Тема 2.2 Бесконтактные схемы управления ЭП

2.2.1. Изображение схем управления с бесконтактными элементами

Изображение схем управления с бесконтактными логическими элементами отличаются от изображения схем с релейно - контакторным управлением. Электромеханические реле и контакторы имеют одну выходную цепь (втягивающую катушку) и несколько выходных цепей в виде замыкающих и размыкающих контактов. Бесконтактные логические элементы имеют несколько входных цепей, которые могут быть соединены или разъединены между собой электрически, и только одну выходную цепь или две инверсные выходные цепи. Поэтому не может быть механической заменой релейно-контакторной схемы на бесконтактную.

Кроме того цепи питания и цепи логических действий у схем РКУ неразрывны. У схем с бесконтактными логическими элементами они разные. Чтобы не затенять и не усложнять схемы с бесконтактными элементами, принято вспомогательные цепи, к которым относятся цепи питания коллекторов и смещения полупроводниковых элементов и усилителей, не изображать.

Структурная схема автоматической системы управления на логических элементах представлена на рисунке 2.1.19. Питание схемы осуществляется от источника ИП. Датчики входных сигналов ДС (пусковые кнопки, путевые и конечные выключатели, датчики давления, температуры, командоаппараты и т.п.) могут быть аналоговыми и дискретными. Аналоговые сигналы необходимо преобразовать в дискретные. Для согласования сигналов с входными параметрами логических элементов в схему вводятся согласующие элементы СЭ. Если мощность и выходные параметры логических элементов недостаточны для питания исполнительных устройств ИУ, в схему вводят усилители У.

Рис. 2.1.19. Структурная схема управления на логических

элементах.

Приведённые на рисунке 2.1.20. типовые узлы схем управления нереверсивными электроприводами отвечают приведённой структурной схеме. Для большей наглядности и лучшего понимания работы узлов с бесконтактными элементами приведены релейно- контакторные варианты.

Схема включения нереверсивного электромеханического пускателя показана на рисунке 2.1.20.а. Бесконтактная логика имеет выход на контактор КМ, катушка которого запитывается от усилителя У. Усилитель получает входной сигнал с выхода триггера Т. В исходном положении триггер обнулён, так как Х1=Х2=0. При нажатии Кн.П. Х1=1, следовательно, на выходе триггера появляется сигнал высокого уровня и катушка КМ получает питание, замыкает свои контакты в силовой цепи, подавая тем самым напряжение на статор двигателя М. При размыкании Кн.П. Х1=Х2=0 схема останется во включенном положении, т.к. триггер не получал входной сигнал Х2=1. Схема выключит двигатель только тогда, когда произойдёт размыкание Кн.С или РТ.

На рис. 2.1.20.б контактор КМ заменён тиристорным бесконтактным, и расшифрована схема триггера, которая представлена схемой на 2 логических элемента 2ИЛИ-НЕ.

Образцом для составления реверсивной схемы управления на бесконтактных элементах может послужить нереверсивная схема на рисунке

2.1.20.б. Для её реализации необходимо использовать логические элементы ИЛИ-НЕ вместо DD2. Таких элементов потребуется 2. Необходимы также 2 усилительных элемента У. Два выхода DD2 используются для реализации функций пуска и остановки, а третий - для блокировки от одновременного включения.

Попробуйте самостоятельно составить такую схему.

2.2.2. Схема БКРПУ для управления асинхронным двигателем с

короткозамкнутым ротором

При управлении АД с КЗР БКРПУ позволяет создать надёжный бесконтактный привод с хорошими динамическими свойствами. С помощью этого привода можно эффективно воздействовать на процессы разгона и замедления, осуществлять интенсивное торможение, точную остановку, реверсирование, отработку малых и установочных перемещений. Наряду с этим БКРПУ позволяет просто осуществлять ряд эффективных защит, которые трудно выполнить в контакторном электроприводе. Бесконтакторный электропривод может надёжно и безопасно работать в любой среде, в том числе и во взрывоопасной.

Разработаны и применяются в промышленности: нереверсивные ЭП с прямым пуском; нереверсивные с прямым пуском и устройством для динамического торможения и обеспечения безударного пуска АД с КЗР;

реверсивные с прямым пуском, с устройством динамического торможения, с обеспечением безударного пуска АД с КЗР;

нереверсивные с фазовым управлением;

нереверсивные с фазовым управлением, с устройством для динамического торможения с обеспечением плавного пуска;

реверсивные с фазовым управлением.

Рассмотрим некоторые из устройств.

1. Тиристорные пускатели серии ПТ.

Пускатели выпускаются в двух модификациях (нереверсивные и реверсивные). Они предназначены для дистанционного включения трехфазных двигателей напряжением 380 Вольт. Выпускают два типоразмера (на 16А-ПТ-16-380-45 и на 40-А-ПТ-40-380-45), каждый из которых имеет два исполнения: исполнение 1 предназначено для эксплуатации во взрывоопасных помещениях; исполнение 2 для общепромышленного применения.

Пускатели снабжены токовой защитой, срабатывающей при 9-10 кратном номинальном токе, и тепловой защитой от перегрузок при достижении температуры корпуса тиристора 105⁰С.

Тиристоры управляются широтно-импульсным методом, причем импульсы формируются из анодных напряжений. Если на аноде тиристора Vs1 положительная полуволна напряжения, то при замыкании контакта S реле через диод Vd1 и резистор R1 протекает ток управления. Тиристор открывается и автоматически снимает сигнал управления, так как прямое падение напряжения на открытом тиристоре незначительно. При изменении полярности напряжения тиристор Vs1 закрывается, а Vs2 открывается. Смотри рисунок 2.1.21.

Упрощенная схема пускателя изображена на рис. 2.1.22. При подаче напряжения на зажимы Л1-Л3 включается трансформатор Т. Его вторичное напряжение выпрямляется и подается на схему управления и защиты. При нажатии соответствующей кнопки S1 или S2 включаются реле KL1 или KL2, замыкаются их контакты в цепях управления тиристорами. При отключении реле снимаются импульсы управления тиристоров, нагрузка отключается.

Блок защиты предназначен для отключения пускателя в аварийных режимах. Он состоит из датчиков тока и температуры, которые воздействуют на состояние транзисторной схемы (на рисунке не показана).

2. Тиристорная станция управления типа БЛЭ.

Она предназначена для нереверсивного управления АД с КЗР мощностью до 7,5 кВт с обеспечением плавного пуска и отключения с торможением.

Станция обеспечивает плавное изменение подводимого напряжения от нуля до номинального значения в течении 1-3 секунд (плавный разгон). Протекание тока после отключения станции через две обмотки статора двигателя обеспечивает его торможение в течении 0,5-1,2 с.

Станция управления должна иметь на входе устройство с видимым разрывом и быстродействующие предохранители. Принципиальная схема станции показана на рис. 2.1.23. Она состоит из силовой части, представляющей три пары диодно-тиристорных элементов с RC-цепочками, и схемы управления, представленной в виде блочной схемы, куда входят трансформатор управления, блок генераторов пилообразного напряжения, выходных каскадов, задатчик интенсивного включения и блок электромагнитных реле. Генераторы пилообразного напряжения выполнены в виде RC-цепочек, выходные каскады по схеме блокинг-генератора, задатчик интенсивности-по схеме эмиттерного повторителя с ёмкостью в цепи базы транзистора.

Подготовка схемы к работе осуществляется включением выключателя S, благодаря чему включается реле К С1, которое через свои контакты обеспечивает питание ГПН и БГ выходных каскадов. Начинается разряд ёмкости в задатчике интенсивности, ограничиваемый установкой регулирующего резистора, через который подаетсянапряжение смещения на выходе БГ. Происходит сравнение напряжений с пилообразным

напряжением, при превышении которого БГ начинает генерировать импульсы с частотой 2-3 кГц.

Импульсы подаются на управляющие электроды тиристоров, которые отпираются с максимальными углами управления. Время разряда ёмкости в задатчике интенсивности определяет длительность плавного пуска.

Устройство позволяет регулировать частоту вращения двигателя и от внешнего сигнала управления. Для этого необходимо подключить регулируемый источник постоянного напряжения 0-24 Вольта. Изменение этого напряжения вызывает изменение угла регулирования тиристоров.

Торможение двигателя осуществляется при отключении реле КС1 и включении реле КС2, которое подключает тиристоры VS2 и VS3, благодаря чему создаётся контур торможения двигателя.

2.2.3. Схемы БКРПУ для управления АД с ФР

Управление чистотой вращения АД с ФР возможно несколькими способами. Наиболее распространенными являются широтно-импульсный способ регулирования скорости путем бесконтактного изменения сопротивления в цепи ротора и параметрического изменения напряжения в цепи статора и способ регулирования частоты вращения двигателя по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК) с промежуточным звеном постоянного тока.

Для широтно-импульсного способа регулирования скорости путем бесконтактного изменения сопротивления в цепи ротора применяют схему, изображенную на рисунке 2.1.24. Добавочное сопротивление включают последовательно с обмоткой ротора через выпрямительный мост и сглаживающий реактор. Сопротивление либо полностью вводят в схему, либо замыкают накоротко при помощи тиристорного коммутатора, представляющий собой тиристорный ключ постоянного тока.

При достаточно большой частоте коммутации ключа можно считать, что в цепь выпрямлённого тока ротора помещено регулируемое "импульсное" добавочное сопротивление, величина которого изменяется от 0 до R_доб при изменении коэффициента заполнения импульсов от 0 до 1.

Связь R_{доб.имп.} с выразить линейной зависимостью: R_{доб.имп} =R_доб(1- ) ; =

Силовая схема с АВК изображена на рисунке 2.1.25. По такой схеме выпускают станции типа ПРБУ, предназначенные для плавного пуска, реверса, торможения и бесступенчатого регулирования частоты вращения АД с ФР мощностью до 100 кВт.

Применение БКРПУ позволяет повысить надёжность, долговечность, быстродействие ЭП и получить значительную экономию электроэнергии за счёт рекуперации энергии в сеть при регулировании частоты вращения.

ПРБУ включает в себя: автомат с дистанционным расцепителем, токоограничительный реактор, трансформаторы тока, бесконтактный коммутатор для включения и реверса, выпрямитель, сглаживающий реактор, схему управления на полупроводниковых приборах, устройство защит от перегрузок, КЗ, перенапряжений и радиопомех.

2.1.4. Схемы БКРПУ на постоянном токе

Бесконтактные ключи постоянного тока предназначены для коммутации различного рода электрических цепей. Основными характеристиками коммутационных аппаратов являются надёжность, чувствительность, избирательность, быстродействие, изоляция цепей. В этих отношениях бесконтактные ключи на порядок лучше электромеханических. Они более чувствительны, мощность их управления измеряется долями Ватта. Время срабатывания достигает нескольких десятков микросекунд.

Ввиду малой мощности управления бесконтактные реле защиты позволяют значительно повысить избирательность.

Однако бесконтактные ключи не идеальны. Они имеют конечные сопротивления в замкнутом и разомкнутом состоянии. При отключении сети они имеют худшую, чем электромеханические, изоляцию цепей.

Бесконтактные ключи постоянного тока одновременно могут выполнять функцию регулирования напряжения на нагрузке. В качестве бесконтактных ключей можно использовать любую из схем зависимых ШИП. Недостатком их является неустойчивость работы в режимах, близких к холостому ходу и К.З. так как процесс перезаряда коммутирующего конденсатора осуществляется через цепь нагрузки. Это можно устранить включением дополнительного источника питания для заряда коммутирующего

Схема такого ключа представлена на рисунке 2.1.26. В ней предусмотрена блокировка, запрещающая включение тиристора до окончания заряда конденсатора. Кнопкой S1 включается рабочий тиристор VS1. Конденсатор С_о заряжается до суммы напряжений Е_д+Е полярностью, указанной на схеме. При К.З. в цепи нагрузки увеличивается падение напряжения на сопротивление шунта R_ш, включается коммутирующий тиристор VS2. В результате разряда С_о рабочий тиристор запирается и цепь К.З.разрывается.

Коммутирующий тиристор может быть включён кнопкой S2. В этом случае падение напряжения на резисторе R6 открывает VS2 и отключает цепь нагрузки. Для уменьшения ёмкости коммутирующего конденсатора включена небольшая индуктивность L до 100 мк . Конденсаторы С1 и С2 предотвращают возможность ложного срабатывания схемы.