Управление электроприводами заключается в осуществлении пуска, регулирования скорости, торможения, реверсирования, а также поддержания режима работы привода в соответствии с требованиями технологического процесса.

В системе управления электроприводом используются: релейно-контактные аппараты, где основными элементами являются различного рода реле, контакторы, путевые выключатели и др.; усилители, преобразовательные устройства и датчики -- электромашин ые, электромагнитные, полупроводниковые (транзисторные, тиристорные, интегральные) и т. п.; бесконтактные логические элементы, различные элементы цифровой и аналоговой вычислительной техники, микропроцессоры и микро-ЭВМ и т. п.

Современные регулируемые электроприводы для автоматических линий и механизмов обычно строятся на полупроводниковых устройствах. На релейно-контакторную аппаратуру в таких приводах обычно возлагаются функции включения питания (подсоединение к сети) силовых блоков и блоков управления, защиты и ввода первоначальных и конечных команд в систему управления приводом. Но наряду с электроприводами, выполняющими сложные функции, в ряде случаев содержащими микропроцессоры или программные устройства управления, существует большое количество электроприводов, на которые возлагаются относительно простые функции. Это обычно нерегулируемые или регулируемые ступенчато в небольшом диапазоне электроприводы с невысоким быстродействием. В задачу систем управления такими электроприводами чаще всего входит организация пуска, торможения, перехода с одной ступени скорости на другую, реверса и осуществление этих операций в определенной последовательности во времени или по командам от рабочей машины, завершившей очередную технологическую операцию. Причем необязательно, чтобы система управления выполняла все эти функции: набор функций зависит от требований к приводу. Системы управления такими электроприводами обычно строятся на релейно-контактной аппаратуре при относительно небольшом числе срабатываний ее в час, а при большом числе срабатываний -- на бесконтактной аппаратуре.

Автоматическое управление электроприводами имеет большое народнохозяйственное значение потому, что оно дает возможность увеличить производительность труда, облегчить условия труда рабочего, улучшить качество продукции, уменьшить расход электроэнергии и повысить надежность работы производственных механизмов.

Разработка принципиальной схемы управления электроприводом

В соответствии с заданием разработана принципиальная схема. Схема питается напряжением 220 В (номинальное напряжение двигателя) и приведена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема управления двигателем Д32

Описание работы разработанной схемы при пуске

Пуск двигателя осуществляется в 4 ступени в функции времени. Перед пуском систему подготавливают к работе. Для этого замыкают рубильник QS1. При этом запитывается параллельная обмотка возбуждения двигателя LM и минимально-токовое реле KA2, которое замыкает свой контакт в цепи реле напряжения KV3, которое осуществляет нулевую защиту двигателя. Далее реле KV3 замыкает свой контакт и запитывает оперативную часть схемы через перемычку.

При установке SA (командоконтроллера) в 4-е положение допустим “вперед” (Forward), получает питание линейный контактор KML, который подключает к сети якорь двигателя с полным пусковым сопротивлением. Ток течет через контактор KM1 или KM2 (в зависимости от необходимой полярности). При этом напряжение поступает на реле напряжения KV1 (или KV2) и оно замыкает свой контакт в цепи контактора ускорения KM3. При этом KM3 шунтирует первую ступень и отключает от питания реле времени 1КТ, оно замыкает свой контакт через выдержку времени равную расчетному времени пуска на первой ступени и подает напряжение на контактор KM4. Контактор КМ4 шунтирует вторую ступень сопротивления . Таким образом, двигатель некоторое время работает на второй ступени пуска. КМ4 размыкает свой контакт в цепи реле времени 2КТ и это реле замыкает свой контакт через время равное расчетному времени пуска на второй ступени и подает питание на контактор КМ5. КМ5 шунтирует третью ступень сопротивления и отключает от питания реле времени 3КТ. Реле времени 3КТ замыкает свой контакт через выдержку времени равную расчетному времени пуска на третей ступени и подает напряжение на контактор KM6, который шунтирует последнюю (четвертую) ступень сопротивления и двигатель выходит на естественную характеристику и начнет разгоняться по ней до скорости, соответствующей статической нагрузке. Пуск двигателя в противоположном направлении производится аналогично после установки командоконтроллера в 4-е положение “назад” (Reverse).

Описание работы разработанной схемы при реверсе

Рассмотрим реверс двигателя, осуществляемый при помощи торможения противовключением до малой скорости и дальнейшего пуска вперед до статической скорости. Противовключение производится в функции ЭДС с косвенным контролем по скорости.

Пусть двигатель вращался в направлении “вперед”. Команда на реверс подается переключением командоконтроллера в положение “назад” (Reverse). При этом теряют питание контакторы направления “вперед” KM1 и получают питание контакторы направления “назад” KM2. При этом изменяется полярность напряжения на якоре двигателя, он переходит в режим противовключения и начинает тормозиться полным пусковым сопротивлением в якорной цепи (четыре пусковых сопротивления RV1-RV4). Эти сопротивления вводятся в цепь из-за того, что реле KV1 отключается, а реле KV2 не может включиться из-за малого напряжения на его катушке. По мере снижения скорости двигателя примерно до напряжение на катушке реле KV2 увеличивается и оно срабатывает. Это приводит к запитыванию контактора КМ3 и шунтированию первой ступени пускового резистора, далее начинается пуск двигателя в направлении “назад”, как описано в предыдущем пункте.

Описание работы разработанной схемы при торможении

Торможение двигателя осуществляется в режиме выбега в функции ЭДС двигателя с косвенным контролем по скорости.

Команда на торможение подается переключением командоконтроллера в нулевое положение. При этом теряет питание линейный контактор КМL, который отключает двигатель от сети. Также теряет питание контактор направления КМ1 (или КМ2), который размыкает свой контакт в цепи контактора КL и тем самым отключает его. Контактор КL размыкает свои контакты в цепи электромагнитного тормоза YB. Катушка электромагнитного тормоза теряет питание и отпускает колодки, которые начинают тормозить двигатель до остановки.

Описание работы защит разработанной системы

Нулевую защиту (защиту от самозапуска) реализует реле напряжения KV3. При снижении, либо исчезновении напряжения в схеме реле отпускает свой якорь и обесточивает схему. благодаря этому при восстановлении напряжения схема не запустится автоматически, что могло бы привести к негативным последствиям. Дальнейшая работа при срабатывании нулевой защиты возможна только при повторном запуске (при установке командоконтроллера в 4-е положение).

Защита от коротких замыканий (максимально-токовая) реализована при помощи реле максимального тока КА1 и предохранителей FU1 и FU2. При возникновении режима короткого замыкания срабатывание защиты сводится к отключению цепи управления и торможению двигателя.

Защита от обрыва поля двигателя (минимально-токовая) обеспечивается минимально-токовым реле КА2, включенным последовательно с обмоткой возбуждения двигателя. При значительном снижении, либо полном исчезновении тока возбуждения реле КА2 отпускает свой якорь, отключая схему и двигатель останавливается.

Защита от перенапряжения на обмотке возбуждения двигателя реализована включением параллельно обмотке возбуждения диода VD и резистора гашения поля RF. Защита работает при переходных процессах при изменении полярности напряжения, когда на обмотке возбуждения возникает перенапряжение. При этом в замкнутом контуре LM-VD-RF возникает ток, который гасится на сопротивлении RF.

Блокировка крайних положений механизма реализована включением в цепи контакторов этих направлений размыкающих контактов концевых выключателей SQ1 и SQ2. При достижении механизмом одного из крайних положений теряет питание контактор соответствующего направления и двигатель тормозится.

ВЫВОДЫ

Применение разомкнутых релейно-контакторных систем позволяет осуществлять пуск, реверс и торможение электродвигателей в автоматическом режиме. Для этого используются различные аппараты: контакторы, автоматы, регуляторы, реле, кнопочные станции, путевые выключатели, бесконтактные логические элементы, а также разного рода вспомогательные электрические машины и аппараты.

Автоматизация пускового процесса значительно облегчает управление электродвигателями, устраняет возможные ошибки при пуске, ведет к повышению производительности механизмов и освобождает человека от утомительных операций.

Перечень ССЫЛОК

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - 6-ое изд., - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.

2. Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. - М.: Высш. шк., 1979. - 319 с.

3. Алексеев Ю.В., Рабинович А.А. Краново-металлургические и экскаваторные двигатели постоянного тока: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 168 с.

4. Л.И. Какуевицкий, Т.В.Смирнова Справочник реле защиты и автоматики/ Под ред. М.Э. Хейфица. Изд. 3-е, переработ. и доп. М.: Энергия, 1972. - 344 с.

5. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 344 с.

6. Электрооборудование кранов / А.П. Богословский, Е.М. Певзнер, H.Ф. Семерня и др.- М.: Машиностроение, 1983.- 310 с.

7. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М.: Энергия, 1966. - 256 с.