Релейно контакторные схемы управления двигателями постоянного тока

Схемы автоматического управления пуском и торможением двигателей постоянного тока

Пуск любого двигателя сопровождается определенными переключениями в силовой цепи и цепи управления. При этом используются релейно-контакторные и бесконтактные аппараты. Для двигателей постоянного тока в целях ограничения пусковых токов в цепи роторов и якорей двигателей включаются пусковые резисторы, которые при разгоне двигателей по ступеням выключаются. Когда пуск закончится, пусковые резисторы полностью шунтируются.

Процесс торможения двигателей также может быть автоматизирован. После команды на торможение с помощью релейно-контакторной аппаратуры осуществляются необходимые переключения в силовых цепях. При подходе к скорости, близкой к нулю, двигатель отключается от сети. В процессе пуска выключение ступеней происходит через определенные интервалы времени либо в зависимости от других параметров. При этом изменяются ток и скорость двигателя.

Управление пуском двигателя осуществляется в функции ЭДС (или скорости), тока, времени и пути.

Типовые узлы и схемы автоматического управления пуском двигателей постоянного тока

Пуск двигателя постоянного тока параллельного или независимого возбуждения осуществляется с резистором, введенным в цепь якоря. Резистор необходим для ограничения пускового тока. По мере разгона двигателя пусковой резистор по ступеням выводится. Когда пуск закончится, резистор будет полностью зашунтирован, и двигатель перейдет работать на естественную механическую характеристику (рис. 1). При пуске двигатель разгоняется по искусственной характеристике 1, затем 2, а после шунтирования резистора — по естественной характеристике 3.

Рис. 1. Механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения (ω — угловая скорость вращения; I1 М1 — пиковый ток и момент двигателя; I2 М2 — ток и момент переключения)

Рассмотрим узел схемы пуска двигателя постоянного тока (ДПТ) в функции ЭДС (рис. 2).

Рис. 2. Узел схемы пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции ЭДС

Управление в функции ЭДС (или скорости) осуществляется реле, напряжения и контакторами. Реле напряжения настроены на срабатывание при различных значениях ЭДС якоря. При включении контактора КМ1 напряжение на реле KV в момент пуска недостаточно для срабатывания. По мере разгона двигателя (вследствие роста ЭДС двигателя) срабатывает реле KV1, затем KV2 (напряжения срабатывания реле имеют соответствующие значения); они включают контакторы ускорения КМ2, КМЗ, и резисторы в цепи якоря шунтируются (цепи включения контакторов на схеме не показаны; LM — обмотка возбуждения).

Рассмотрим схему пуска двигателя постоянного тока в функции ЭДС (рис. 3). Угловая скорость двигателя часто фиксируется косвенным путем, т.е. измерением величин, связанных со скоростью. Для двигателя постоянного тока такой величиной является ЭДС. Пуск осуществляется следующим образом. Включается автоматический выключатель QF, обмотка возбуждения двигателя подключается к источнику питания. Срабатывает реле КА и замыкает свой контакт.

Остальные аппараты схемы остаются в исходном положении. Для пуска двигателя необходимо нажать кнопку SB1 «Пуск», после чего контактор КМ1 срабатывает и подключает двигатель к источнику питания. Контактор КМ1 становится на самопитание. Двигатель постоянного тока разгоняется с резистором R цепи якоря двигателя.

По мере увеличения скорости двигателя растет его ЭДС и напряжение на катушках реле KV1 и KV2. При скорости ω1 (см. рис. 1.) срабатывает реле KV1. Оно замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который срабатывает и закорачивает своим контактом первую ступень пускового резистора. При скорости ω2 срабатывает реле KV2. Своим контактом оно замыкает цепь питания контактора КМЗ, который, срабатывая, контактом закорачивает вторую пусковую ступень пускового резистора. Двигатель выходит на естественную механическую характеристику и заканчивает разбег.

Рис. 3. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции ЭДС

Для правильной работы схемы необходимо настроить реле напряжения KV1 на срабатывание при ЭДС, соответствующей скорости ω1, и реле KV2 на срабатывание при скорости ω2.

Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2 «Стоп». Для обесточивания схемы нужно отключить автоматический выключатель QF.

Управление в функции тока осуществляется с помощью реле тока. Рассмотрим узел схемы пуска двигателя постоянного тока в функции тока. В схеме, приведенной на рис. 4, применяются реле максимального тока, которые срабатывают при пусковом токе I1 и отпадают при минимальном токе I2 (см. рис. 1). Собственное время срабатывания токовых реле должно быть меньше собственного времени срабатывания контактора.

Рис. 4. Узел схемы пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции тока

Разгон двигателя начинается при резисторе, полностью введенном в цепь якоря. По мере разгона двигателя ток уменьшается, при токе I2 реле КА1 отпадает и своим контактом замыкает цепь питания контактора КМ2, который своим контактом шунтирует первую пусковую ступень резистора. Аналогично осуществляется закорачивание второй пусковой ступени резистора (реле КА2, контактор КМЗ). Цепи питания контакторов на схеме не показаны. По окончании пуска двигателя резистор в цепи якоря будет зашунтирован.

Читайте также:  Экспертиза показала что номер двигателя

Рассмотрим схему пуска двигателя постоянного тока в функции тока (рис. 5). Сопротивления ступеней резистора выбираются таким образом, чтобы в момент включения двигателя и шунтирования ступеней ток I1 в цепи якоря и момент М1 не превосходили допустимого уровня.

Пуск двигателя постоянного тока осуществляется включением автоматического выключателя QF и нажатием кнопки SB1 «Пуск». При этом срабатывает контактор КМ1 и замыкает свои контакты. По силовой цепи двигателя проходит пусковой ток I1, под действием которого срабатывает реле максимального тока КА1. Его контакт размыкается, и контактор КМ2 не получает питания.

Рис. 5. Схема пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции тока

Когда ток уменьшается до минимального значения I2, реле максимального тока КА1 отпадает и замыкает свой контакт. Срабатывает контактор КМ2 и своим главным контактом шунтирует первую секцию пускового резистора и реле КА1. При переключении ток возрастает до значения I1.

При повторном увеличении тока до значения I1 контактор КМ1 не включается, поскольку его катушка зашунтирована контактом КМ2. Под действием тока I1 реле КА2 срабатывает и размыкает свой контакт. Когда в процессе ускорения ток вновь уменьшается до значения I2, реле КА2 отпадает и включается контактор КМЗ. Пуск заканчивается, двигатель работает на естественной механической характеристике.

Для правильной работы схемы необходимо, чтобы время срабатывания реле КА1 и КА2 было меньше времени срабатывания контакторов. Чтобы остановить двигатель, необходимо нажать кнопку SB2 «Стоп» и выключить автоматический выключатель QF для обесточивания схемы.

Управление в функции времени осуществляется с помощью реле времени и соответствующих контакторов, которые своими контактами закорачивают ступени резистора.

Рассмотрим узел схемы пуска двигателя постоянного тока в функции времени (рис. 6). Реле времени КТ срабатывает сразу при появлении напряжения в схеме управления через размыкающий контакт КМ1. После размыкания контакта КМ1 реле времени КТ теряет питание и с выдержкой времени замыкает свой контакт. Контактор КМ2 через промежуток времени, равный выдержке реле времени, получает питание, замыкает свой контакт и шунтирует сопротивление в цепи якоря.

Рис. 6. Узел схемы пуска ДПТ параллельного возбуждения в функции времени

К достоинствам управления в функции времени относятся простота управления, стабильность процесса разгона и торможения, отсутствие задержки электропривода на промежуточных скоростях.

Рассмотрим схему пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции времени. На рис. 7 приведена схема нереверсивного пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Пуск происходит в две ступени. В схеме используются кнопки SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп», контакторы КМ1. КМЗ, электромагнитные реле времени КТ1, КТ2. Включается автоматический выключатель QF. При этом катушка реле времени КТ1 получает питание и размыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SB1 «Пуск». Контактор КМ1 получает питание и своим главным контактом подключает двигатель к источнику питания с резистором в цепи якоря.

Рис. 7. Схема нереверсивного пуска ДПТ в функции времени

Реле минимального тока КА служит для защиты двигателя от обрыва цепи возбуждения. При нормальной работе реле КА срабатывает и его контакт в цепи контактора КМ1 замыкается, подготавливая контактор КМ1 к работе. При обрыве цепи возбуждения реле КА обесточивается, размыкает свой контакт, затем обесточивается контактор КМ1 и двигатель останавливается. При срабатывании контактора КМ1 замыкается его блокировочный контакт и размыкается контакт КМ1 в цепи реле КТ1, которое обесточивается и замыкает свой контакт с выдержкой времени.

Через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ1, замыкается цепь питания контактора ускорения КМ2, который срабатывает и своим главным контактом закорачивает одну ступень пускового резистора. Одновременно получает питание реле времени КТ2. Двигатель разгоняется. Через промежуток времени, равный выдержке времени реле КТ2, контакт КТ2 замыкается, контактор ускорения КМЗ срабатывает и своим главным контактом закорачивает вторую ступень пускового резистора в цепи якоря. Пуск заканчивается, и двигатель переходит работать на естественную механическую характеристику.

Типовые узлы схем управления торможением двигателей постоянного тока

В системах автоматического управления двигателем постоянного тока применяется динамическое торможение, торможение противовключением и рекуперативное торможение.

При динамическом торможении необходимо обмотку якоря двигателя замкнуть на добавочное сопротивление, а обмотку возбуждения оставить под напряжением. Такое торможение можно осуществить в функции скорости и в функции времени.

Управление в функции скорости (ЭДС) при динамическом торможении можно выполнить по схеме, приведенной на рис. 8. При отключении контактора КМ1 якорь двигателя отключается от сети, но на его зажимах в момент отключения имеется напряжение. Реле напряжения KV срабатывает и замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2, который своим контактом замыкает якорь двигателя на резистор R.

Читайте также:  Какой двигатель на камаз 6460

При скорости, близкой к нулю, реле KV теряет питание. Дальнейшее торможение от минимальной скорости до полной остановки происходит под действием статического момента сопротивления. Для увеличения эффективности торможения можно применить две или три ступени торможения.

Рис. 8. Узел схемы автоматического управления динамическим торможением в функции ЭДС: а — силовая цепь; б — цепь управления

Динамическое торможение двигателя постоянного тока независимого возбуждения в функции времени осуществляется по схеме, приведенной на рис. 9.

Рис. 9. Узел схемы динамического торможения ДПТ независимого возбуждения в функции времени

При работе двигателя реле времени КТ включено, но цепь контактора торможения КМ2 разомкнута. Для торможения необходимо нажать кнопку SB2 «Стоп». Контактор КМ1 и реле времени КТ теряют питание; срабатывает контактор КМ2, так как контакт КМ1 в цепи контактора КМ2 замыкается, а контакт реле времени КТ размыкается с выдержкой времени.

На время выдержки реле времени контактор КМ2 получает питание, замыкает свой контакт и подключает якорь двигателя к добавочному резистору R. Осуществляется динамическое торможение двигателя. В конце его реле КТ после выдержки времени размыкает свой контакт и отключает контактор КМ2 от сети. Дальнейшее торможение до полной остановки осуществляется под действием момента сопротивления Мс.

При торможении противовключением ЭДС двигателя и напряжение сети действуют согласно. Для ограничения тока в силовую цепь вводится резистор.

Управление возбуждением электродвигателей постоянного тока

Обмотка возбуждения двигателя обладает значительной индуктивностью, и при быстром отключении двигателя на ней может возникнуть большое напряжение, что приведет к пробою изоляции обмотки. Для предотвращения этого можно использовать узлы схем, приведенные на рис. 10. Сопротивление гашения включается параллельно обмотке возбуждения через диод (рис. 10 ,б). Следовательно, после отключения ток через сопротивление проходит кратковременно (рис. 10, а).

Рис. 10. Узлы схем включения сопротивлений гашения: а — сопротивление гашения включается параллельно; б — сопротивление гашения включается через диод.

Защита от обрыва цепи возбуждения осуществляется с помощью реле минимального тока по схеме, показанной на рис. 11.

Рис. 11. Защита от обрыва цепи возбуждения: а — силовая цепь возбуждения; б— цепь управления

При обрыве обмотки возбуждения реле КА теряет питание и отключает цепь контактора КМ.

Источник

Релейно-контакторное управление электродвигателями

Назначение релейно-контакторного управления. Релейно-контакторное управление позволяет осуществить автоматический, дистанционный пуск, изменение частоты вращения, останов, реверсирование, торможение и защиту двигателя. Этот вид управления относится к разомкнутым системам в том смысле, что он не охвачен обратными связями.

В результате этого возмущающее воздействие (например, изменение нагрузки на валу двигателя) изменяет заданный режим, т.е. приводит к изменению частоты вращения вала двигателя.

Для сложных приводов применяют замкнутые системы, т.е. системы автоматического регулирования, охваченные обратными связями.

В таких системах поддерживается заданный режим работы при наличии возмущающих воздействий (изменение нагрузки, напряжения питания и т.д.).

Изображение схем релейно-контакторного управления. Схемы релейно-контакторного управления вычерчивают как совмещенные или как элементные (развернутые). В совмещенных схемах все элементы аппарата размещают на чертеже так, как они расположены в натуре. Монтажные схемы вычерчивают как совмещенные. Совмещенные схемы громоздки и сложны для чтения. При проектировании электропривода используют развернутые схемы, облегчающие понимание работы установки. На развернутой схеме элементы силовой цепи и управления показаны разнесенными, так же как контакты и обмотки реле.

При, этом контакты аппаратов изображают в положении, которое соответствует обесточенному состоянию обмоток. В соответствии с этим все контакты делят на нормально открытые, или замыкающие (3), и нормально закрытые, или размыкающие (Р).

Когда катушка обесточена, цепь замыкающих контактов разомкнута, а цепь размыкающих контактов замкнута.

Схема управления и защиты асинхронного двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя. Магнитный пускатель состоит из одного или двух контакторов, смонтированных на общем основании и помещенных в металлический корпус.

Пускатели, как правило, снабжают встроенным тепловым реле. Магнитный пускатель с одним контактором называют нереверсивным. С его помощью осуществляют пуск, останов, защиту электродвигателя от самопроизвольных включений и перегрузок.

Магнитный пускатель с двумя контакторами называют реверсивным: он помимо перечисленных функций обеспечивает реверсирование двигателя. Рассмотрим работу реверсивного магнитного пускателя (рис. 4).

Пускатель содержит два контактора: один для пуска «вперед» (Вп), другой — для пуска «назад» (Нз).

Читайте также:  Как узнать фазный ток двигателя

Защита двигателя от токов короткого замыкания осуществляется тремя плавкими предохранителями, а от перегрузок — двумя тепловыми реле: 1РТ и 2РТ. Обмотки статора двигателя подключают к сети через плавкие предохранители, рабочие контакты Вп или Нз контакторов и нагревательные элементы тепловых реле 1РТ и 2РТ (для двух фаз).

Работа схемы при пуске «вперед» происходит так.

Рис. 4 Схема реверсивного магнитного пускателя

При нажатии кнопки Вп замыкаются контакты 3, 4 и к обмотке контактора Вп подводится напряжение от зажимов сети Л1 — Л3. Контактор Вп срабатывает и замыкающие контакты Вп силовой цепи замыкаются, подключая обмотку статора к сети.

Одновременно замыкающий блок-контакт контактора Вп замыкается и цепь кнопки Вп шунтируется. Таким образом, кнопку Вп можно отпустить. Для останова двигателя необходимо нажать кнопку «Стоп».

При этом снимается напряжение с обмотки контактора Вп, в результате чего размыкаются его главные контакты и со статорных обмоток двигателя снимается напряжение. Одновременно размыкаются блок-контакты Вп, шунтирующие кнопку Вп. Так же работает схема и при пуске двигателя «назад» после нажатия кнопки Нз, с той лишь разницей, что срабатывает контактор Нз и последовательность подключения фаз статора становится обратной. Это приводит к изменению направления вращения ротора двигателя. Размыкающие контакты кнопки Вп 1, 2 и кнопки Нз 5, 6 размыкаются раньше, чем соответствующие замыкающие контакты 3, 4 и 7, 8. Это обеспечивает их взаимную блокировку и не позволяет подавать напряжение на обмотки контакторов Вп и Нз одновременно.

Схема автоматического пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами. Рассмотрим работу схемы рис. 5.

Обмотки статора двигателя присоединены к сети через замыкающие контакты линейного контактора ЛК. К обмоткам ротора подключены три одинаковых резистора, соединенных звездой.

Схема управления пуском состоит из реле ускорения 1У и 2У, токовых реле ускорения 1РТ и 2РТ и реле времени РВ.

Рис. 5 Схема автоматического пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами

При нажатии на кнопку «Пуск» к контактору ЛК подводится напряжение сети, контактор срабатывает, его главные контакты ЛК и блок-контакты БК замыкаются. В результате к обмоткам статора подводится напряжение, а кнопка «Пуск» оказывает заблокированной. В фазных обмотках ротора двигателя возникают ЭДС и ток, а ротор начинает вращаться.

Под действием тока ротора, проходящего через сопротивление и обмотки реле 1РТ и 1РТ, эти реле срабатывают и размыкают свои контакты 1РТ и 1РТ. Одновременно с подачей напряжения на статор двигателя подается питание на обмотку реле времени РВ, которое замыкает свои контакты спустя некоторое время после размыкания контакторов 1РТ и 2РТ, готовя цепь для подключения обмоток реле ускорения 1У и 2У.

По мере увеличения частоты вращения ротора его фазный ток уменьшается и достигает тока отпускания реле 1РТ, которое замыкает свои контакты, и к обмотке реле подводится напряжение.

Реле срабатывает и замыкает свои главные контакты, шунтирующие сопротивления.

В результате ток в роторе увеличивается скачком и реле 2РТ продолжает удерживать свои контакты в разомкнутом состоянии. Блок-контакты блокируют цепь контактов реле 1РТ.

Частота вращения ротора продолжает нарастать и ток в роторе уменьшается, достигая тока отпускания реле 2РТ.

Контакты реле 2РТ замыкаются и на обмотку реле 2У подается напряжение. Последнее срабатывает, замыкая свои контакты 2У, которые шунтируют резисторы.

Блок-контакты 2У замыкаются, блокируя контакты реле 2РТ. Рассмотренная последовательность работы схемы обеспечивает плавный разгон двигателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Касаткин В.С., Немцов М.В., Электротехника. — М.; Энергоатомиздат, 2000.

2. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985.

3. Основы теории цепей; Учебник для ВУЗов. /В.П. Бакалов и др. 2-ое изд. перераб. и доп. – М.; 2000.

4. Сборник задач по электротехнике и основам электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.

5. Прянишников В.А. Электроника. — СПб; Корона принт, 2002.

6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.- М.: Мир, 1997.

7. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.

1. Алексеенко А.Г., Шагурин Н.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.

2. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Попов В.П., Основы теории цепей.- Учебник для ВУЗов.- 3-е изд. испр.-М.: Высшая школа, 2000.

4. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. в 2-х томах, Под ред. Д.И. Панфилова ДОДЭКА, 1999.-т.1-Электроника.

5. Электротехника/Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

Источник