Принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей.

Наибольшее распространение во всех отраслях промышленности получили электроприводы, относящиеся к первой группе классификации по функциональному назначению и обеспечивающие автоматическое управление процессами пуска, торможения и реверса двигателей. Их долевое участие в общем количестве использующихся в Украине электроприводов превышает 80%. В таких системах применяют контактные и бесконтактные электрические аппараты релейного действия. В силовых цепях, которые питают обмотки двигателей, используются электромагнитные контакторы переменного и постоянного тока, электромагнитные пускатели, тиристорные переключатели. В цепях управления различные реле времени, напряжения, тока, частоты, мощности и др. Команды на выполнение той или иной операции подаются с помощью кнопочных постов управления и т.п. Кроме этого сигналы на пуск, остановку, реверсирование или изменение скорости двигателя могут поступить в систему управления от путевых или конечных выключателей, датчиков давления, температуры и других датчиков, контролирующих работу технологических машин.

В рассматриваемой группе электроприводов автоматизация процесса пуска наиболее просто осуществляется для АД с короткозамкнутым ротором: после подачи команды на пуск операции управления сводятся к включению обмоток двигателя на полное напряжение сети, т.е. к прямому пуску двигателя. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели большой мощности (больше 100кВт) запускаются при пониженном напряжении.

При пуске ДПТ и АД с фазным ротором автоматически выключаются ступени пускового реостата из цепи протекания тока якоря или ротора соответственно.

Автоматизация процесса торможения работающего двигателя при любом виде электрического торможения предусматривает выполнение двух основных операций управления: 1 – после подачи команды на торможение совершаются переключения в силовых цепях двигателя, приводящие к изменению направления вращающего момента двигателя, т.е. делающие его тормозным; 2 – в конце торможения при скорости близкой к нулю, двигатель, тормозящийся для остановки , отключается от сети и затормаживается механическим тормозом. В другом случае в главных цепях производятся переключения, необходимые для реверса двигателя, т.е. для разгона в противоположном направлении.

Системы автоматического управления пуском, торможением и реверсом, реализующие указанные ранее операции, конструктивно выполняют в виде комплектных стандартизованных устройств – станций управления. Кроме названного, станции управления обеспечивают возможность регулирования скорости двигателя, т.е. различные по величине скорости установившегося режима работы двигателя. На станциях управления устанавливаются аппараты электрической защиты главных цепей и цепей управления двигателем, командоаппараты, пускорегулировочные и тормозные резисторы, токоограничивающие реакторы и другие элементы располагают чаще всего вне станций управления.

У электрических аппаратов станций управления предусмотрены запасные контакты, которые могут быть использованы для сигнализации и различных блокировок. Возможно также подключение в цепи управления станций контактов конечных выключателей, технологических датчиков и аппаратов других автоматических устройств.

В электрических схемах станций управления широко применяются типовые узлы управления и защиты. Принципы построения типовых узлов рассмотрим на примере реостатного пуска ДПТ с независимым возбуждением с двумя ступенями пускового сопротивления. Схема включения двигателя приведена на рис. 3.1а, диаграмма скорости двигателя ω и тока якоря I_Я – на рис.3.1б.

В первую очередь подключается к источнику напряжения U_В обмотка возбуждения LM. Ток возбуждения I_В, протекая по LM, создает магнитный поток Ф. после этого к источнику якорного напряжения U подключается якорная цепь двигателя.

При разомкнутых контактах контакторов ускорения КУ1 и КУ2 в момент времени t=0 замыкается контакт контактора линейного КЛ. Пусковый ток якоря I_Я1 протекает по обеим ступеням пускового сопротивления R_ДП1 и R_ДП2. Если величина пускового сопротивления R_П=R_ДП1+R_ДП2 выбрана правильно, то пусковой ток не будет превышать допустимого значения I_Я1≤I_{Я доп}≤2,5I_{Я н}. На якорь двигателя при скорости ω=0 начинает действовать пусковой момент М_П. Если М_П больше момента сопротивления М_с, момент динамический имеет положительную величину М_Д>0, то в соответствии с уравнением движения электропривода при пуске , величина углового ускорения будет положительна и скорость вращения якоря двигателя ω будет возрастать.

Рис. 3.1. а) схема включения двигателя;

б) диаграмма скорости двигателя ω и тока якоря I_Я.

В обмотке якоря двигателя, вращающейся в магнитном потоке Ф, будет находиться э.д.с. вращения Е=кωФ. Как следует из схемы включения двигателя на рис. 3.1а, э.д.с. вращения Е по отношению к источнику якорного напряжения U направлена встречно. Поэтому с увеличением ω будет увеличиваться Е и уменьшаться якорный ток . С уменьшением I_Я будет уменьшаться и вращающий момент двигателя М=кФI_Я. Это, в свою очередь приведет к уменьшению динамического момента

М_Д=М-М_с и скорости ω. Как следует из диаграммы на рис. 3.1б по истечении промежутка времени Δt₁ двигатель достиг скорости ω₁, а якорный ток величины I_Я2. Вращающий момент двигателя М стал равным М_с, т.е. М_Д=0 и поэтому увеличение скорости вращения якоря двигателя прекратилось. Двигатель из переходного режима работы с при ω=ω₁ перешел в установившийся режим с .

Для того, чтобы продолжить разгон, необходимо замкнуть контакт первого контактора ускорения R_ДП1 КУ1 и зашунтировать первую ступень пускового сопротивления R_ДП1. При этом якорный ток практически мгновенно увеличится до значения I_Я1, что приведет к появлению положительного М_Д и росту скорости. По истечении промежутка времени Δt₂ двигатель достигнет скорости ω₂, а якорный ток уменьшится до величины I_Я2. Двигатель перейдет в установившийся режим работы со скоростью ω₂. Для продолжения разгона необходимо замкнуть контакт второго контактора ускорения КУ2 и зашунтировать R_ДП2. Вновь увеличится I_Я, появится М_Д>0 и продолжится рост скорости, который прекратится при М=М_с.

Из графиков изменения во времени скорости и тока ДПТ при реостатном пуске с 2 ступенями пускового сопротивления видно, что автоматическое выключение (шунтирование) ступеней пускового сопротивления должно производиться:

1. через определенные промежутки времени (Δt₁, Δt₂);

2. при определенных значениях скорости (ω₁, ω₂);

3. при определенной величине тока I_Я2.

Таким образом, автоматическое управление пуском, суть которого заключается в шунтировании ступеней пускового реостата, может быть осуществлен:

1 – в функции времени;

2 – в функции скорости;

3 - в функции тока.

Управление в функции времени предполагает наличие в схеме автоматического управления реле времени, настраиваемых на отсчет заданных выдержек времени.

Управление в функции скорости производится при помощи реле, контролирующих скорость двигателя непосредственно или косвенно.

Управление в функции тока реализуется применением реле минимального тока. Все аппараты подают команды на включение контакторов ускорения.

Управление торможением может производиться в функции тех же самых величин и средств автоматизации, что и при пуске.

Все сказанное справедливо для ДПТ с последовательным возбуждением и АД с фазным ротором.