Obwody sterowania silnikami w funkcji czasu
Ten rodzaj sterowania jest stosowany, gdy wszystkie przełączenia w obwodzie elektrycznym silnika elektrycznego odbywają się w określonych momentach, na przykład podczas automatyzacji procesu uruchamiania silników elektrycznych bez monitorowania prędkości lub prądu. Czas trwania przerw jest określony i można go regulować za pomocą ustawień przekaźnika czasowego.
Sterowanie czasowe zyskało największe rozpowszechnienie w branży ze względu na prostotę i niezawodność masowej produkcji elektromagnetycznych i elektronicznych przekaźników czasowych.
A więc z rys. 1, aib widać, że zamykając styk K stycznika liniowego, cała rezystancja reostatu jest zawarta w obwodzie twornika, równa R1 + R2 + R3, oraz włączenie sekcji rezystancji rozruchowej może wystąpić w określonych odstępach czasu t1, t2 i t3 przy określonych prędkościach obrotowych silnika n1, n2, n3 oraz gdy prąd rozruchowy spadnie do ustawionej wartości I2. Przedziały czasowe dobiera się tak, aby przy każdym kolejnym zwarciu rezystancji prąd silnika nie przekraczał dopuszczalnej wartości I1.
Gdy silnik przyspiesza od n = 0 do n1, prąd spada do I2 w wyniku wzrostu tylnej siły elektromotorycznej. Po upływie czasu t1 styk K1 zamyka się, bocznikując rezystancję R1, co prowadzi do zmniejszenia rezystancji reostatu do R2 + R3, nowego wzrostu prądu do I1 itp. Pod koniec rozruchu silnik przyspiesza do prędkości znamionowej, reostat rozruchowy jest całkowicie usunięty.
Ryż. 1. Obwody sterowania silnikami w funkcji czasu: a — opornik rozruchowy silnika prądu stałego, b — schemat rozruchu
Rozważ niektóre obwody sterowania silnikiem jako funkcję czasu.
W sterowaniu czasowym silnika indukcyjnego z uzwojonym wirnikiem (rys. 2) zwłokę czasową potrzebną do zwarcia poszczególnych stopni reostatu rozruchowego zapewniają wahadłowe przekaźniki czasowe, których liczba jest równa liczbie kroki. Schemat działa w następujący sposób.
Ryż. 2. Obwód sterowania w funkcji czasu silnika indukcyjnego z wirnikiem uzwojonym
Kiedy klikniesz przycisk SB1 otrzymuje zasilanie do cewki stycznika na linii KM, która łączy stojan silnika z siecią. W tym samym czasie reostat wyjściowy jest w pełni wprowadzony. Wraz ze stycznikiem włącza się przekaźnik czasowy KT1, który po pewnym czasie zamyka styk w obwodzie cewki stycznika KM1.
Stycznik działa i zamyka pierwszą sekcję reostatu, aby uruchomić wirnik. W tym samym czasie włącza się przekaźnik czasowy KT2, który z opóźnieniem zamyka styki i włącza cewkę KM2 oraz przekaźnik czasowy KTZ. Styki stycznika KM2 zwierają drugi stopień KM2 reostatu rozruchowego.Ponadto, z opóźnieniem czasowym, wyzwalany jest styk przekaźnika KTZ, włączając uzwojenie KMZ, co powoduje zwarcie ostatniego stopnia reostatu rozruchowego KMZ, a silnik kontynuuje pracę w przyszłości, podobnie jak w przypadku wirnik wiewiórki.
Silnik jest zatrzymywany przez naciśnięcie przycisku SB, aw przypadku przeciążenia silnik jest wyłączany przez zwolnienie przełącznika QF. Spowoduje to wyłączenie stycznika sieciowego, jego styku pomocniczego KM oraz wszystkich styczników przyspieszenia i przekaźników czasowych bez opóźnienia. Łańcuch jest gotowy do następnego cyklu.
Aby uruchomić prędkość obrotową biegu jałowego silnika indukcyjnego o zwiększonej mocy z przełączeniem uzwojenia stojana z gwiazdy na trójkąt, można skorzystać ze schematu na ryc. 3. Przełączanie w tym obwodzie odbywa się automatycznie w funkcji czasu.Naciśnięcie przycisku SB2 powoduje włączenie uzwojenia stojana do sieci za pomocą stycznika KM. Jednocześnie przekaźnik czasowy KT i cewka KY są podłączone do sieci, która łączy uzwojenie stojana z gwiazdą za pomocą trzech styków w obwodzie mocy.
Ryż. 3. Obwód sterowania w funkcji czasu silnika indukcyjnego poprzez przełączenie z Y na Δ
Silnik uruchamia się i przyspiesza przy obniżonym napięciu. Po zadanym czasie przekaźnik KT wyłącza stycznik KY i załącza cewkę stycznika KΔ łączącego uzwojenie stojana z trójkątem. Ponieważ w obwodzie cewki K∆ występuje styk pomocniczy KY, zamknięcie stycznika K∆ nie może nastąpić przed zamknięciem stycznika KMY.
Stopniowe uruchamianie wielobiegowych silników indukcyjnych jest bardziej ekonomiczne i odbywa się w funkcji czasu.Rozważmy przykład uruchamiania krok po kroku silnika dwubiegowego z jednym uzwojeniem (ryc. 4). Uzwojenie stojana przechodzi od trójkąta do podwójnej gwiazdy z podwójną prędkością.
Ryż. 4. Obwód sterowania w funkcji czasu rozruchu kroku silnika indukcyjnego
Silnik jest włączany przez stycznik KM do pierwszego stopnia prędkości i przez styczniki KM2 i KM1 do drugiego stopnia. Aby włączyć silnik na pierwszą prędkość, naciśnięcie przycisku SB2 włącza cewkę stycznika KM i jego styki mocy KM w obwodzie głównym. Uzwojenie stojana połączone w trójkąt jest podłączone do sieci. Cewka przekaźnika czasowego KT jest zasilana, a jego styk zwierny (w obwodzie cewki KM) jest zwarty.
Stopniowe uruchamianie silnika przy drugiej prędkości obrotowej odbywa się za pomocą przekaźnika pośredniego K, którego obwód jest zamykany przyciskiem startowym SB3. Styki zamykające K omijają dwa przyciski startu, a styk otwierający K odłącza zasilanie przekaźnika czasowego KT. Styk zamykający KT w obwodzie cewki KM wyłącza się z opóźnieniem powrotu, dzięki czemu cewka KM w pierwszym okresie rozruchu okazuje się być zamknięta, a silnik włącza się z pierwszą prędkością.
Styk bloku KM w obwodzie cewki KM2 i KM1 otwiera się. Cewki te są również odłączane od styku otwartego KT, który jest opóźniony po powrocie. Po pewnym czasie styk zamykający KT wyłączy cewkę KM, a jego styk otwierający załączy cewki styczników drugiej prędkości obrotowej KM1 i KM2. Ich główne styki w obwodzie zasilającym przełączą uzwojenie stojana na gwiazdę podwójną i podłączą go do sieci.
Dlatego silnik najpierw przyspiesza do pierwszego biegu, a następnie automatycznie przełącza się na drugi bieg. Należy zauważyć, że wstępne połączenie uzwojenia stojana z podwójną gwiazdą i późniejsze włączenie do sieci odbywa się najpierw poprzez włączenie dwóch styków zamykających zasilacza KM2, a następnie trzech zamykających styków głównych KM1. Taką sekwencję przełączania uzyskuje się przez to, że cewka KM1 jest podłączona do napięcia poprzez styk bloku zamykającego KM2. Silnik zatrzymuje się, naciskając przycisk «Stop», oznaczony na schemacie literą SB1.
na ryc. 5 przedstawia schemat automatycznego rozruchu silnika prądu stałego o wzbudzeniu równoległym w funkcji czasu. Zamykając wyłącznik automatyczny QF, silnik jest przygotowany do rozruchu. Prąd przepływa przez obwód składający się z uzwojenia przekaźnika czasowego KT1, twornika silnika M oraz dwóch stopni opornika rozruchowego R1 + R2.
Ryż. 5. Obwód sterowania w funkcji czasu wzbudzonego silnika prądu stałego
Ze względu na dużą rezystancję cewki przekaźnika KT1 prąd w tym obwodzie jest bardzo mały i nie ma wpływu na silnik, ale sam przekaźnik zostaje wyzwolony i jego otwarty styk w obwodzie stycznika KM1 otwiera się. W cewce drugiego przekaźnika czasowego KT2, połączonej równolegle z rezystancją R1, rozgałęzia się tak mały prąd, że nie można go włączyć. Włącza się również uzwojenie pola LM silnika.
Uruchomienie silnika następuje po naciśnięciu przycisku SB2.Jednocześnie zostaje załączony stycznik KM i jego styk w obwodzie twornika silnika. Duży prąd rozruchowy jest ograniczony przez dwa stopnie reostatu R1 i R2.Część tego prądu jest rozgałęziona do cewki przekaźnika KT2 i po uruchomieniu otwiera swój styk KT2 w obwodzie stycznika KM2. Równocześnie z zamknięciem obwodu twornika M styk roboczy stycznika KM zwiera cewkę przekaźnika KT1.
Po pewnym czasie, gdy przekaźnik powróci, KT1 zamknie swój styk KT1 w obwodzie stycznika KM1. Stycznik ten ze swoim stykiem roboczym KM1 zwiera pierwszy stopień R1 opornika rozruchowego i uzwojenie przekaźnika czasowego KT2. Z opóźnieniem powrotu, jego styki robocze KT2 włączą stycznik KM2, który swoimi stykami roboczymi KM2 zwiera drugi stopień R2 reostatu rozruchowego. To kończy uruchamianie silnika.
Po naciśnięciu przycisku SB1 stycznik KM wyłączy się i rozłączy swój główny styk w obwodzie twornika. Zwora pozostaje pod napięciem, ale okazuje się, że jest połączona szeregowo z cewką przekaźnika KT1, dzięki czemu przepływa przez nią mały prąd. Przekaźnik KT1 zadziała, otworzy swój styk w obwodzie styczników KM1 i KM2, wyłączą się i otworzą swoje styki, zwarcie rezystancji R1 i R2. Silnik zatrzyma się, ale jego uzwojenie wzbudzenia pozostaje podłączone do sieci, dzięki czemu silnik jest przygotowany do następnego uruchomienia. Całkowite wyłączenie silnika następuje poprzez wyłączenie automatycznego wyłącznika wejściowego BB.
Dynamiczne hamowanie silników jest również realizowane w funkcji czasu. W przypadku hamowania dynamicznego, na przykład silnika indukcyjnego, uzwojenie stojana jest odłączone od sieci prądu przemiennego i zgodnie z jednym ze schematów przedstawionych w tabeli 1 jest podłączone do źródła prądu stałego.W leśnictwie i przemyśle drzewnym prąd stały uzyskuje się ze specjalnych prostowników półprzewodnikowych. W tym przypadku nie ma potrzeby stosowania specjalnego źródła prądu stałego.
Gdy uzwojenie stojana jest włączone zgodnie z jednym ze schematów (patrz tabela 1), w uzwojeniu do prostownika powstaje stacjonarne pole magnetyczne. W nieruchomym polu wirnik silnika nadal obraca się dzięki bezwładności. W takim przypadku w wirniku silnika powstanie zmienne pole elektromagnetyczne i prąd, które wzbudzą zmienne pole magnetyczne. Zmieniające się pole magnetyczne wirnika podczas interakcji z nieruchomym polem stojana wytwarza moment hamujący. W tym przypadku zmagazynowana energia kinetyczna z wirnika i napędu jest zamieniana w obwodach wirnika na energię elektryczną, a ta na ciepło.
Energia cieplna jest rozpraszana z obwodu wirnika do otoczenia. Ciepło wytwarzane w wirniku nagrzewa silnik. Ilość wydzielanego ciepła zależy od prądu w uzwojeniu stojana, gdy jest on zasilany prądem stałym. W zależności od przyjętego schematu załączania uzwojenia stojana, gdy jest ono zasilane prądem stałym, stosunek prądu do prądu fazowego stojana będzie różny. Stosunki tych prądów dla różnych schematów przełączania pokazano w tabeli. 1
Obwód hamowania dynamicznego silnika indukcyjnego pokazano na ryc. 6.
Ryż. 6. Schemat hamowania dynamicznego silnika indukcyjnego
Po naciśnięciu przycisku startu SB1 stycznik linii KM włącza silnik do sieci prądu przemiennego, a jego zwierny styk blokowy przełącza cewkę KM na samozasilanie.Zestyk otwierający KM rozłącza obwód zasilania stycznika hamulca KM1 i przekaźnika czasowego KT. Po naciśnięciu przycisku SB stycznik linii KM zostaje odłączony od napięcia, a obwód cewki stycznika KM1 zostanie zasilony.
Stycznik KM1 włącza swoje styki KM1 w obwód transformatora T i prostownika V, w wyniku czego uzwojenie stojana będzie zasilane prądem stałym. Aby zapobiec przypadkowemu niezależnemu przełączaniu stycznika sieciowego, styk otwierający bloku KM1 jest połączony szeregowo z jego cewką KM.Jednocześnie ze stycznikiem hamulca włączany jest przekaźnik czasowy KT, który jest skonfigurowany tak, że jego otwarty styk KT wyłączyć cewkę KM1 i przekaźnik czasowy po określonym czasie. Nastawę przekaźnika czasowego KT dobiera się tak, aby czas zadziałania przekaźnika tkt był równy sumie czasu hamowania silnika tT i prawidłowego czasu zadziałania stycznika KM1.