книги из ГПНТБ / Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие

П р о д о л ж е н и е

Наименование Обозначение

Усилитель магнитный с двумя последова­ тельно соединенными рабочими обмот­ ками и двумя встречно включенными секциями управляющей обмотки

Резистор нерегулируемый

Резистор регулируемый: а) реостат б) потенциометр

Конденсатор нерегулируемый

10

Диод косвенного накала

Диод двойной с раздельными катодами

И

П р о д о л ж е н и е

мальное положение принимается такое, которое соответствует не­ возбужденному состоянию аппарата, например, для реле и контак­ торов — отсутствие тока в катушках, для кнопки — отсутствие нажатия; для контроллеров — нулевое положение рукоятки. Со­ единения на монтажных схемах соответствуют выполнению их при монтаже.

12

Каждый элемент схемы буквенно обозначается согласно уста­ новленным стандартам и техническим условиям на них. Так, на­ пример, линейные контакторы обозначаются буквой Л, контактор «Вперед» — В, контактор «Назад» — Я, контактор ускорения — У, реле тока — РТ, реле напряжения — РН, реле времени — PB и т. д. Для различия одинаковых аппаратов впереди буквенного обозначения вводятся цифры (например, 1У, 2У).

В сложных схемах при командоконтроллерном управлении изо­ бражают развертки контроллеров, которые дают возможность су­ дить о последовательности замыканий контактов по жирным точ­ кам, наносимым на развертки под контактами контроллера.

Если в схемах встречаются механические связи, то они изобра­ жаются двойными или пунктирными линиями.

Принимается либо горизонтальное, либо вертикальное распо­ ложение отдельных цепей на схеме.

§3. К Л А С С И Ф И К А Ц И Я А В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н Ы Х

ЭЛ Е К Т Р О П Р И В О Д О В

Классификацию систем автоматизированного электропривода можно производить по разным признакам. Это обусловлено назна­ чением электропривода, их сложной структурой, различной физи­ ческой сущностью и т. д.

исистемы с программным управлением.

Взависимости от рода питающего напряжения различают си­ стемы переменного тока и системы постоянного тока.

По принципу управления наиболее широкое распространение в системах управления технологическим оборудованием получили электроприводы с электромашинными усилителями, электроприводы с магнитными усилителями и дросселями насыщения, электропри­ воды с импульсными системами управления, построенными на элек­ тронно-полупроводниковых или магнитных элементах и др.

Можно различать автоматизированные электроприводы по типу характеристик отдельных звеньев системы в отношении линейности.

Вэтом случае электроприводы делятся на линейные и нелинейные.

Взависимости от режима работы различают электроприводы, работающие либо в установившихся режимах при наличии возму­ щающих воздействий, либо — в режимах пусков и торможений.

13

§4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

КА В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н Ы М Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А М СИСТЕМ У П Р А В Л Е Н И Я

Требования к автоматизированным электроприводам систем уп­ равления определяются технологическими процессами работы про­ изводственных механизмов. К основным из этих требований отно­ сятся следующие;

1)повышенная точность и быстродействие;

2)высокая степень надежности, достигаемая посредством при­ менения элементов с малой интенсивностью отказов и высокой ме­ ханической и термической прочностью и химической стойкостью, снижения электрических нагрузок на наиболее ответственные эле­ менты, разработки схем привода с широкими допусками 'на разброс

3)малые габариты и вес, что достигается за счет применения специальных материалов при изготовлении отдельных элементов электропривода, электродвигателей с повышенной скоростью вра­ щения ротора, источников питания повышенной частоты, а также миниатюризацией и микроминиатюризацией электронных элемен­ тов электропривода;

4)независимость действия от нагрузок и параметров окружаю­ щей среды;

5)простота и безопасность обслуживания и эксплуатации;

6)удобство монтажа и ремонта;

7)простота контроля исправности;

8)взаимозаменяемость отдельных деталей и агрегатов.

Наряду с этими основными требованиями-, к автоматизирован­ ным электроприводам отдельных исполнительных механизмов тех­ нологического оборудования могут предъявляться свои специфиче­ ские требования.

Вопросы для самопроверки

1. Какова роль и значение электропривода в системах автоматического управления технологическим оборудованием?

2.Какие элементы в функциональной схеме автоматизированного элек­ тропривода являются основными и какие вспомогательными? Каково их на­ значение?

3.Какие функции выполняет электропривод в системах автоматического управления?

4.Каковы особенности начертания принципиальных и монтажных схем электроприводов?

5.По каким признакам классифицируются автоматизированные элек­ троприводы?

6.Назовите основные требования, предъявляемые к автоматизирован­ ному электроприводу систем управления технологическим оборудованием.

14

Г Л А В А

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

§ 5. М Е Т О Д Ы У П Р А В Л Е Н И Я ПРОЦЕССАМИ П У С К А , Т О Р М О Ж Е Н И Я

И РЕВЕРСИРОВАНИЯ Э Л Е К Т Р О Д В И Г А Т Е Л Е Й

Как уже говорилось, управление электродвигателями осущест­ вляется либо ручным, либо автоматическим способом. В современ­ ных системах управления преимущественное распространение по­ лучили схемы автоматического управления электродвигателями. Основными достоинствами автоматического управления являются:

1)простота и надежность управления;

2)высокая производительность и точность выполнения отдель­ ных операций;

3)рациональное использование электроэнергии;

4)возможность простого централизованного и дистанционного управления.

Основные операции по автоматическому управлению электро­

двигателями связаны с управлением процессами пуска, торможения и реверсирования. Для реализации схем автоматического управле­ ния электродвигателями применяются различные методы пуска, торможения и реверсирования этих электродвигателей.

Различаются несколько основных видов пуска электродвигате­

несмотря на простоту схемной реализации, находит ограниченное применение вследствие больших пиковых значений пускового тока ' и больших тепловых потерь, происходящих в электродвигателе и коммутационной аппаратуре.

2. Пуск через сопротивления. В этом случае подключение элек­ тродвигателей к источнику питания осуществляется при наличии сопротивлений активных (реостатов) или реактивных (дросселей насыщения), включенных в цепях якоря, статора или ротора. Зна­ чения этих сопротивлений в процессе пуска уменьшают так, чтобы можно было получить требуемый характер изменения токов, вра­ щающихся моментов и ускорений. Изменение пусковых сопротив­ лений производится плавно или ступенчато. Пуск через добавочные сопротивления также сопровождается потерями энергии, которые распределяются между самим электродвигателем и пусковым уст­ ройством.

15

в процессе пуска увеличивают напряжение так, чтобы получить требуемый характер изменения токов, моментов или ускорений. Изменение напряжения возможно как плавное, так и ступенчатое.

Недостатком этого метода является сложность пускового уст­ ройства, требующего в случае электродвигателей постоянного тока наличия специального генератора с регулировкой напряжения или нескольких источников питания. Для изменения напряжения на обмотках статора асинхронных электродвигателей необходимо иметь соответствующие выводы концов обмоток и переключатель, с по­ мощью которого осуществляется переключение этих обмоток со звезды на треугольник. При этом возможно лишь ступенчатое из­ менение напряжения.

скольку требует применения специального генератора переменного тока с регулировкой частоты и напряжения или особых преобразо­ вателей частоты.

5. Пуск электродвигателей постоянного тока изменением тока возбуждения. Этим методом пользуются при эксплуатации электро­ двигателей постоянного тока малой мощности. Пуск в ход непод­ вижного электродвигателя, по якорю которого проходит ток, производится подключением обмотки возбуждения к источнику тока.

Из описанных выше способов пуска в автоматизированном элек­ троприводе нашли наибольшее применение реостатный пуск и пуск при ступенчатом изменении напряжения на зажимах якоря. Неко­ торые способы пуска электроприводов иногда применяются в раз­ личных комбинациях друг с другом. Так, например, пуск электро­ привода по системе генератор—двигатель до скорости, превышаю­ щей основную, производится сначала увеличением напряжения на зажимах якоря электродвигателя, а затем уменьшением тока воз­ буждения электродвигателя.

Различают несколько основных методов торможения электро­ двигателей.

1. Генераторное торможение. Оно возникает, когда момент исполнительного механизма совпадает по направлению с моментом электродвигателя и вращает вал последнего со скоростью большей, чем скорость идеального холостого хода. При этом э. д. с. электро­ двигателя становится больше напряжения сети и двигатель, пере­ ходя в генераторный режим работы, отдает энергию в сеть. Этот вид торможения используется при наличии двигателей постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением и асинхронных. Двигатели -постоянного тока с последовательным возбуждением

16

в данном режиме торможения не используются, поскольку они не имеют конечной скорости идеального холостого хода.

2. Торможение противовключением. Этот, режим торможения возникает, когда обмотки электродвигателя включены для одного направления вращения, а якорь электродвигателя под действием внешнего активного момента или сил инерции вращается в противо­ положную сторону. При торможении противовключением можно получить большие тормозные моменты, поскольку ток якоря элек­ тродвигателя создается в результате согласного действия э. д. с. якоря и напряжения сети. Торможение противовключением может применяться для двигателей постоянного и переменного токов.

Недостатком этого вида торможения является необходимость специального устройства для автоматического отключения элек­

ключенной к сети. Для осуществления динамического торможения электродвигателей с последовательным возбуждением часто применя­ ют принцип самовозбуждения. В этом случае отключают электродви­ гатель от сети, меняют местами концы обмотки возбуждения и под­ ключают их к зажимам якоря. Динамическое торможение электро­ двигателей переменного тока осуществляется отключением обмоток статора от сети переменного тока и подключением ее к источнику постоянного тока. На малых скоростях динамическое торможение, как правило, сочетают с механическим торможением.

Процесс реверсирования любого электродвигателя можно рас­ сматривать как процессы с начала торможения, а затем пуска этого электродвигателя в направлении, противоположном вращению его вала.

Для автоматического управления электродвигателем необхо­ димо контролировать режим его работы. Этот контроль можно осу­ ществить с помощью какого-либо параметра, который характери­ зует состояние электродвигателя и изменяется в процессе управле­ ния. Таким параметром может быть мехаш денный путь, скорость, ускорение), электд э. д. с , частота) и время.

2 Заказ № 967

В зависимости от выбора величины этого параметра различают следующие основные принципы автоматического управления про­ цессами пуска и торможения электродвигателей:

1)управление в функции скорости;

2)управление в функции времени;

3)управление в функции тока;

4)управление в функции пути.

На рис. 2 представлена пусковая диаграмма электродвигателя с трехступенчатым пуском. Изменение режима работы электродви­ гателя осуществляется переключением сопротивлений либо при

§ 6. У П Р А В Л Е Н И Е В Ф У Н К Ц И И С К О Р О С Т И

Этот вид управления основан на прямом или косвенном конт­ роле изменения скорости. На практике чаще пользуются косвенным методом измерения скорости. Например, в электродвигателях по­ стоянного тока используется э. д. с. якоря, а для асинхронных элек­ тродвигателей — э. д. с. или частота тока в роторной цепи.

На рис. 3 приведена схема пуска электродвигателя постоянного тока в функции скорости. Поскольку э. д. с , возникающая в элек­ тродвигателе при вращении, пропорциональна скорости, контак­ торы ускорения (1У, 2У, ЗУ) настраиваются на соответствующие напряжения срабатывания.

При замыкании рубильника Р подается напряжение на обмотку возбуждения OB электродвигателя и на схему управления. После нажатия кнопки П срабатывает контактор Л. Последний становится на самоблокировку, шунтируя кнопку П своим контактом Л, и замыкает контакты в цепи якоря. Ток возрастает до величины 11 (рис. 2). Вначале напряжение на катушках контакторов ускорения, равное падению напряжения на якоре, недостаточно для их сраба­ тывания. По мере увеличения скорости вращения электродвига­ теля напряжение на якоре возрастает. При достижении напряжения срабатывания контактора ускорения 1У последний срабатывает,

Для остановки электродвигателя необходимо нажать кнопку С. Вследствие этого разорвется цепь питания контактора Л, который своими контактами обесточит якорную цепь. Электродвигатель оста­ новится.

Принцип управления электродвигателями в функции скорости может быть использован при автоматическом управлении динами­ ческим торможением и торможении противовключением.

18*

На рис. 4 представлена схема автоматического управления элек­ тродвигателем с параллельным возбуждением в функции скорости при динамическом торможении. После замыкания рубильника Р, нажатия кнопки Я и выхода электродвигателя на естественную ха­ рактеристику в схеме управления контакты Л замкнутые якорной цепи и цепи пуска и разомкнуты в цепи реле торможения РТ.

Для перевода электродвигателя в режим динамического тормо­ жения следует нажать кнопку С. При этом контактор Л отключает электродвигатель от сети, а нор­ мально замкнутый контакт Л замы­ кает цепь реле торможения РТ. + После срабатывания реле РТ вклю-

чается контактор торможения Т, который своим контактом Т за­

Режим динамического торможения прекратится. Эффект торможе­ ния будет тем больше, чем меньше будет напряжение отпускания реле торможения РТ.

Достоинством рассмотренных схем пуска и торможения в функ­ ции скорости является простота, надежность и дешевизна их. Од­ нако они имеют и недостатки:

1) необходимость выбора контакторов ускорений на разные на­ пряжения срабатывания;