2.14.1. Управление пуком, остановкой и реверсированием асинхронного двигателя

Автоматизация управления двигателем производится при помощи контактных или бесконтактных аппаратов коммутации и защиты. На схеме рис. 2.12 включение и отключение силовой цепи двигателя производится при помощи магнитных пускателей КМ1 и КМ2.

Пускателем КМ1 двигатель подключается к сети при вращении в направлении «Вперед», а пускателем КМ2 в противоположном направлении «Назад». Управление пускателями осуществляется при помощи кнопок SB1 «Стоп», SB2 «Вперед», SB3 «Назад».

З ащита двигателя при коротких замыканиях обеспечивается автоматическим выключателем «QF». Он же используется для отключения силовой цепи двигателя на период длительной остановки или в целях безопасности при выполнении ремонтных и пуско-наладочных работ. Защита двигателя от перегрузки производится тепловыми реле РT1 и РТ2.

При нажатии кнопки SB2 «Вперед» катушка магнитного пускателя КМ1 подключается к сети, пускатель срабатывает, замыкает свои силовые контакты, включенные в цепь питания двигателя, двигатель подключается к сети и происходит пуск и разгон двигателя в направлении «Вперед». В это же время один из замыкающих контактов КМ1 шунтирует кнопку SB2, что позволяет не удерживать эту кнопку в нажатом состоянии. Так как при отпускании кнопки под воздействием возвратной пружины ее контакт размыкается. Другой размыкающий контакт КМ1 разрывает цепь пускателя КМ2, что не позволит сработать сразу двум пускателям при одновременном нажатии кнопок SB2 «Вперед» и SB3 «Назад», так как цепь катушки пускателя КМ2 разомкнута и он уже не включится.

Для останова двигателя необходимо нажать на кнопку SB1 «Стоп», которая разрывает цепь управления. Обесточенные пускатели размыкают свои силовые контакты, двигатель отключается от сети и останавливается.

При нажатии кнопки SB3 «Назад», срабатывает пускатель КМ2, замыкает свои силовые контакты, включенные в цепь питания двигателя, двигатель подключается к сети, разгоняется и вращается в противоположном направлении «Назад». Для этого изменяется порядок подключения фаз обмотки статора к сети – фазы А и С меняются местами, изменяется порядок чередования фаз. Изменяется направление вращения магнитного поля, а следовательно, и направление вращения ротора двигателя.

Один из замыкающих контактов КМ2 шунтирует кнопку SB3, что позволяет не удерживать эту кнопку в нажатом состоянии. Другой размыкающий контакт КМ2 разрывает цепь пускателя КМ1, что не позволит сработать сразу двум пускателям при одновременном нажатии кнопок SB2 «Вперед» и SB3 «Назад».

Автоматическая защита двигателя от длительных перегрузок осуществляется биметаллическими тепловыми реле РТ1 и РТ2, размыкающие контакты которых включены в цепь питания обмоток пускателей. От кратковременных пусковых токов реле не успевают сработать. При увеличении нагрузки выше допустимой реле срабатывают, размыкая цепь питания обмоток пускателей, и двигатель отключается от сети.

2.14.2. Асинхронный электропривод с тиристорным преобразователем частоты с непосредственной связью

(ТПЧ НС)

Схема асинхронного электропривода с тиристорным преобразователем частоты с непосредственной связью приведена на рис. 2.13.

Силовая часть тиристотного преобразователя состоит из трех реверсивных тиристорных преобразователей напряжения ТПН1, ТПН2, ТПН3. Каждая фаза обмотки статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором питается от своего преобразователя напряжения.

Синусоида фазного напряжения, например фазы А, u_an пониженной частоты f_n формируется как огибающая мгновенных значений фазных напряжений u_2a, u_2b, u_2c вторичной обмотки согласующего трансформатора Т (рис 2.14) при циклическом включении тиристоров VS1, VS3, VS5 в интервале положительного полупериода и тиристоров VS2, VS4, VS6 - отрицательной полуволны.

Таким образом, период огибающей фазного напряжения u_an пониженной частоты объединяет n периодов фазных напряжений u₂ с частотой сети f=50 Гц.

Формирование положительной полуволны огибающей синусоиды производится за счет того, что в интервале полупериода синусоиды циклически включаются только тиристоры VS1, VS3, VS5. При этом при каждом последующем включении тиристора угол отпирания α изменяется по синусоидальному закону, согласно изменению частоты f_n и напряжения u_an.

Для трехфазного мостового ТПН выходное напряжение в режиме холостого хода:

U_d= U_d0cos(α) при 0<α <60°;

U_d= U_d0 [1+cos(60°+α)] при 60°<α <120°.

Из этих выражений видно, что сформировать мгновенное значение напряжения равное нулю (например, при переходе огибающей синусоиды через ноль) можно с фазного напряжения u_2a при условии, что угол α будет равным 120°. Формирование синусоиды в интервале от нуля до половины положительного полупериода, когда u_an равно амплитудному значению U_anm, производится при уменьшении угла α. Амплитудное значение U_anm огибающей синусоиды формируется из соответствующего фазного напряжения u₂ при угле отпирания α=0.Формирование спадающей половины полупериода производится в обратной последовательности.

Частота пониженного напряжения определяется

.

К ак видно из этой формулы, частота выходного напряжения преобразователя частоты f_n регулируется изменением числа периодов n фазного напряжения u₂, объединенных огибающей синусоидой u_an. Это достигается формированием сигналов управления СФУ1, 2 и 3, изменяющих углы регулирования α по синусоидальному закону с задаваемой частотой f_з.

При регулировании скорости электропривода одновременно с частотой необходимо регулировать и напряжение. Величина которого регулируется дополнительным изменением угла α. При этом, определение угла отпирания для каждого тиристора производится системой автоматического управления САУ по заданному алгоритму, одновременно для значений напряжения и частоты. Например, максимальное значение амплитуды огибающей синусоиды U_anm формируется из фазного напряжения u₂ при α=0. Для уменьшения амплитуды U_anm угол α необходимо увеличивать (см. «Электроника» раздел «Тиристорные преобразователи напряжения»).

Задание скорости вращения двигателя, а следовательно и скорости вращения рабочего органа механизма, производится устройством задания скорости. Информация о фактическом значении контролируемых величин – скорости, напряжения и тока двигателя поступают в САУ от соответствующих датчиков: тахогенератора ТГ (датчик скорости), датчика напряжения ДН и трансформатора тока ТТ. При отклонении режима работы установки от требуемого системой автоматического управления формируются управляющие сигналы, воздействующие через СФУ1, 2 и 3 на тиристорные преобразователи, и заданный режим или процесс стабилизируется.

Для изменения режима работы устройством задания скорости УЗС задается значение скорости в соответствии с программой работы установки.

Сигнал от трансформатора тока используется для защиты двигателя от перегрузки и коротких замыканий.