Automatyczne obwody sterowania do uruchamiania i zatrzymywania silników prądu stałego

Uruchomieniu dowolnego silnika towarzyszą pewne przełączniki w obwodzie zasilania i obwodzie sterowania. W takim przypadku stosowane są urządzenia przekaźnikowo-stycznikowe i bezdotykowe. Dla silników prądu stałego do ograniczenia prądy rozruchowe rezystory rozruchowe są zawarte w obwodzie wirnika i twornika silników, które są wyłączane, gdy silniki są przyspieszane krokowo. Po zakończeniu rozruchu rezystory rozruchowe są całkowicie pomijane.

Proces hamowania silników może być również zautomatyzowany. Po poleceniu zatrzymania, za pomocą sprzętu przekaźnikowo-stycznikowego, w obwodach mocy wykonywane są niezbędne przełączniki. Przy zbliżaniu się do prędkości bliskiej zeru silnik jest odłączany od sieci. Podczas uruchamiania kroki są wyłączane w regularnych odstępach czasu lub w zależności od innych parametrów. Zmienia to prąd i prędkość silnika.

Sterowanie rozruchem silnika jest realizowane jako funkcja pola elektromagnetycznego (lub prędkości), prądu, czasu i ścieżki.

Typowe podzespoły i obwody do automatycznego sterowania rozruchem silników prądu stałego

Rozruch silnika prądu stałego ze wzbudzeniem równoległym lub niezależnym odbywa się za pomocą rezystora wprowadzonego w obwód twornika. Rezystor jest wymagany do ograniczenia prądu rozruchowego. Gdy silnik przyspiesza, rezystor rozruchowy jest zwiększany. Po zakończeniu rozruchu rezystor zostanie całkowicie ominięty, a silnik powróci do swoich naturalnych właściwości mechanicznych (rys. 1). Podczas rozruchu silnik rozpędza się zgodnie ze sztuczną charakterystyką 1, następnie 2, a po manewrowaniu rezystorem - zgodnie z charakterystyką naturalną 3.

Ryż. 1. Mechaniczna i elektromechaniczna charakterystyka silnika prądu stałego o wzbudzeniu równoległym (ω — prędkość kątowa wirowania; I1 M1 — szczytowy prąd i moment obrotowy silnika; I2 M2 — prąd i moment przełączający)

Rozważ węzeł obwodu rozruchowego silnika prądu stałego (DCM) w funkcji EMF (ryc. 2).

Ryż. 2. Węzeł obwodu początkowego DCT wzbudzenia równoległego w funkcji SEM

Funkcja EMF (lub prędkość) jest kontrolowana przez przekaźniki, napięcia i styczniki. Przekaźniki napięciowe są skonfigurowane do działania przy różnych wartościach SEM twornika. Gdy stycznik KM1 jest włączony, napięcie przekaźnika KV w momencie rozruchu nie wystarcza do działania. Gdy silnik przyspiesza (ze względu na wzrost emf silnika), przekaźnik KV1 jest aktywowany, a następnie KV2 (napięcia aktywacji przekaźnika mają odpowiednie wartości); obejmują styczniki przyspieszenia KM2, KMZ, a rezystory w obwodzie twornika są zbocznikowane (obwody przełączania styczników nie są pokazane na schemacie; LM to uzwojenie wzbudzenia).

Spójrzmy na schemat uruchamiania silnika prądu stałego w funkcji EMF (ryc. 3). Prędkość kątowa silnika jest często ustalana pośrednio, tj.pomiar wielkości związanych z prędkością. W przypadku silnika prądu stałego taką wartością jest EMF. Rozpoczęcie odbywa się w następujący sposób. Wyłącznik QF włącza się, pole silnika jest podłączone do zasilania. Przekaźnik KA aktywuje i zamyka swój styk.

Pozostałe urządzenia obwodu pozostają w swoim pierwotnym położeniu. Aby uruchomić silnik, musisz naciśnij przycisk SB1 «Start», po czym stycznik KM1 jest aktywowany i łączy silnik ze źródłem zasilania. Stycznik KM1 ma własne zasilanie Silnik prądu stałego jest przyspieszany przez rezystor obwodu twornika silnika R.

Wraz ze wzrostem prędkości silnika rośnie jego emf i napięcie w cewkach przekaźników KV1 i KV2. Przy prędkości ω1 (patrz rys. 1) przekaźnik KV1 zostaje załączony. Zwiera swój styk w obwodzie stycznika KM2, który wyzwala i zwiera swoim stykiem pierwszy stopień rezystora rozruchowego. Przy prędkości ω2 przekaźnik KV2 jest wzbudzony. Swoim stykiem zamyka obwód zasilania stycznika KMZ, który po uruchomieniu zestykiem zwiera drugi stopień rozruchowy rezystora rozruchowego. Silnik osiąga swoje naturalne właściwości mechaniczne i przerywa start.

Ryż. 3. Schemat uruchomienia DCT wzbudzenia równoległego w funkcji EMF

Dla poprawnej pracy układu konieczne jest ustawienie przekaźnika napięciowego KV1 na działanie z SEM odpowiadającego prędkości ω1 oraz przekaźnika KV2 na pracę z prędkością ω2.

Aby zatrzymać silnik, naciśnij przycisk Stop SB2. Aby odłączyć obwód elektryczny, otwórz wyłącznik automatyczny QF.

Bieżąca funkcja jest kontrolowana przez przekaźnik prądowy. Rozważ węzeł obwodu rozrusznika silnika prądu stałego w funkcji strumienia. Na schemacie pokazanym na ryc.4 zastosowano przekaźniki nadprądowe, które pobudzają się przy prądzie rozruchowym I1 i wyłączają przy prądzie minimalnym I2 (patrz ryc. 1). Wewnętrzny czas odpowiedzi przekaźników prądowych musi być krótszy niż czas odpowiedzi stycznika.

Ryż. 4. Węzeł obwodu rozruchowego DCT wzbudzenia równoległego w zależności od prądu

Przyspieszenie silnika rozpoczyna się od całkowitego włożenia rezystora do obwodu twornika. Gdy silnik przyspiesza, prąd maleje, przy prądzie I2 przekaźnik KA1 znika i swoim stykiem zamyka obwód zasilania stycznika KM2, który swoim stykiem omija pierwszy styk rezystora rozruchowego. Podobnie zwarty jest drugi stopień rozruchowy rezystora (przekaźnik KA2, stycznik KMZ). Obwody zasilania stycznika nie są pokazane na schemacie. Pod koniec rozruchu silnika rezystor w obwodzie twornika zostanie zmostkowany.

Rozważ obwód uruchamiania silnika prądu stałego jako funkcję strumienia (ryc. 5). Rezystancje stopni rezystorów dobiera się tak, aby w momencie włączenia silnika i zbocznikowania stopni prąd I1 w obwodzie twornika i moment M1 nie przekroczyły dopuszczalnego poziomu.

Rozruch silnika prądu stałego odbywa się poprzez włączenie wyłącznika QF i naciśnięcie przycisku «Start» SB1. W takim przypadku stycznik KM1 jest aktywowany i zamyka swoje styki. Prąd rozruchowy I1 przepływa przez obwód mocy silnika, pod wpływem którego następuje zadziałanie przekaźnika nadprądowego KA1. Jego styk otwiera się, a stycznik KM2 nie otrzymuje zasilania.

Ryż. 5. Schemat rozruchu DCT ze wzbudzeniem równoległym w funkcji prądu

Gdy prąd spadnie do wartości minimalnej I2, przekaźnik nadprądowy KA1 opada i zamyka swój styk.Stycznik KM2 jest aktywowany i poprzez swój główny styk bocznikuje pierwszą sekcję rezystora rozruchowego i przekaźnika KA1. Podczas przełączania prąd wzrasta do wartości I1.

Gdy prąd ponownie wzrośnie do wartości I1, stycznik KM1 nie załącza się, ponieważ jego cewka jest zbocznikowana przez styk KM2. Pod wpływem prądu I1 przekaźnik KA2 zostaje pobudzony i otwiera swój styk. Gdy w procesie przyspieszania prąd ponownie spadnie do wartości I2, przekaźnik KA2 opada i załącza się stycznik KMZ. Rozruch jest zakończony, silnik pracuje zgodnie ze swoimi naturalnymi właściwościami mechanicznymi.

Dla prawidłowego działania układu konieczne jest, aby czas odpowiedzi przekaźników KA1 i KA2 był krótszy niż czas odpowiedzi styczników. Aby zatrzymać silnik, naciśnij przycisk «Stop» SB2 i wyłącz wyłącznik automatyczny QF, aby rozłączyć obwód.

Sterowanie czasowe realizowane jest za pomocą przekaźnika czasowego i odpowiednich styczników, które zwierają stopnie rezystorów swoimi stykami.

Rozważmy węzeł obwodu rozruchowego silnika prądu stałego w funkcji czasu (rys. 6) Przekaźnik czasowy KT jest aktywowany natychmiast po pojawieniu się napięcia w obwodzie sterowania przez styk rozwarcia KM1. Po rozwarciu styku KM1 przekaźnik czasowy KT traci zasilanie i zamyka styk ze zwłoką czasową. Stycznik KM2 po czasie równym zwłoce czasowej przekaźnika czasowego otrzymuje zasilanie, zamyka swój styk i bocznikuje rezystancję w obwodzie twornika.

Ryż. 6. Węzeł obwodu rozruchowego DCT wzbudzenia równoległego w funkcji czasu

Zalety sterowania w funkcji czasu to łatwość sterowania, stabilność procesu przyspieszania i hamowania, brak opóźnienia napędu elektrycznego przy prędkościach pośrednich.

Rozważ obwód do uruchamiania równoległego wzbudzenia silnika prądu stałego w funkcji czasu. na ryc. 7 przedstawia schemat silnika o równoległym wzbudzeniu prądu stałego z nieodwracalnym rozruchem. Uruchomienie odbywa się w dwóch etapach. Obwód wykorzystuje przyciski SB1 „Start” i SB2 „Stop”, styczniki KM1 ... KMZ, elektromagnetyczne przekaźniki czasowe KT1, KT2. Wyłącznik QF włącza się. W tym przypadku cewka przekaźnika czasowego KT1 otrzymuje zasilanie i otwiera swój styk w obwodzie stycznika KM2. Silnik uruchamia się przez naciśnięcie przycisku «Start» SB1. Stycznik KM1 otrzymuje zasilanie i swoim głównym stykiem łączy silnik ze źródłem zasilania z rezystorem w obwodzie twornika.

Ryż. 7. Schemat nieodwracalnego rozruchu silnika prądu stałego w funkcji czasu

Przekaźnik podprądowy KA służy do ochrony silnika przed przerwaniem obwodu wzbudzenia. Podczas normalnej pracy przekaźnik KA jest zasilany, a jego styk w obwodzie stycznika KM1 zamyka się, przygotowując stycznik KM1 do pracy. Gdy obwód wzbudzenia zostanie przerwany, przekaźnik KA wyłącza się, otwiera swój styk, następnie stycznik KM1 wyłącza się i silnik zatrzymuje się. Po zadziałaniu stycznika KM1 zamyka się jego styk blokujący i otwiera się styk KM1 w obwodzie przekaźnika KT1, który wyłącza się i zamyka swój styk z opóźnieniem czasowym.

Po czasie równym zwłoce czasowej przekaźnika KT1 następuje zamknięcie obwodu zasilania stycznika przyspieszającego KM2, który zostaje wyzwolony i swoim stykiem głównym zwiera jeden stopień rezystora rozruchowego. W tym samym czasie załączany jest przekaźnik czasowy KT2. Silnik przyspiesza. Po czasie równym zwłoce przekaźnika KT2 styk KT2 zamyka się, załącza się stycznik przyspieszenia KMZ i jego stykiem głównym styka się drugi stopień rezystora rozruchowego w obwodzie twornika. Rozruch jest zakończony, a silnik powraca do swoich naturalnych właściwości mechanicznych.

Typowe jednostki obwodów sterowania hamulcami prądu stałego

Systemy automatycznego sterowania silnikami prądu stałego wykorzystują hamowanie dynamiczne, hamowanie przeciwne i hamowanie odzyskowe.

Podczas hamowania dynamicznego konieczne jest zamknięcie uzwojenia twornika silnika do dodatkowego oporu i pozostawienie uzwojenia wzbudzenia pod napięciem. To hamowanie można wykonać jako funkcję prędkości i jako funkcję czasu.

Sterowanie w funkcji prędkości (EMF) podczas hamowania dynamicznego można wykonać według schematu pokazanego na rys. 8. Gdy stycznik KM1 jest wyłączony, twornik silnika jest odłączony od sieci, ale na jego zaciskach w momencie rozłączenia występuje napięcie. Przekaźnik napięciowy KV działa i zamyka swój styk w obwodzie stycznika KM2, który swoim stykiem zamyka twornik silnika do rezystora R.

Przy prędkościach bliskich zeru przekaźnik KV traci moc. Dalsze zwalnianie od prędkości minimalnej do pełnego zatrzymania następuje pod wpływem statycznego momentu oporu.W celu zwiększenia skuteczności hamowania można zastosować dwu- lub trzystopniowe hamowanie.

Ryż. 8. Węzeł obwodu automatycznego sterowania hamowaniem dynamicznym w funkcji EMF: a — obwód mocy; b — obwód sterowania

Hamowanie dynamiczne, stałe, niezależne od silnika wzbudzenie w funkcji czasu, realizowane jest według schematu przedstawionego na rys. dziewięć.

Ryż. 9. Węzeł obwodu hamowania dynamicznego DCT wzbudzenia niezależnego w funkcji czasu

Gdy silnik pracuje, przekaźnik czasowy KT jest włączony, ale obwód stycznika hamulca KM2 jest otwarty. Aby zatrzymać, należy nacisnąć przycisk „Stop” SB2. Stycznik KM1 i przekaźnik czasowy KT tracą moc; stycznik KM2 jest aktywowany, ponieważ styk KM1 w obwodzie stycznika KM2 zamyka się, a styk przekaźnika czasowego KT otwiera się z opóźnieniem czasowym.

W celu odmierzania czasu przekaźnika czasowego stycznik KM2 otrzymuje zasilanie, zamyka swój styk i łączy twornik silnika z dodatkowym rezystorem R. Wykonywane jest dynamiczne zatrzymanie silnika. Na jego końcu przekaźnik KT po pewnym czasie otwiera swój styk i odłącza stycznik KM2 od sieci. Dalsze hamowanie do całkowitego zatrzymania odbywa się pod wpływem momentu oporu Ms.

Podczas hamowania wstecznego siła elektromotoryczna silnika i napięcie sieciowe działają zgodnie. Aby ograniczyć prąd, do obwodu wstawiono rezystor.

Sterowanie wzbudzeniem silników prądu stałego

Uzwojenie pola silnika ma znaczną indukcyjność i jeśli silnik zostanie szybko wyłączony, może pojawić się na nim duże napięcie, które spowoduje uszkodzenie izolacji uzwojenia. Aby temu zapobiec, możesz użyć węzłów obwodu pokazanych na ryc.10. Rezystancja gaszenia jest włączana równolegle z cewką wzbudzenia przez diodę (ryc. 10, b). Dlatego po wyłączeniu prąd przepływa przez krótki czas przez rezystancję (ryc. 10, a).

Ryż. 10. Węzły obwodów załączania rezystancji gaszących: a — rezystancja gasząca jest połączona równolegle; b — rezystancja gaszenia jest włączana przez diodę.

Zabezpieczenie przed przerwaniem obwodu wzbudzenia odbywa się za pomocą przekaźnika podprądowego zgodnie ze schematem pokazanym na ryc. jedenaście.

Ryż. 11. Zabezpieczenie przed przerwaniem obwodu wzbudzenia: a — obwód wzbudzenia mocy; b — obwód sterowania

W przypadku przerwy w cewce wzbudzenia przekaźnik KA odłącza zasilanie i rozłącza obwód stycznika KM.