Типовые узлы схем автоматического управления пуском ДПТ

Каждый из принципов автоматического управления пуском и торможением реализуется в схемах электроприводов типовыми узлами.

Рис. 3.2. Типовой узел управления пуском ДПТ в функции времени.

Рис. 3.3. а) механические характеристики ДПТ с независимым возбуждением;

б) механические характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.

Типовой узел, обеспечивающий автоматический пуск в функции времени ДПТ с независимым и последовательным возбуждением с двумя ступенями пускового сопротивления R_ДП1 и R_ДП2 приведен на рис. 3.2. Механические характеристики двигателей, соответствующие схеме включения на рис. 3.2, приведены на рис. 3.3.

При подаче напряжения на главные цепи и цепи управления включается электромагнитное реле времени первой ступени РУ1 и, размыкая свой контакт, исключает возможность включения контакторов ускорения КУ1 и КУ2.

При нажатии на КнП включается КЛ, который своим главным контактом подключает к напряжению якорную цепь двигателя, замыкающими контактами шунтирует КнП (КЛ становится на самопитание) и подготавливает цепь включения КУ, а размыкающим контактом разрывает цепь питания катушки реле РУ1 и реле начинает отсчет выдержки времени. Двигатель начинает разгоняться по реостатной механической характеристике 1. При протекании пускового тока по R_ДП1 срабатывает реле времени второй ступени РУ2, т.к. падение напряжения от пускового тока на R_ДП1 велико. Контакт реле РУ2 размыкается в цепи питания катушки контактора КУ2. Реле времени РУ1 по истечении заданной выдержки времени отключается и замыкает свой контакт. Получает питание катушка КУ1. Контактор КУ1 включается и закорачивает R_ДП1. Двигатель переходит на механическую реостатную характеристику 2. Катушка реле РУ2 теряет питание. Реле РУ2 отсчитав заданную выдержку времени отключается и замыкает свой контакт. Включается КУ2, закорачивает R_ДП2 и двигатель переходит на естественную характеристику. Достоинство управления в функции времени – простота и надежность реле времени, удобство регулировки их уставок, применение однотипных реле для двигателей различной мощности. Кроме того, при увеличении М_с до величины М_с ‘ и той же выдержке времени реле РУ1 двигатель на первой характеристике разгонится до меньшей скорости, но бросок момента при переключении будет большим. Поэтому средний динамический момент при пуске останется приблизительно тем же и почти не изменится и общее время пуска. При управлении в функции времени в отличие от управления в функции скорости или тока, отсутствует опасность «застревания» двигателя на первой характеристике при М_с ‘ >М_с. Все это обусловило широкое распространение управления в функции времени.

Типовой узел, обеспечивающий автоматический пуск ДПТ с независимым возбуждением в функции скорости в две ступени, механические характеристики двигателя и диапазона напряжения на зажимах якоря двигателя приведены на рис. 3.4.

Катушки РУ1 и РУ2 подключены на зажимы якоря двигателя, т.е. на напряжение U_Я, которое отличается от Е только на величину падения напряжения от тока якоря на сопротивлении якоря R_Я. Следовательно РУ1 и РУ2 являются аппаратами, контролирующими э.д.с. вращения двигателя. Поскольку э.д.с. при постоянном магнитном потоке пропорциональна скорости вращения двигателя ω Е=кФ_нω, то рассматриваемый узел осуществляет управление пуском в функции скорости при ее косвенном контроле.

При нажатии КнП включается КЛ. Напряжение на катушках РУ1 и РУ2 мало и равно падению напряжения в якоре от начального броска пускового тока I_ПR_Я. Поэтому РУ1 и РУ2 сработать не могут, контакторы КУ1 и КУ2 отключены и в цепь якоря введено R_ДП1+R_ДП2. Двигатель запускается по характеристике 1. По мере увеличения скорости двигателя возрастает Е и U_Я.

Рис. 3.4. а) схема включения двигателя;

б) механические характеристики двигателя;

в) диаграмма напряжения на зажимах якоря.

При U_Я1=U_{ср. РУ1} включается РУ1 и включает КУ1, который закорачивает первую ступень сопротивления R_ДП. Двигатель переходит на характеристику 2. Скорость двигателя продолжает расти, поэтому возрастает и его э.д.с. При U_Я2=U_{ср. РУ2} включается РУ2, контактор КУ2, закорачивающий вторую ступень сопротивления R_ДП2 и двигатель выходит на естественную характеристику.

Типовой узел, обеспечивающий автоматический пуск ДПТ с независимым возбуждением в функции тока якоря I_Я и потока Ф приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. а) схема включения двигателя;

б) диаграмма Ф, I_Я, ω.

Типовой узел применяется при разгоне ДПТ независимого возбуждения путем ослабления магнитного потока для расширения диапазона регулирования ω. На рисунке не показаны цепи управления контакторами КЛ, КУ1, КУ2. пуск до основной скорости может осуществляться одним из рассмотренных способов. Контроль I_Я осуществляется токовым реле РУП.

Работа типового узла начитается после включения контактора КУ2 при выходе М на естественную характеристику. При замыкании главного контакта КУ2 от броска якоря срабатывает реле РУП и замыкает свой контакт, шунтирующий реостат возбуждения R_ДВ. До этого он был закорочен размыкающим контактом КУ2. Следовательно магнитный поток двигателя Ф сохраняется равным Ф_Н и двигатель продолжает разгон по естественной характеристике. Когда I_я снизится до I_{возв РУП}, реле РУП отключается, размыкает свой контакт и в цепь LM вводится R_ДВ. Происходит ослабление Ф и рост ω. При этом ток якоря увеличивается и , когда он достигнет значения I_{сраб РУП}, контакт реле замыкается. Начинается усиление Ф и снижение I_я. Скорость М будет продолжать расти, т.к. за счет увеличения I_я М>М_с. При спадании I_я до величины I_{возв РУП} реле РУП вновь откроет свой контакт, что повлечет за собой ослабление Ф и т.д. Реле РУП срабатывает несколько раз, прежде чем двигатель достигнет скорости, заданной положением ползунка реостата R_ДВ. I_я колеблется в пределах от I_{возв РУП} до I_{сраб РУП}, поэтому способ управления получил название вибрационного. Он обеспечивается и в том случае, когда ползунок реостата R_ДВ быстро перемещается в сторону ослабления Ф.

2.2. ТИПОВЫЕ УЗЛЫ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рассмотрим ряд типовых узлов схем управления электроприводами, реализующими вышеописанные принципы управления. На рис. 2.2, а приведен узел электрической схемы, обеспечиваю­щий автоматический пуск в функции времени двигателя М с двумя ступенями добавочного пускового сопротивления (вид возбуждения двигателя может быть любым, на рисунке показано независимое возбуждение).

Алгоритм работы приведенного узла схемы следующий. Сразу же после подачи напряжения на главные цепи и цепи управления включается реле времени первой ступени РУ1 и открывает свой размыкаю­щий контакт, не давая возможности преждевременно включиться контакторам ускорения КУ 1 и КУ 2.

Рис. 2.2. Схема реостатного пуска двигателя постоянного тока в функции времени

Нажатие на кнопку КнП («Пуск») приводит к включению линейного контактора КЛ, который замыкает свой главный контакт в цепи якоря двигателя, замыкающим блок-контактом шунтирует кнопку КнП (тем самым контактор КЛ становится на самопитание), а размыкающим блок-контактом разрывает цепь катушки реле РУ1. Двигатель начинает разгоняться по реостатной механической характеристике первой ступени пуска (рис. 2.2, б). При протекании по добавочному сопротивлению пускового тока мгновенно срабатывает реле времени второй ступени РУ2, так как к его катушке прикладывается достаточное по величине напряжение, равное падению напряжения на сопротивле­нии R_доб.п.1. Размыкающий контакт реле РУ2 открывается в цепи катушки контактора КУ2.

Реле РУ1, начавшее отсчет выдержки времени, соответствующей времени t₁ разгона двигателя на первой ступени пуска, по истечении ее замыкает свой контакт. Включается контактор КУ1, который своим силовым контактом закорачивает сопротивление R_доб.п.1 и вместе с ним катушку реле РУ2. Начинается разгон двигателя согласно реостатной характеристике 2 второй ступени пуска. Реле РУ2 отсчитывает выдержку времени, соответствующую времени (t₂ – t₁) двигателя на второй ступени, и затем замыкает свой контакт. Включается контактор КУ2 и закорачивает сопротивление R_доб.п.2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и разгоняется до уста­новившейся скорости ω_с, соот­ветствующей моменту М_с. На этом пуск заканчивается.

На рис. 2.2, в показаны зависимости момента и ско­рости двигателя от времени, которые дополнительно иллюстрируют работу описанного узла схемы управления. Уставка реле времени РУ1 опре­делится как разность между временем t₁ и собственным временем включения контактора КУ1: . Аналогично определится и уставка реле времени РУ2: . При этом t₁ = Δt₁ и t₂ – t₁ = Δt₂ — расчетные значения времени разгона двигателя на первой и второй ступенях (см. формулу (2.1)).

Достоинством принципа управления в функции времени – это простота и надеж­ность реле времени, удобство регулировки их уставок, возможность применения однотипных реле для двигателей различной мощности. Кроме того, при изменениях статического момента, момента инерции привода, напряжения сети и т.д. время пуска практически не изме­няется. Например, при увеличении М_с до значения М’_с (рис. 2.2, б) при

сохранении той же выдержки времени реле РУ1 двигатель на первой ступени разгонится до меньшей скорости, но бросок момента при переключении будет большим. В результате процесс разгона пойдет в соответствии с графиком, показанным на рис. 2.2, б штрихпунктирными линиями, таким образом, что средний динамический момент при пуске останется приблизительно тем же. Поэтому почти не изменится и общее время пуска. Если же бросок момента (тока якоря) превысит допустимое значение, то двигатель отключится максимально-токовой защитой. При управлении в функции времени (в отличие от управления в функ­ции скорости или тока) полностью устраняется опасность «застревания» двигателя на первой ступени пуска при М’_с > М₂. Все это и обусловило шир

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

.

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 43 444546>

Дата добавления: 2019-02-08 ; просмотров: 1018 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ