Управление двигателями в функции тока
Управление двигателем может быть осуществлено в зависимости от величины тока статора. Схема пуска в функции тока асинхронного двигателя с фазным ротором изображена на рис. 1 а.
В момент пуска ток достигает величины I1 , а через определенный интервал времени снижается до величины I 2 (рис.б). В этот момент автоматически закорачивается часть пускового сопротивления в цепи ротора, ток повышается до величины I 1 , затем снова падает до величины I2 , что вызывает закорачивание следующей части пускового сопротивления. Повторяется данный процесс до тех пор, пока не будут закорочены все ступени пускового сопротивления. Для этих целей используют реле максимального тока, обмотки которых включают в силовую цепь двигателя.
При нажатии на пусковую кнопку SB1 (см. рис. а) срабатывает контактор КМ, главные контакты которого включают двигатель в сеть при полном пусковом сопротивлении в цепи ротора. При этом получает электропитание обмотка реле КА, размыкающие контакты которого находятся в цепи катушки контактора ускорения К1. Реле КА отрегулировано так, что время его срабатывания меньше, чем у контактора К1. Кроме того, его размыкающие контакты при максимально допустимом значении пускового тока размыкаются, а при уменьшении тока до величины его переключения вновь замыкаются, поэтому катушка К1 включается через контакты реле КА в момент закорачивания ступени пускового сопротивления.
Реле КА сработает раньше включения контактора ускорения К1, и разгон двигателя будет происходить при полностью введенном пусковом сопротивлении. При снижении пускового тока переключения контакты реле КА замкнутся и включится катушка К1. При этом замыкается контакт К1 обеспечивая самопитание катушки независимо от реле КА, и размыкается контакт в цепи управления, предотвращая преждевременное включение контактора ускорения К2.
Так как силовые контакты К1 закорачивают часть пускового сопротивления, то ток статора возрастает до наибольшего значения и реле КА, срабатывая, размыкает свои контакты в цепи питания катушки К2. Когда двигатель приобретает достаточную частоту вращения и ток статора вновь снизится до тока переключения, контакты реле КА замкнутся и включат катушку К2, закорачивающую своими контактами вторую ступень пускового сопротивления.
Рис. 1. Схемы управления в функции тока: а — асинхронным двигателем с фазным ротором; б —двигателем постоянного тока с параллельным возбуждением
Ток статора при этом вновь увеличивается, реле КА сработает и разомкнет свои контакты. Катушка К2 не потеряет питания, так как успеет замкнуться блок-контактами К2. Новое уменьшение тока статора после очередного разгона приведет к включению катушки К3 и закорачиванию последней ступени пускового сопротивления. Нажатием кнопки SB происходит останов двигателя, и схема готова к очередному пуску. При помощи реле тока, настроенных на возврат при токе 12, можно тормозить и реверсировать различные электроприводы. Недостатком схем управления в функции тока является довольно большое число контактов.
Для нереверсивного управления двигателем постоянного тока параллельного возбуждения мощностью несколько киловатт можно использовать одну ступень пускового реостата (см. рис. б). На схеме показаны: регулировочное сопротивление RB в цепи возбуждения; разрядное сопротивление Rp, включаемое параллельно обмотке возбуждения LM; тормозное сопротивление RТ, включаемое параллельно якорю М при его отключении от сети, и пусковое сопротивление RП включаемое последовательно в цепь якоря в период пуска. Для создания максимального потока при пуске обмотка возбуждения LM в исходном положении включена на полное напряжение.
При нажатии на кнопку SB2 якорь двигателя линейным контактором КМ включается в сеть последовательно с сопротивлением RП Реле управления пуском КА работает в функции тока якоря. При увеличении тока замыкающий контакт КА шунтирует сопротивление RB, увеличивая магнитный поток возбуждения, а при уменьшении тока контакт КА размыкается и обмотка LM включается последовательно с сопротивлением реостата RB, благодаря чему магнитный ток уменьшается.
При пуске двигателя повышенный пусковой ток якоря включает реле КА и обмотка LM создает максимальный поток. При достижении определенной частоты вращения включается контактор ускорения К, закорачивается пусковое сопротивление RП, после чего двигатель работает по своей естественной характеристике. Когда ток якоря снизится (в результате разгона двигателя), до включения реле КА разомкнётся контакт КА в цепи возбуждения.
Обмотка LM включится последовательно с сопротивлением RB, что вызовет ослабление потока возбуждения и соответствующее увеличение тока якоря. Реле КА снова сработает, увеличивая поток и одновременно повышая частоту вращения двигателя. За время пуска реле КА срабатывает несколько раз, пока двигатель не достигнет частоты вращения заданной регулировочным реостатом RB. Такое вибрационное устройство, работающее в функции тока, упрощает схему по сравнению со схемами управления в функции времени.
При включении двигателя нажатием кнопки SB1 якорь включается размыкающим контактом КМ на тормозное сопротивление RT и автоматически происходит динамическое торможение. В начале торможения магнитное поле несколько ослабляется из-за размыкания контакта КМ на ползунке регулировочного реостата, и ток возбуждения проходит через все сопротивление RB. При дальнейшем снижении частоты вращения двигателя выключается контактор ускорения К, и поток усиливается, так как обмотка возбуждения включается па полное напряжение сети через размыкающий контакт К, что приводит к усилению тормозного момента.
Схема пуска двигателя с фазным ротором, функции тока.
Схема подключения асинхронным двигателем с фазным рото ром в функции тока представлена на рисунке 1. Для контроля пус ка по току применяют токовые реле, которые срабатывают при пусковом токе и отпадают при минимальном токе переключе ния .
Пуск двигателя.
Рисунок 1 — Cхема пуска двигателя с фазным ротором, функции тока.
Автоматическим выключателем QF напряжение подается на управляющую и силовую цепь. После нажатия кнопки “ Пуск” SB1, подключается магнитный пускатель КМ3, который срабатывая, шунтирует кнопку пуска, и подключает к питающей сети катушку блокировочного реле KL. Нормально разомкнутый контакт реле KL подает питание на пускатели КМ1, КМ2. Собственное время срабатыва ния реле тока КА1 и КА2 меньше, чем соответствующих контак торов КМ1 и КМ2, поэтому реле тока срабатывает раньше, и пуск двигателя осуще ствляется с полностью введённым сопротивлением в цепь ротора.
В начальный момент пуска асинхронного двигателя с фазным ротором пусковой ток максимален, следовательно, срабатывает токовое реле КА1, которое своими разомкнутыми контактами не даёт сработать реле КМ1. По мере разгона двигателя пусковой ток уменьшается до значения уставки КА1 при котором КА1 отключается замыкая свои нормально замкнутые контакты, позволяя сработать реле КМ1 которое шунтирует первую ступень резистора. Одновременно замыкается блокировочный контакт КМ1, что ставит катушку контактора КМ1 на « самоподхват » при размы кании контакта КА1. После шунтирования первой ступени резистора ток снова возрастает до максимального значение, что вызывает срабатывание реле КА2 которое препятствует срабатыванию реле КМ2. После дальнейшего разгона двигателя ток снижается до тока срабатывания реле КА2 которое “ отключившись” подключает к напряжению магнитный пускатель КМ2. При этом шунтируется вторая ступень пускового резисто ра .
Схемы пуска и торможения двигателя
В настоящее время наиболее распространены трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей при включении на полное напряжение сети осуществляются дистанционно при помощи магнитных пускателей.
Наиболее часто используется схема с одним пускателем и кнопками управления «Пуск» и «Стоп». Для того, чтобы обеспечить вращение вала двигателя в обе стороны используется схема с двумя пускателями (или с реверсивным пускателем) и тремя кнопками. Такая схема позволяет менять направление вращения вала двигателя «на ходу» без его предварительной остановки.
Схемы пуска двигателя
Электрический двигатель М питается от трехфазной сети переменного напряжения. Трехфазный автоматический выключатель QF предназначен для отключения схемы при коротком замыкании. Однофазный автоматический выключатель SF защищает цепи управления.
Основным элементом магнитного пускателя является контактор (мощное реле для коммутации больших токов) КМ. Его силовые контакты коммутируют три фазы, подходящие к электродвигателю. Кнопка SB1 («Пуск») предназначена для пуска двигателя, а кнопка SB2 («Стоп») — для остановки. Тепловые биметаллические реле KK1 и КК2 осуществляют отключение схемы при превышении тока, потребляемого электродвигателем.
Рис. 1. Схема пуска трехфазного асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя
При нажатии кнопки SB1 контактор КМ срабатывает и контактами KM.1, КМ.2, КМ.3 подключает электродвигатель к сети, а контактом КМ.4 блокирует кнопку (самоблокировка).
Для остановки электродвигателя достаточно нажать кнопку SB2, при этом контактор КМ отпускает и отключает электродвигатель.
Важным свойством магнитного пускателя является то, что при случайном пропадании напряжения в сети двигатель отключается, но восстановление напряжения в сети не приводит к самопроизвольному запуску двигателя, так как при отключении напряжения отпускает контактор КМ, и для повторного включения необходимо нажать кнопку SB1.
При неисправности установки, например, при заклинивании и остановке ротора двигателя, ток, потребляемый двигателем, возрастает в несколько раз, что приводит к срабатыванию тепловых реле, размыканию контактов KK1, КК2 и отключению установки. Возврат контактов КК в замкнутое состояние производится вручную после устранения неисправности.
Реверсивный магнитный пускатель позволяет не только запускать и останавливать электрический двигатель, но изменять направление вращения ротора. Для этого схема пускателя (рис. 2) содержит два комплекта контакторов и кнопок пуска.
Рис. 2. Схема пуска двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя
Контактор КМ1 и кнопка SB1 с самоблокировкой предназначены для включения двигателя в режиме «вперед», а контактор КМ2 и кнопка SB2 включают режим «назад». Для изменения направления вращения ротора трехфазного двигателя достаточно поменять местами любые две из трех фаз питающего напряжения, что и обеспечивается основными контактами контакторов.
Кнопка SB3 предназначена для остановки двигателя, контакты КМ 1.5 и КМ2.5 осуществляют взаимоблокировку, а тепловые реле КК1 и КК2 — защиту при превышении тока.
Включение двигателя на полное напряжение сети сопровождается большими пусковыми токами, что может быть недопустимо для сети ограниченной мощности.
Схема пуска электродвигателя с ограничением пускового тока (рис. 3) содержит резисторы R1, R2, R3, включенные последовательно с обмотками электродвигателя. Эти резисторы ограничивают ток в момент пуска при срабатывании контактора КМ после нажатия кнопки SB1. Одновременно с КМ при замыкании контакта КМ.5 срабатывает реле времени КТ.
Выдержка, осуществляемая реле времени, должна быть достаточной для разгона электродвигателя. По окончании времени выдержки замыкается контакт КТ, срабатывает реле К и своими контактами K.1, К.2, К.3 шунтирует пусковые резисторы. Процесс пуска завершен, на двигатель подается полное напряжение.
Рис. 3. Схема пуска двигателя с ограничением пускового тока
Далее будут рассмотрены две наиболее популярных схемы торможения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: схема динамического торможения и схема торможения противовключением.
Схемы торможения двигателя
После снятия напряжения с двигателя его ротор какое-то время продолжает вращаться за счет инерции. В ряде устройств, например, в подъемно-транспортных механизмах, требуется осуществлять принудительное торможение для уменьшения величины выбега. Динамическое торможение заключается в том, что после снятия переменного напряжения через обмотки электродвигателя пропускается постоянный ток.
Схема динамического торможения показана на рис. 4.
Рис. 4. Схема динамического торможения двигателя
В схеме, помимо основного контактора КМ, присутствует реле К, включающее режим торможения. Поскольку реле и контактор не могут быть включены одновременно, применена схема взаимоблокировки (контакты КМ.5 и К.3).
При нажатии кнопки SB1 срабатывает контактор КМ, подает питание на двигатель (контакты КМ.1 КМ.2, КМ.3), блокирует кнопку (КМ.4) и блокирует реле К (КМ.5). Замыкание КМ.6 вызывает срабатывание реле времени КТ и замыкание контакта КТ без выдержки времени. Таким образом осуществляется пуск двигателя.
Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2. Контактор КМ отпускает, размыкаются контакты KM.1 — KM.3, отключая двигатель, замыкает контакт КМ.5, что вызывает срабатывание реле К. Контакты K.1 и К.2 замыкаются, подавая постоянный ток в обмотки. Происходит быстрое торможение.
При размыкании контакта КМ.6 реле времени КТ отпускает, начинается выдержка времени. Величина выдержки должна быть достаточна для полной остановки электродвигателя. По окончании выдержки времени контакт КТ размыкается, реле К отпускает и снимает постоянное напряжение с обмоток электродвигателя.
Наиболее эффективным способом торможения является реверсирование двигателя, когда сразу после снятия питания на электродвигатель подается напряжение, вызывающее появление встречного вращающего момента. Схема торможения противовключением приведена на рис. 5.
Рис. 5. Схема торможения двигателя противовключением
Частота вращения ротора двигателя контролируется с помощью реле частоты вращения с контактом SR. Если частота вращения больше некоторого значения, контакт SR замкнут. При остановке двигателя контакт SR размыкается. Кроме контактора прямого включения KM1 схема содержит контактор для реверсирования КМ2.
При пуске двигателя срабатывает контактор KM1 и контактом КМ 1.5 разрывает цепь катушки КМ2. С достижением определенной частоты вращения замыкается контакт SR подготавливая цепь для включения реверса.
При останове двигателя контактор KM1 отпускает и замыкает контакт КМ1.5. В результате этого контактор КМ2 срабатывает и подает на электродвигатель реверсирующее напряжение для торможения. Снижение частоты вращения ротора вызывает размыкание SR, контактор КМ2 отпускает, торможение прекращается.
