется либо через QF, либо через тумблер при малой мощности двигателя.

Защита от перенапряжений

Назначение: защищает обмотку возбуждения ДПТ и СД от перенапряжений, вызванных отключением, либо обрывом цепи.

Осуществляется с помощью разрядных резисторов, которые включаются как можно ближе к клеммам этих обмоток (см. рисунок 2.32).

Разрядный резистор R_p выбирается из условий ограничения перенапряжений на уровне U_{пер ср} £ 1000В.

1) U_Н = 110В; R_p = 9 R_В;

2) U_Н = 220В; R_p = 4,5 R_В;

3) U_Н = 440В; R_p = 2,25 R_В.

Чтобы в нормальном состоянии при замкнутом ключе резистор не обтекался током ставят диод. На диаграммах токов и напряжений обмотки возбуждения, защищенной разрядным резистором с диодом (см. рисунок 2.33а) и только одним диодом (рисунок 2.33б):

I_ВН = U_Н / R_В, U_{пер ср} = I_ВН R_В.

Примеры схем защиты от перенапряжения:

1) неуправляемая схема (рисунок 2.34);

Напряжение вдвое понижается, а ток не снижается (ток гасится). VD2 – ставится для защиты от перенапряжения;

2) неуправляемая схема (рисунок 2.35);

3) полууправляемая схема;

3)
полностью управляемая схема на рисунке 2.36, где приняты обозначения: ЭЗ – элемент защиты; VD1 – стабилитрон; R_p – разрядный резистор;

Путевая защита

Назначение: запрещает движение рабочего органа механизма далее конечного положения.

В соответствии с рисунком 2.38, защита осуществляется путевыми выключателями.

Блокировки в системах АЭП

Назначение: блокировки повышают надежность систем АЭП за счет организации правильного порядка работы схем.

По назначению блокировки делятся:

- защитные;

- технологические.

По исполнени:

- внутренние (в данной АЭП);

- внешние.

Защитные блокировки

1) Блокировка замыкающего контакта пусковой кнопки (см. рисунок 2.39), где К – обеспечивает самопитание контактора при отпускании кнопки и нулевую защиту.

2) Блокировка реверсивных контакторов.

Исключает одновременное включение реверсивных контакторов, одновременное срабатывание которых вызывает короткое замыкание питающей сети.

2.1) С помощью размыкающих контактов пусковых кнопок (рисунок 2.40).

2.2) С помощью размыкающих блок-контактов контакторов (рисунок 2.41).

2.3) С помощью механической блокировки подвижных частей контактора (принцип качель).

Для повышения общей надежности при реализации схем кроме механической блокировки ставят одну из электрических блокировок.

3) Блокировки путевые (аналог путевой защиты).

4)
Блокировки, защищающие оператора от неправильных действий (рисунок 2.42).

Технологические блокировки

Обеспечивают определенную последовательность работы схем.

Пример внутренней технологической блокировки – на рисунке 2.43. Реле времени КТ3 выполняет роль внутренней технологической блокировки (РДТ), которое запрещает включение контактора противоположного направления, пока не закончилось динамическое торможение.

Пример внешней технологической блокировки – на рисунке 2.44, где: S1 – контроль давления масла; S2 – зависит от положения механизма. Включение второго механизма возможно при работе первого.

Сигнализация в системах АЭП

1. Контрольная.

2. Технологическая.

3. Аварийная.

Контрольная сигнализация

Служит для контроля наличия сигнала или состояния аппарата (см. рисунок 2.45).

Аварийная сигнализация

Указывает на аварийное состояние схемы, либо на срабатывание той или иной защиты (см. рисунок 2.47).

Принцип построения щита аварийной сигнализации – это принцип темного табло, т.е. ни одна из ламп при нормальном режиме работы не должна гореть.

Сигнализации бывают:

– световая;

– звуковая;

– указательная.

Станции управления

Станции управления (СУ) – это объединенная общая конструкция комплектного устройства, предназначенного для дистанционного управления электроустановкой.

В схему добавлены аппараты защиты, а также, элементы для обеспечения блокировок с другими устройствами.

Станция управления ПУ13-21

Схема релейно-контактная реверсивного электропривода постоянного тока с двухзонным регулированием скорости – станция управления ПУ13-21.

Предназначена для управления ДПТ средней и большой мощности, работающих в повторно-кратковременном режиме. Станция имеет по три положения вперед и назад, обеспечивает пуск до естественной механической характеристики в три ступени вфункции времени, разгон во второй зоне в функции тока, динамическое торможение в функции скорости (см. рисунок 2.49).

Рисунок 2.49

На рисунке приняты обозначения: В1, В2, В3 – выключатели не автоматические; РМ1, РМ2 – реле максимального тока (максимальная токовая защита); РУП, КУП – реле и контактор управления полем; РДВ, РДН – реле динамического торможения с направлением ”вперед”, ”назад”; КДТ – контактор динамического торможения; РОП – реле обрыва поля (минимальная токовая защита); ЭМТ, КМТ – электромагнит и контактор механического тормоза; РН – реле напряжения (защита от самозапуска); КУ – ключ управления; КЛ, КВ, КН – контакторы (линейный, вперед, назад); КУ1, КУ2, КУ3 – контакторы ускорения; РУ, РУ2, РУ3 – реле ускорения; КЭ – контактор экономический (для уменьшения тока в цепи ОВ на стоянке привода); РКУ – реле контроля ускорения (замкнутый контакт при работе в первой зоне обеспечивает номинальное поле, при торможении из второй зоны контакт РКУ замыкается с выдержкой времени, достаточной для организации усиления поля в функции тока); R1, R2, R3 – пусковые ступени сопротивления; R4 – резистор динамического торможения; R5 – регулируемое сопротивление (определяет рабочую точку при ослаблении поля во второй зоне); R6 – резистор, служащий для уменьшения тока в обмотке возбуждения на стоянке; R7 – резистор, служащий для защиты от перенапряжений вместе с диодом VD; R8 – резистор, служащий для уменьшения постоянной времени, при увеличении потерь в цепи катушки КУП (чтобы он успевал реагировать на замыкание и размыкание контактора РУП); ВКВ, ВКН – конечные выключатели для направления вперед и назад; ПР1¸ПР4 – предохранители.

Исходное состояние: включены В1, В2, В3, КУ – в нуле; включены РОП, РУ1. В цепи ОВ1 суммарное сопротивление (R5+R6) – экономический режим, ЭМТ – обесточен, электродвигатель заторможен.

Установившейся режим: КУ в первом положении (вперед, назад), разгон по ИХ1 (R1+R2+R3); КУ во втором положении (вперед, назад), разгон по ИХ2 (R2+R3); КУ в третьем положении (вперед, назад), разгон по: ЕХ при R5=0, ИХ при R5 ¹ 0.

Пуск с переводом ключа в третье положение (вперед)

При переводе ключа в третье положение включены: КЛ, КВ (двигатель подключен к сети и начинается разгон с полностью введенными пусковыми сопротивлениями). Включается КУП, поле нарастает до номинального значения. Включается КМТ, ЭМТ – двигатель растормаживается. Включаются РУ2 и РУ3 от броска тока, включается РДВ и встает на самоблокировку, включается КЭ, отключается РУ1 (отсчет уставки), идет разгон по ИХ1 (см. рисунок 2.50). В момент времени t = t_у^РУ1 включается КУ1, двигатель выходит на ИМХ2; в момент времени t = t_у^РУ1+t_у^РУ2, двигатель выходит на ИМХ3; в момент времени t = t_у^РУ1+t_у^РУ2+t_у^РУ3, двигатель выходит на ЕХ.

При выходе двигателя на ЕХ включается реле РКУ и размыкает свой контакт в цепи КУП, дальнейшее управление поля будет осуществляться через РУП, разгон будет продолжаться в функции тока, момент снижается, т.к. поле двигателя ослабляется. Процесс пуска заканчивается, когда поле двигателя выйдет на уровень, определенный реостатом R5.

Торможение КУ в положении “0”

Якорь двигателя отключается от шин питания. При отключении КЛ и КВ двигатель отключается от питающей сети, отключается КУ1, КУ2, КУ3, включается КДТ, R4 включается параллельно якорю. Одновременно идет усиление поля в функции от тока (с помощью РУП), отключается РКУ (в нем начинается отсчет уставки, по истечении которой, контактор управления полем включается постоянно и поле будет полным).

Помимо электродинамического торможения идет механическое торможение, т.к. КМТ и ЭМТ обесточены.

При напряжении на якоре двигателя примерно равном нулю отключается РДВ, что вызовет отключение КДТ. Торможение в целом идет в функции скорости (косвенно по напряжению РДВ, РДН) (см. рисунок 2.51).

Реверс

Реверс состоит из двух этапов: торможения с предыдущего направления и разгона в противоположное. Для исключения наложения этих режимов в схеме предусмотрена внутренняя технологическая блокировка с помощью РДВ и РДН.

В схеме предусмотрены следующие защиты:

1) Максимальная токовая защита (РМ1, РМ2, ПР1, ПР2 – в цепи двигателя, ПР3, ПР4 – в цепи управления);

2) Минимальная токовая защита (РОП);

3) Нулевая защита (РН);

4) Защита от перенапряжения (R7 и диод).

В схеме предусмотрены следующие блокировки:

1) Механическая блокировка реверсивных контакторов КВ и КН (исключает их одновременное включение);

2) Путевая блокировка с помощью конечных выключателей ВКВ и ВКН;

3) Внутренняя технологическая блокировка с помощью реле РДВ и РДН.

Станция управления ПУ65-20

Станция управления ПУ65-20 предназначена для управления АД с фазным ротором средней и большой мощности, работающего в напряженном (повторно-кратковременном, до 1200 вкл/час) режиме (поэтому цепь управления на постоянном токе).

Схема станции управления имеет три положения вперед и назад, и обеспечевает двухступенчатый пуск двигателя до ЕХ в функции времени, останов при динамическом торможении в функции времени в две ступени, реверс с торможением противовключением в функции скорости и последовательным разгоном в другую сторону в две ступени в функции времени.

На рисунке 2.52 приняты обозначения: РП, КП – реле и контактор противовключения; РБ – реле блокировочное (для обеспечения прерывание режима динамического торможения и повторного пуска в том же направлении).

Установившийся режим: ключ управления в положении “1”, двигатель находится на ИХ1 с сопротивлением (R1+R2+R3); ключ управления в положении “2”, двигатель находится на ИХ2 с сопротивлением (R2+R3); ключ управления в положении “3”, включается КУ1 и КУ2 – двигатель выходит на ЕХ.

Рисунок 2.52

Пуск в две ступени в функции времени

Исходное состояние: включены РУ1, РУ2 и, если КУ в положении “0”, то включается РН.

Ключ управления в положении “3”: включается КВ и КЛ, статор подключается к питающей сети, включаются РДТ и КМТ – двигатель растормаживается. Т.к. напряжение приложенное к катушке реле противовключения недостаточно для её включения, контактор КП замкнут – шунтируется R1 и двигатель разгоняется по ИХ2, и одновременно происходит отсчет уставки РУ2 (t = t_у1+t_у2), по истечении которой включается КУ2 – зашунтируются все сопротивления и двигатель выйдет на ЕХ (см. рисунок 2.53).

Останов двигателя

Ключ управления в положении “0” – двигатель перейдет в режим динамического торможения (две ступени в функции времени): в первый момент времени отключается КВ и КЛ, статор отключается от питающей сети, отключается КМТ и накладывается механический тормоз.

Отключается РДТ и начинается отсчет уставки контакта РДТ. Отключается КП, КУ1 и КУ2, что вызывает ввод в ротор полного сопротивления и включение РУ1, РУ2.

Включается КДТ, главные контакты ко