4.Управление электроприводами

4.1.Общие сведения

Управление электроприводами предусматривает операции пуска, торможения, регулирования скорости, реверсирования, а также поддержание заданного режима работы привода в соответствии с требованиями технологического процесса и может быть ручным, полуавтоматическим и автоматическим.

При ручном управлении все операции осуществляет оператор с помощью рубильников, контроллеров, реостатов, находящихся у рабочей машины. При использовании контакторов, магнитных пускателей, кнопок, управление осуществляется дистанционно. Ручное управление не позволяет полностью использовать возможности электропривода из-за больших затрат времени на переключения, что привело к созданию систем полуавтоматического и автоматического управления.

При полуавтоматическом управлении начальные и конечные операции выполняет оператор, а остальное происходит автоматически.

Автоматическое управление электроприводом осуществляется без непосредственного участия человека, его функции сводятся к подаче первоначального импульса и обеспечивает рост производительности труда, повышение качества продукции, снижает расход электроэнергии, повышает надежность работы машин.

2. Принципы автоматического управления пуском и торможением электроприводов

Автоматическое управление осуществляется главным образом с помощью релейно-контакторной аппаратуры. Наиболее просто автоматизировать пуск и торможение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Для ограничения пусковых токов мощных электродвигателей необходимо вводить дополнительные сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя или в цепи якоря двигателя постоянного тока, которые, по мере разгона двигателя, должны постепенно исключаться таким образом, чтобы максимальное и минимальное значение тока или момента находилось в заданных пределах I₁ и I₂рис.18.

Рис.18. График изменения скорости и тока двигателя при пуске двигателя.

Из диаграммы видно, что выключение ступеней происходит при токе I₂ но разных скоростях ω и времени t. В процессе пуска изменяется также ускорение, определяемое как производная скорости по времени и угловой путь пройденный двигателем за времяt, т.е. φ = . Эти переменные величины и определяют возможные принципы автоматического управления в функции скорости, времени, тока, пути и ускорения.

4.2.1. Управление в функции скорости

На рис.19 приведена схема автоматического пуска и торможения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции скорости. Контроль скорости двигателя определяется по величине Э.Д.С. якоря Е с помощью контакторов ускорения 1У и 2У, присоединенных параллельно к якорю и имеющих различные напряжения срабатывания, соответствующие определенным скоростям двигателя. При нажатии пусковой кнопки получает питание линейный контактор Л и замыкает свои контакты Л1в цепи питания якоря двигателя и двигатель начинает набирать скорость при полностью введенном в цепь якоре сопротивления. Замыкающий блок-контакт Л2 блокирует кнопку «пуск», которая теперь может быть отпущена. В начальный момент пуска, когда ω = 0, напряжение на контакторах ускорения 1У, 2У мало и определяется только падением напряжения в якоре. При скорости ω₁ Э.Д.С. якоря станет равной напряжению срабатывания контактора 1У, он срабатывает и его контакт зашунтирует первую ступень сопротивления. С дальнейшим увеличением скорости напряжение на якоре возрастает до значения, при котором срабатывает контактор 2У, и его контакты зашунтируют вторую ступень пускового сопротивления. Двигатель выходит на естественную механическую характеристику. При большем числе ступеней срабатывание последующих контакторов будет проходить аналогично.

Рис.19. Схема автоматического пуска и торможения в функции скорости

Важной частью автоматического управления является торможение. Наиболее просто торможение осуществлять в динамическом режиме, которое осуществляется с помощью реле торможения РТ, присоединённого параллельно якорю, контактора торможения. Т и тормозного сопротивления R_т.

При остановке двигателя кнопкой «стоп» обесточивается контактор Л, который своим контактом Л1 отсоединит двигатель от сети. Его блок контакт Л3 в цепи реле РТ закрывается и присоединяет реле РТ к якорю электродвигателя. Так как в начальный момент торможения э.д.с. двигателя имеет максимальное значение, то реле РТ срабатывает и замыкает свой контакт в цепи контактора Т, которое своим контактом подключает параллельно якорю тормозное сопротивление RТ, в результате чего происходит динамическое торможение. При некоторой малой скорости ω реле РТ вследствие небольшой величины э.д.с. якоря отключится и динамическое торможение прекратится. Реле торможения имеет низкий коэффициент возврата поэтому его якорь отпадает при напряжении (0,1 ÷ 0,15)U_н

4.2.2. Управление пуском двигателя в функции времени

Этот принцип автоматизации заключается в том, что ступени пускового сопротивления шунтируются через определенные заранее установленные промежутки времени. В соответствии с пусковой диаграммой, рис.18 шунтирование первой степени сопротивления должно произойти через время t₁, а второй через t₂ – t₁. При осуществлении принципа управления основными элементами схемы являются реле времени, в качестве которых используются электромагнитные, пневматические и механические реле. Схема автоматического пуска в функции времени рис.20 работает следующим образом. В исходном состоянии при наличии напряжения реле времени 1РВ находится под напряжением и размыкает свой контакт 1РВ в цепи контакторов 1У и 2У. Для пуска двигателя нажатием кнопки «пуск» включают линейный контактор Л, силовые контакты которого Л1замыкают цепь питания якоря двигателя, Л2 блокирует кнопку пуск, а Л3 отключает 1PB. Двигатель начинает разгон при полностью введенном в цепь якоря сопротивлении. В начальный момент пуска на сопротивлении происходит падение напряжения и присоединенное к его первой ступени реле времени 2РВ срабатывает и размыкает свой контакт в цепи контактора 2У, чем предотвращается его преждевременное включение.

Рис.20. Схема автоматического пуска в функции времени

При включении контактора Лего блок-контакторЛ3 разомкнет цепь реле 1РВ, которое потеряв питание с выдержкой времени, необходимой для пуска двигателя на первой ступени, замкнет свой контакт 1РВ в цепи контактора 1У, который, включившись, зашунтирует первую ступень сопротивления и двигатель начинает разгон на следующей искусственной характеристике. При этом закорачивается катушка реле 2РВ, оно обесточивается и с выдержкой времени своими контактами подает питание на контактор 2У. Контактор 2У включается и шунтирует вторую ступень пускового сопротивления. Двигатель включается на полное напряжение и начинает работать на естественной механической характеристике.

4.2.3. Управление пуском двигателя в функции тока

При реостатном пуске ток двигателя изменяется в определенных заданных пределах. Для реализации принципа управления по току используют токовые реле, которые могут включаться в цепь непосредственно или через трансформатор тока при пуске высоковольтных и мощных двигателей.

На рис.21 приведена схема автоматического пуска асинхронного двигателя с фазным роторомв функции тока. В схеме применено реле тока РТУ, включенное в фазу статора через трансформатор тока ТТ. В роторной цепи двигателя включено пусковое сопротивление с двумя ступенями, замыкаемыми контакторами ускорения 1У и 2У. Работа схемы основана на том, что напряжение срабатывания контактора много больше напряжения отпускания.

Рис. 21 Схема автоматического пуска двигателя в функции тока

При пуске двигателя линейный контактор подключает контактом Л1 обмотку статора к сети при полном сопротивлении в цепи ротора. При возникшем броске тока в статоре срабатывает реле РТУ и размыкает свой контакт в цепи контактора Л, но он не отключается, т.к. сопротивление R подобрано такой величины, что ток в катушке контактора достаточен для удержания его в рабочем состоянии. По обмотке контактора 1У тоже потечет ток, но он окажется недостаточным для его срабатывания.

При ускорении двигателя ток снижается и когда он достигает значения I₂ реле РТУ отключится и своим контактом зашунтирует сопротивление R, напряжение на катушке контактора возрастет до номинального и контактор 1У включится. Его контакты зашунтируют первую ступень сопротивления, и начнется разгон двигателя по второй искусственной характеристике, одновременно блок контакт 1У замкнет цепь питания контактора 2У, но контактор не включится, так как при новом броске тока в статорной обмотке электродвигателя реле тока РТУ разомкнет свой контакт стоящий параллельно сопротивлению R, поскольку время его срабатывания меньше времени срабатывания контактора.

При разгоне двигателя на второй искусственной характеристике ток вновь уменьшится и при значении I₂ реле РТУ отключится и своим контактом зашунтирует сопротивление R, в результате чего включится контактор 2У и полностью зашунтирует сопротивление в цепи ротора и двигатель выходит на естественную механическую характеристику.

4.3. Вопросы для самопроверки

1. На каких принципах возможно автоматическое управление электроприводами?

2. Разберитесь в принципе действия схемы автоматического пуска в функции скорости.

3. Какие реле времени используют в схемах автоматического управления электроприводами?

4. Для каких типов электродвигателей наиболее применимы схемы управления в функции тока?

Литература

Основная:

1. Л.И. Полтава. Основы электропривода. «Недра» М., 1970г.

2. М.И. Озерной. Горная электротехника «Госэнергоиздат», М., 1962

3. М.Г. Чиликин. Общий курс электропривода «Энергия», 1971г.

Дополнительная:

1. С.Н. Вешневский. Характеристики двигателей в электроприводе «Энергия» М., 1967

2. Г.П. Андреев, Ю.А. Сабанин. Основы электропривода «Госэнергоиздат» М., 1963

3. В.Ф. Бекетов. Методические разработки по основам электропривода для специальности 0204. ротапринт СГИ. г. Свердловск, 1976

Анатолий Петрович Маругин

ПРИВОД ГОРНЫХ МАШИН

Часть2

Методические указания и расчетные задания

для студентов специальности 150404 -

«Горные машины и оборудование» (ГМК)

направления 150400 – «Технологические машины и оборудование»

Корректура кафедры Электрификации горных предприятий

Подписано к печати

Бумага писчая. Формат бумаги 60х84 1/16. Печать на ризографе.

Печ.л. Уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ №

Издательство УГГУ

620144, г. Екатеринбург, Куйбышева,30

Уральский государственный горный университет

Лаборатория множительной техники

64