Типовые схемы управления электрическими двигателями постоянного тока

· Пуск в ход двигателей постоянного тока

В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен, противо-ЭДС равна нулю (Е=0). При непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря будет протекать чрезмерно большой ток I_пус=U/R_я. Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателя очень маленькой мощности, у которых значение падения напряжения в якоре относительно большое и изменения тока не столь велики.

В машинах постоянного тока большой мощности падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько процентов от номинального напряжения, т.е.

IR_я=(0,02—0,01)U. Следовательно, пусковой ток в случае включения двигателя в сеть с номинальным напряжением во много раз превышает номинальный.

При пуске в ход для ограничения пускового тока используют реостаты, включаемые последовательно с якорем двигателя.

Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы, и выполняются ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.

Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым реостатом показана на рис.24.

Рис.24

Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначаемые буквами Л, Я, Ш. Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника (к линии). Зажим Я соединяется с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря. Зажим Ш соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по шине так, что между ними имеется непрерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочный резистор Rр присоединяется обмотка возбуждения. Другие зажимы якоря и обмотки возбуждения соединены между собой перемычкой и подключены к другому полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть. При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1, так, что последовательно с якорем соединено полное сопротивление реостата ПР, которое выбирается таким, чтобы больший ток при пуске в ход I_max не превышал номинальный ток более чем в 1,7¸2,5 раза, т.е. R_n=(U/I_max)—R_я. При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также проходит ток, возбуждающий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов создается пусковой момент. Если пусковой момент окажется больше тормозного момента на валу двигателя (М_пуск>М_т), то якорь машины придет во вращение.

Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения I_min, движок пускового реостата переводится на контакт 2, при этом сопротивление реостата уменьшится на одну ступень. Ток в якоре снова возрастет до значения I_max, а с увеличением тока в якоре возрастет вращающий момент, вследствие чего частота вращения ротора вновь увеличится. Переключая движок реостата, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается, пока оно полностью не будет выведено (движок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и частота вращения якоря принимают установившиеся значения.

При отключении двигателя от сети металлическая шина пускового реостата должна быть соединена с зажимом 1. Это необходимо для того, чтобы не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющий значительную индуктивность. Кроме того, движок пускового реостата переводится на холостой контакт 0, и рубильник отключается.

· Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

В двигателях постоянного тока имеется возможность плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах. Благодаря этому весьма ценному свойству они получили широкое распространение и часто являются незаменимыми. Частота вращения якоря двигателя при любой схеме возбуждения определяется следующим выражением:

где Rc – сопротивление последовательной обмотки возбуждения (Для двигателя параллельного возбуждения Rc=0). Это выражение показывает, что частота вращения двигателя зависит от напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока.

Частоту вращения регулируют путем изменения напряжения сети в том случае, когда источником электрической энергии двигателя является какой-либо генератор.

Для регулирования частоты вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используется регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается КПД двигателя.

Регулируют частоту вращения якоря двигателя также изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения включается регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением. Этот способ регулирования частоты практически не создает дополнительных потерь и экономичен.

· Автоматическое управление двигателями постоянного тока

Типовая схема автоматического пуска двигателя в функции времени в две ступени показана на рис.25

Рис.25

Для автоматического пуска используют два электромагнитных реле времени КТ1 и КТ2, контакты которых работают с выдержкой времени только при отключении реле. После подачи напряжения в цепь управления (перед пуском двигателя) реле КТ1 получает питание и, втягиваясь, размыкает свой контакт, не позволяя тем самым сразу включать контакторы ускорения КМ2 и КМ3. После включения контактора КМ1 двигатель работает на искусственной характеристике 1 (см.рис.26).

Рис.26

Реле КТ1 (Рис.25) начинает отсчет времени и через время t₁, определяемое его установкой, замыкает свой контакт в цепи контактора КМ2. Срабатывание контактора ускорения КМ2 приводит к закорачиванию сопротивления добавочного резистора R₁, и двигатель разгоняется по искусственной характеристике 2 (Рис.26) Одновременно закорачивается катушка КТ2, и через время t₂ реле КТ2 своим замыкающим контактом включает контактор КМ3. При этом происходит шунтирование сопротивления добавочного резистора R₂ и двигатель выходит на естественную характеристику 3 (см.рис.26), на которой двигатель разгоняется до установившейся угловой скорости w_уст.

Остановка двигателя в схемах автоматического управления обычно происходит в режиме динамического торможения или противовключением. Динамическое торможение чаще всего осуществляется в функции скорости, ЭДС или времени. Типовая схема управления динамическим торможением двигателем постоянного тока в функции ЭДС показана на рис.27

Рис.27

В исходном состоянии перед торможением двигатель работает с установившейся угловой скоростью w_уст. Контактор КМ1 включен, и пусковые сопротивления закорочены. После нажатия кнопки SB1 («Стоп») контактор КМ1 отключается и своим силовым контактом отсоединяет якорь двигателя от сети. Размыкающий вспомогательный контакт КМ1 закрывается в цепи реле KV, которое оказывается под напряжением V»e_д, так как двигатель продолжает вращаться и при наличии тока возбуждения в якоре наводится ЭДС. Реле KV срабатывает и включает контактор напряжения KM, который подключает сопротивление торможения к цепи якоря. Двигатель переходит в режим динамического торможения (Рис.27). При снижении скорости двигателя уменьшается его ЭДС, катушка реле KV отключается и контактор КМ2 теряет питание. Реле KV должно срабатывать при минимально Возможном напряжении.

· Реверсирование двигателя постоянного тока

Для того чтобы изменить направление вращения двигателя постоянного тока необходимо изменить полярность питания на обмотке возбуждения или якоре. Изменение полярности питания двигателя направление вращения не изменит. Простейшая схема реверсирования двигателя приведена на рис.34.

Рис.34

Схема состоит из двух магнитных пускателей К1 и К2, кнопок ПВ («Пуск вперед»), ПН («Пуск назад») и СТ («Стоп»), двигателя постоянного тока.

При включении кнопки ПВ («Пуск вперед») электрический ток проходит по цепи: «+» источника питания, замкнутая кнопка СТ («Стоп»), замкнутые контакты кнопки ПВ («Пуск вперед), замкнутые контакты К2, магнитный пускатель К1, «--» источника питания. Магнитный пускатель сработает и замкнет свои сигнально-блокировочные (в цепи управления) и силовые контакты (в цепи якоря). Когда сигнально-блокировочный контакт К1¹, подключенный параллельно кнопки ПВ, замкнется кнопку ПВ можно отпустить. Через замкнутые контакты К1, в цепи ротора, напряжение сети будет приложено к якорю, по цепи: «+» источника питания, замкнутый контакт К1, сопротивление Rя, катушка якоря, замкнутый контакт К2, «--» источника питания. Двигатель начнет вращаться. Второй сигнально-блокировочный контакт К1¹ разомкнется и заблокирует магнитный пускатель К2, для того чтобы не включались одновременно два пускателя «Вперед» и «Назад».

Для того чтобы двигатель вращался в другую сторону необходимо нажать кнопку ПН («Пуск назад»). Электрический ток потечет по цепи: : «+» источника питания, замкнутая кнопка СТ («Стоп»), замкнутые контакты кнопки ПН («Пуск назад»), замкнутые контакты К1, магнитный пускатель К2, «--» источника питания. Магнитный пускатель К2 сработает и замкнет свои контакты. Когда сигнально-блокировочный контакт К2¹, подключенный параллельно кнопки ПН, замкнется кнопку ПН можно отпустить. Через замкнутые контакты К2, в цепи ротора, напряжение сети будет приложено к якорю, по цепи: «+» источника питания, замкнутый контакт К2, катушка якоря, сопротивление Rя, замкнутый контакт К1, «--» источника питания. Двигатель начнет вращаться в противоположном направлении.

Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку СТ («Стоп») цепь питания магнитных пускателей будет порвана. Обесточенные пускатели разомкнут свои контакты в цепи якоря и двигатель остановится.

· Защита электрических двигателей

Нормальная эксплуатация электрических двигателей возможна при правильной организации их защиты от выхода из строя в различных аварийных режимах.

Применяют следующие виды электрической защиты электродвигателей: максимально-токовую от коротких замыканий или недопустимых бросков тока; защиту от перегрева, обрыва обмотки возбуждения перенапряжения, превышения напряжения, самозапуска и др.

Максимально-токовая защита двигателя обеспечивает немедленное отключение его силовой цепи при возникновении недопустимо больших токов. В силовых цепях эта защита осуществляется: плавкими предохранителями, автоматическими выключателями и максимально-токовыми реле (Рис.28, а, б, в)

Рис.28

Рис.28 Типовые узлы защиты электродвигателей при коротких замыканиях:

а. С плавкими предохранителями

б. С автоматами

в. С максимально-токовыми реле

Ток плавкой вставки в предохранителях и ток установки автомата или максимально-токового реле выбирают для асинхронных короткозамкнутых двигателей из следующих условий: нормальный пуск (t_п>5 c) I_{вст.ном.}³0,4I_п; тяжелый пуск (t_п>10 c) I_{вст.ном.}³(0,5¸0,6)I_п ; независимо от условий пуска I_{вст.ном.}³(1,3¸1,5)I_п.

Защита двигателя от перегрева обеспечивает отключение электрической машины в случае перегрузки механизма. При продолжительном режиме работы асинхронного двигателя используют два тепловых реле FР1 и FР2 (Рис.29) или автоматы с тепловым расцепителем, при повторно-кратковременном режиме – два максимально-токовых реле FA1 и FA2 (Рис.30). Реле FA3 служит для защиты двигателя от коротких замыканий. Для асинхронных двигателей используют два тепловых или максимально-токовых реле в двух фазах, а для машин постоянного тока ставят одно реле.

Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле и теплового расцепителя автомата выбирают из условия I_н.э.= I_т.р.» I_ном.

Рис.29

В схему (Рис.30) вводится реле времени КТ, которое шунтирует контакты реле FA1 и FA2 во время пуска двигателя (пусковой ток значительно больше, чем ток нагрева). Ток уставки максимально токовых реле выбирают следующим образом: I_3ф<I_уст<I_2ф (I_3ф, I_2ф –токи при работе двигателя на двух и трех фазах).

Рис.30

Защита двигателя от обрыва обмотки возбуждения обеспечивает отключение обмотки якоря. Она осуществляется с помощью минимального токового реле KF, которое включается в цепь обмотки возбуждения синхронного двигателя и машины постоянного тока (Рис.31)

Рис.31

При протекании нормального тока возбуждения реле KF втянуто и его контакт в цепи катушки KM замкнут.

При исчезновении или чрезмерном снижении тока возбуждения катушка реле KF не может удержать свой контакт в замкнутом состоянии, что приводит к отключению ее и двигателя. Обрыв обмотки возбуждения в машинах постоянного тока может привести к недопустимому возрастанию угловой скорости и механическому разрушению якоря.

Защита двигателя от перенапряжения в обмотке возбуждения необходима при отключении ее от сети. Из-за большой индуктивности обмотки возбуждения LM может возникнуть ЭДС самоиндукции, превышающая номинальную, и привести к пробою изоляции обмотки. Для защиты эту обмотку обычно шунтируют разрядным резистором R_p (Рис.31), сопротивление которого (3¸6)R_LM. Для снижения потерь электрической энергии в цепь разрядного резистора включен диод V.

Защита от превышения напряжения обеспечивает отключение двигателя от сети при увеличении напряжения более 10—15% номинального. При этом с помощью реле максимального напряжения KV (Рис.32) отключается обмотка якоря двигателя.

Рис.32

Защита от самозапуска (нулевая защита) обеспечивает отключение двигателя при исчезновении или чрезмерном снижении напряжения сети. При кнопочном управлении (Рис.30) защиту осуществляет контактор КМ, который, отпадая, размыкает свой блокировочный контакт, шунтирующий кнопку SB2, и поэтому самовключения не произойдет. При управлении с помощью командоконтроллера используют реле минимального напряжения.

Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 639; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!