10.8. 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. 10.31) 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).
Рис. 10.31
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. 10.32). 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. 10.32
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. 10.33) 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. 10.33
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 КМ3 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, КМ3 и КМ4. Этой же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4 в цепи их катушек.
Типовая схема управления асинхронным двигателем, обеспечивающая его прямой пуск и динамическое торможение в функции времени (рис. 10.34). 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. 10.34
Для остановки АД необходимо нажать кнопку SB2. 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 разомкнется контакт КМ в цепи реле КТ, что приведет к включению контактор торможения КМ1, подаче в обмотки статора постоянного тока выпрямителя V через резистор Rт 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 Rт, с помощью которого устанавливается необходимый постоянный ток в статоре двигателя.
Для исключения возможности одновременного подключения стаора 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. 10.35) работает следующим образом. После подачи напряжения происходит включение реле времени КТ, которое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.
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 Rд2, а также разрывает цепь катушки реле времени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ3, который, срабатывая, шунтирует пусковой резистор Rд1 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 Rр 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.
Рис. 10.35
Для осуществления торможения двигателя необходимо нажать сдвоенную кнопку SB2, размыкающий контакт которой, разорвав цепь питания катушки контактора КМ1, отключит АД от сети, при этом разорвется цепь питания контактора КМ4 и замкнется цепь питания реле КТ, т.е. контакторы КМ3 и КМ4 отключаются, а в цепь ротора АД вводятся сопротивления Rд1 и Rд2.
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. 10.36) включает в себя контакторы КМ1, КМ2 и КМ3, 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 KK1 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. 10.36
Бросок тока в цепи ротора вызывает включение реле тока КА и размыкание цепи контактора ускорения КМ2, т.е. разбег двигателя начнется с пусковым резистором R2д в цепи ротора.
Включение контактора КМ1 приводит также к шунтированию кнопки SB1, размыканию цепи катушки контактора торможения КМ3 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 R2д после чего АД выйдет на свою естественную характеристику.
Вращение двигателя вызовет замыкание контакта реле скорости SR в цепи контактора КМ3, однако он не сработает, так как до этого в его цепи разомкнулся контакт контактора KM1
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 КМ3, 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 R2д и двигатель начнет тормозиться.
При скорости двигателя близкой к нулю реле контроля скорости SR разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМ3, 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.
Панель типа ПДУ6220 (рис. 10.37) входит в состав нормализованной серии панелей управления АД с фазным и короткозамкнутым ротором и обеспечивает их пуск в две ступени и динамическое торможение в функции времени.
При подаче на схему напряжения постоянного тока 220 В и напряжения переменного тока 380 В рубильниками Q1, Q2 и автоматом QF включается реле времени КТ1, подготавливая двигатель к пуску с полным пусковым резистором в цепи ротора. Одновременно, если рукоятка командоконтроллера находится в нулевой (средней) позиции и максимально-токовые реле FA1-FA3 не включены, срабатывает реле защиты KV от понижения питающего напряжения, подготавливая схему к работе.
Пуск двигателя осуществляется по одной из искусственных или естественной характеристике, для чего рукоятка SA соответствен но устанавливается в положения 1, 2 или 3. При этом включаются линейный контактор КМ1, подключающий АД к сети, контактор управления тормозом КМ5, подключающий к сети катушку YA электромагнитного тормоза, который при этом растормаживает двигатель, и реле времени КТ3, управляющее процессом динамического торможения. При переводе рукоятки SA в положение 2 или 3 включаются также контакторы ускорения КМ3 и КМ4 и двигатель начинает разгоняться.
Рис. 10.37
Торможение двигателя происходит при переводе рукоятки SA в нулевое (среднее) положение. При этом отключаются контакторы КМ2 и КМ5 и включается контактор динамического торможения КМ4, который подключает АД к источнику постоянного тока. В результате происходит процесс комбинированного (механического и динамического) торможения двигателя, который заканчивается после отсчета реле КТ3 выдержки времени, соответствующей времени торможения.