Zasady automatycznego sterowania rozruchem i zatrzymaniem silników elektrycznych

W artykule omówiono schematy przekaźnikowo-stycznikowe do automatyzacji rozruchu, biegu wstecznego i zatrzymania silników indukcyjnych z wirnikiem fazowym oraz silników prądu stałego.

Rozważ schematy włączania rezystancji rozruchowych i styków styczników KM3, KM4, KM5, które je kontrolują, podczas uruchamiania silnik indukcyjny z uzwojonym wirnikiem (AD z f. R.) I Niezależnie wzbudzony silnik prądu stałego DPT NV (ryc. 1). Schematy te przewidują hamowanie dynamiczne (ryc. 1, a) i hamowanie przeciwne (ryc. 1, b).

Podczas uruchamiania reostatu DPT NV lub IM z wirnikiem fazowym, naprzemienne zamykanie (zwarcie) stopni reostatu rozruchowego R1, R2, R3 odbywa się automatycznie za pomocą styków styczników KM3, KM4, KM5, które można kontrolowany na trzy sposoby:

• poprzez zliczanie przedziałów czasu dt1, dt2, dt3 (rys. 2), dla których stosowane są przekaźniki czasowe (zarządzanie czasem);

• poprzez monitorowanie prędkości silnika elektrycznego lub pole elektromagnetyczne (kontrola prędkości).Przekaźniki napięciowe lub styczniki połączone bezpośrednio przez reostaty są używane jako czujniki EMF;

• zastosowanie czujników prądowych (przekaźniki prądowe nastawialne na prąd powrotny równy Imin) dających impuls sterujący, gdy prąd twornika (wirnika) spadnie w trakcie procesu rozruchu do wartości Imin (sterowanie zasadą prądu).

Rozważ charakterystykę mechaniczną silnika prądu stałego (DCM) (rys. 1) (w przypadku silnika indukcyjnego (IM) jest taka sama, jeśli użyjesz sekcji roboczej charakterystyki mechanicznej) podczas uruchamiania i zatrzymywania, a także krzywe prędkości, momentu obrotowego (prądu) w funkcji czasu.

Ryż. 1. Schematy włączania rezystancji rozruchowych silnika indukcyjnego z wirnikiem fazowym (a) i silnika prądu stałego z niezależnym wzbudzeniem (b)

Ryż. 2. Charakterystyka startu i zatrzymania (a) oraz zależności DPT (b)

Uruchomienie silnika elektrycznego (styki KM1 są zwarte (rys. 1)).

Po przyłożeniu napięcia prąd (moment obrotowy) w silniku jest równy I1 (M1) (punkt A) i silnik przyspiesza z rezystancją rozruchową (R1 + R2 + R3).

W miarę postępu przyspieszania prąd maleje i przy prądzie I2 (punkt B) dochodzi do zwarcia R1, prąd wzrasta do wartości I1 (punkt C) i tak dalej.

W punkcie F, przy prądzie I2, następuje zwarcie ostatniego stopnia opornika rozruchowego i silnik elektryczny osiąga swoją naturalną charakterystykę (punkt G). Przyspieszenie następuje do (punktu H), który odpowiada prądowi Ic (zależnemu od obciążenia). Jeśli R1 nie jest zwarty w punkcie B, to silnik przyspieszy do punktu B' i będzie miał stałą prędkość.

Hamowanie dynamiczne (KM1 otwarty, KM7 zamknięty) do momentu, aż silnik elektryczny osiągnie punkt K, który odpowiada momentowi (prądowi) i którego wartość zależy od rezystancji Rtd.

Hamowanie przez opozycję (KM1 otwarty, KM2 zamknięty), podczas gdy silnik elektryczny przechodzi do punktu L i zaczyna bardzo szybko zwalniać z oporem (R1 + R2 + R3 + Rtp).

Nachylenie tej charakterystyki, a co za tym idzie wartość, jest takie samo (równoległe) jak charakterystyka początkowa z rezystancją (R1 + R2 + R3 + Rtp).

W punkcie N wymagane jest zwarcie Rtp, silnik elektryczny przechodzi do punktu P i przyspiesza w przeciwnym kierunku. Jeżeli Rtp nie zostanie zwarte w punkcie N, to silnik przyspieszy do punktu N' i będzie pracował z tą prędkością.

Schematy automatycznej kontroli uruchamiania DPT

Sterowanie w funkcji czasu (rys. 3) Najczęściej elektromagnetyczne przekaźniki czasowe stosowane są jako przekaźniki czasowe w obwodach EP. Są one ustawione z uwzględnieniem zadanych opóźnień czasowych dt1, dt2,…. Każdy przekaźnik czasowy musi zawierać odpowiedni stycznik mocy.

Ryż. 3. Schemat automatycznego startu DPT w funkcji czasu

Sterowanie w funkcji prędkości (najczęściej stosowane przy hamowaniu dynamicznym i hamowaniu przeciwstawnym) Ta zasada automatyzacji sterowania polega na zastosowaniu przekaźników, które bezpośrednio lub pośrednio sterują prędkością silnika elektrycznego: dla silników prądu stałego mierzona jest siła elektromotoryczna twornika, dla silników asynchronicznych i synchronicznych silników elektrycznych, mierzona jest EMF lub częstotliwość prądu.

Zastosowanie urządzeń bezpośrednio mierzących prędkość (przekaźnik kontroli prędkości (RCC) na złożonym urządzeniu) komplikuje instalację i obwód sterowania.RKS jest częściej wykorzystywany do sterowania hamowaniem w celu odłączenia silnika elektrycznego od sieci przy prędkości bliskiej zeru. Częściej stosowane są metody pośrednie.

Przy stałym strumieniu magnetycznym siła elektromotoryczna twornika DPT jest wprost proporcjonalna do prędkości. Dlatego cewkę przekaźnika napięciowego można podłączyć bezpośrednio do zacisków twornika. Jednak napięcie na zaciskach twornika Uy różni się od Eya wielkością spadku napięcia na uzwojeniu twornika.

W takim przypadku możliwe są dwie opcje:

• zastosowanie przekaźników napięciowych KV, które można dostosować do różnych napięć uruchamiających (ryc. 4, a);
• za pomocą styczników KM połączonych przez rezystory rozruchowe (ryc. 4, b). Styki zwierne przekaźnika KV1, KV2 doprowadzają napięcie do cewek styczników mocy KM2, KM3.

Ryż. 4. Obwody zasilające do podłączenia DPT za pomocą przekaźników napięciowych (a) i styczników (b) jako DCS

Ryż. 5. Obwód elektryczny (a) i obwód sterowania (b) DPT z automatyką rozruchu zależną od prędkości. Linie przerywane przedstawiają obwód, w którym do pomiaru napięcia używane są przekaźniki napięciowe KV1, KV2.

Kontrola w bieżącej funkcji. Ta zasada sterowania jest realizowana za pomocą przekaźników podprądowych, które włączają styczniki mocy, gdy prąd osiągnie wartość I1 (ryc. 6, b). Najczęściej stosuje się go do rozruchu ze zwiększoną prędkością przy osłabieniu strumienia magnetycznego.

Ryż. 6. Schemat połączeń (a) i zależność Ф, Ia = f (t) (b) podczas uruchamiania silnika prądu stałego w zależności od prądu

Gdy prąd rozruchowy (Rp2 jest zwarty) przekaźnik KA jest zasilany, a cewka KM4 jest zasilana przez styk KA.Gdy prąd twornika spadnie do prądu wstecznego, stycznik KM4 zamyka się i strumień magnetyczny maleje (Rreg jest wprowadzany do obwodu uzwojenia pola LOB). W tym przypadku prąd twornika zaczyna rosnąć (szybkość zmian prądu twornika jest wyższa niż szybkość zmian strumienia magnetycznego).

Kiedy Iya = Iav zostaje osiągnięte w punkcie t1, przekaźniki KA i KM4 są aktywowane i następuje manipulacja Rreg. Proces zwiększania i zmniejszania strumienia Ia rozpocznie się w czasie t2, kiedy statek kosmiczny i KM4 wyłączą się. Przy tych wszystkich komutacjach M> Ms i silnik elektryczny będą przyspieszać. Proces rozruchu kończy się, gdy wielkość strumienia magnetycznego zbliży się do wartości zadanej określonej przez wprowadzenie rezystancji Rreg w obwód cewki wzbudzenia i gdy przy następnym rozłączeniu KA, KM4 prąd twornika nie osiągnie Iav ( punkt ty). Ta zasada sterowania nazywana jest wibracją.

Automatyka sterowania hamulcami DPT

W tym przypadku obowiązują te same zasady, co w przypadku automatyzacji startupów. Celem tych obwodów jest odłączenie silnika elektrycznego od sieci przy prędkości równej lub bliskiej zeru. Najprościej można to rozwiązać hamowaniem dynamicznym, wykorzystując zasady czasu lub prędkości (rys. 7).

Ryż. 7. Obwód elektryczny (a) i obwód sterujący (b) hamowanie dynamiczne

Podczas uruchamiania wciskamy SB2 i napięcie jest dostarczane do cewki KM1, podczas gdy: manipuluje się przyciskiem SB2 (KM1.2), podaje się napięcie na twornik silnika (KM1.1), obwód zasilania KV ( KM1.3 ) otwiera się.

Podczas zatrzymywania wciskamy SB1, gdy twornik jest odłączony od sieci, KM1.3 zamyka się, a przekaźnik KV jest aktywowany (ponieważ w momencie wyłączenia jest w przybliżeniu równy Uc i maleje wraz ze spadkiem prędkości). Napięcie jest podawane do cewki KM2, a RT jest podłączony do twornika silnika. Gdy prędkość kątowa jest bliska zeru, zwora przekaźnika KV znika, KM2 zostaje odłączony od zasilania, a RT zostaje wyłączony. Przekaźnik KV w tym obwodzie musi mieć jak najmniejszy współczynnik sprzężenia zwrotnego, ponieważ tylko wtedy możliwe jest osiągnięcie hamowania do minimalnej prędkości.

Kiedy silnik jest odwrócony, stosowane jest hamowanie przeciwbieżne, a zadaniem obwodu sterującego jest wprowadzenie dodatkowego stopnia rezystancyjnego, gdy zostanie wydany rozkaz do tyłu, i obejście go, gdy prędkość silnika jest bliska zeru. Najczęściej do tych celów wykorzystuje się sterowanie w funkcji prędkości (rys. 8).

Ryż. 8. Obwód elektryczny (a), obwód sterowania (b) i charakterystyki hamowania (c) hamowania wstecznego DPT

Rozważ obwód bez bloku automatyzacji uruchamiania. Pozwól silnikowi elektrycznemu pracować „do przodu” w naturalny sposób (w tym KM1, przyspieszenie nie jest brane pod uwagę).

Naciśnięcie przycisku SB3 wyłącza KM1 i włącza KM2. Biegunowość napięcia przyłożonego do twornika jest odwrócona. Styki KM1 i KM3 są otwarte, impedancja jest wprowadzana do obwodu twornika. Pojawia się prąd rozruchowy i silnik przechodzi do charakterystyki 2, zgodnie z którą następuje hamowanie. Przy prędkości bliskiej zeru przekaźnik KV1 i stycznik KM3 powinny się włączyć. Stopień Rpr jest manipulowany i rozpoczyna się przyspieszanie w przeciwnym kierunku zgodnie z charakterystyką 3.

Charakterystyka obwodów sterowania silnikiem indukcyjnym (IM).

1. Przekaźniki kontroli prędkości indukcyjnej (RKS) są często używane do sterowania hamowaniem (zwłaszcza wstecznym).

2. W przypadku IM z uzwojonym wirnikiem stosuje się przekaźniki napięciowe KV, które są wyzwalane przez różne wartości EMF wirnika (ryc. 9). Przekaźniki te są włączane przez prostownik, aby wykluczyć wpływ częstotliwości prądu wirnika na rezystancję indukcyjną cewek samego przekaźnika (ze zmianą zmian XL i Iav, Uav), zmniejszając współczynnik powrotu i zwiększając niezawodność działania.

Ryż. 9. Odwrotny schemat zatrzymania ciśnienia krwi

Zasada działania: przy dużej prędkości kątowej wirnika silnika elektrycznego pole elektromagnetyczne indukowane w jego uzwojeniach jest niewielkie, ponieważ E2s = E2k · s, a poślizg s jest znikomy (3–10%). Napięcie przekaźnika KV nie jest wystarczające do pociągnięcia jego twornika. W odwrotnym kierunku (KM1 otwiera się, a KM2 zamyka), kierunek wirowania pola magnetycznego w stojanie jest odwrócony. Zadziała przekaźnik KV, otwiera obwód zasilania styczników KMP i KMT, a do obwodu wirnika wprowadzane są rezystancje rozruchu Rп i hamowania Rп. Przy prędkości bliskiej zeru przekaźnik KV wyłącza się, KMT zamyka się, a silnik przyspiesza w przeciwnym kierunku.