Онищенко Г.Б. Электрический привод

Подождите немного. Документ загружается.

4. Напряжение управления ТП, соответствующее U

ТП

=220 В

ВкUU

урууТП

222,210

⋅

5. Коэффициент усиления ТП

220

===

уТП

ян

6. Коэффициент усиления усилителя к

уз

, в замкнутой системе регулиро-

вания найдем из соотношения

узоссууТП

кUUU )(

−

, откуда

6,36

5,10409,010

⋅−

−

нсу

уТП

уз

кU

7. Коэффициент усиления разомкнутой системы

3,17

9,1

09,0106,36

⋅⋅

ккк

спуз

8. Эквивалентная электромеханическая постоянная времени Т

м.экв

замкнутой по скорости системе

эквм

009,0

13,17

16,0

9. В разомкнутой системе регулирования

> 4Т

, т.к. 0,16 > 4 · 0,033

Это означает, что переходный процесс будет монотонным, носить апе-

риодический характер.

В замкнутой по скорости системе регулирования

м.экв

< 4Т

; 0,009 < 4 · 0,033

Это означает, что переходный процесс носит колебательный характер с

затуханием.

8.4. Контрольные вопросы для самопроверки

1. В каком случае возникают переходные процессы в электроприводе?

2. Каким уравнением описывается процесс изменения тока в обмотке

возбуждения двигателя после ее подключения к источнику питания?

3. Что нужно сделать, чтобы уменьшить время нарастания постоянного

тока в активно-индуктивной нагрузке после подачи на нее напряжения?

4. От каких параметров зависит величина электромеханической посто-

янной времени?

5. От каких параметров зависит электромагнитная постоянная времени

якорной цепи двигателя постоянного тока?

6. Каким типовым динамическим звеном описывается механическая

часть электропривода?

7. От

чего зависит характер переходных процессов в электромеханиче-

ской системе, имеющей механическую и электромагнитную инерционность?

8. Как по передаточной функции электропривода при возмущающем

воздействии определить величину установившейся ошибки по скорости при

приложении статического момента?

9. Почему при приложении нагрузки к валу двигателя постоянного тока

увеличивается ток якоря?

10. Из каких динамических звеньев состоит

структурная схема двигате-

ля постоянного тока?

11. Каким должно быть соотношение между электромеханической и

электромагнитной постоянными времени, чтобы переходный процесс носил

апериодический характер?

12. Какое влияние на характер переходных процессов в электроприводе

оказывает отрицательная обратная связь по скорости?

Глава 9. АППАРАТЫ И УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

9.1. Аппаратура управления и защиты электроприводов

Для управления

электроприводами используется разнообразная аппара-

тура, посредством которой реализуется информационный канал электроприво-

да, предназначенный для управления параметрами движения рабочего органа

машины в соответствии с требованиями технологического процесса (см. раздел

1.3). Совокупность аппаратов управления и датчиков электрических, механиче-

ских и технологических параметров образует информационно-управляющее

устройство электропривода.

Для коммутации силовых электрических цепей, устройств защиты и

блокировок применяются, как правило, контактные электрические аппараты.

Для выполнения логических функций управления, оптимизации параметров

движения электропривода все в большей степени используются устройства и

системы управляющей вычислительной

техники: микропроцессорные средства

и системы, программируемые контроллеры и промышленные компьютеры.

Электромеханические аппараты управления электроприводами разли-

чаются по их функциям, величине коммутируемого тока и напряжения.

По выполняемым функциям:

- аппараты защиты: автоматические выключатели, реле максимального

и минимального тока, плавкие предохранители, тепловые реле;

коммутационная аппаратура, предназначенная для оперативной комму-

тации электрических цепей; основными

видами этих аппаратов являются пус-

катели и контакторы;

- реле управления: промежуточные, реле времени, тока, напряжения;

- аппараты оперативного управления: кнопки, переключатели, командо-

контроллеры.

Автоматические выключатели (автоматы). Предназначены для защиты

электрических линий и приемников электроэнергии от токов короткого замы-

кания и токов перегрузки.

Отключение автоматов происходит под действием расцепителей: мак-

симальных, тепловых

и независимых. Защита от токов короткого замыкания

осуществляется максимальными расцепителями электромагнитного типа. Теп-

ловые расцепители служат для защиты от токов перегрузки. В настоящее время

используются отечественные автоматические выключатели серий АК-63, АЕ-

1000, АЕ-2000, A3100, А3700, ВА, Электрон.

Автоматические выключатели выбираются по номинальному току, со-

ставу расцепителей и номинальному току расцепителей.

Для силовых электрических аппаратов принят ряд номинальных значе-

ний токов: 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000А и более.

Электромагнитные контакторы. Служат для оперативного дистанцион-

ного включения и отключения силовых электрических цепей. Контакторы раз-

личаются по роду тока (постоянного и переменного); по числу

главных контак-

тов (одно и двухполюсные постоянного тока, трехполюсные переменного то-

ка); по напряжению питания катушки управления; числу блок-контактов и дру-

гим параметрам. Так как контакторы коммутируют значительный по величине

ток в цепях, содержащих индуктивности, они снабжаются устройствами гаше-

ния дуги на главных контактах.

Промышленностью выпускаются контакторы постоянного тока одно

- и

двухполюсные серий КП и КПД на токи от 25 до 250А и контакторы постоян-

ного тока однополюсные для частых включений серий КПВ600, КПВ620 на то-

ки от 100 до 630 А. Контакторы переменного тока серий КТ6000, КТ7000,

КТП600 выпускаются на токи от 63 до 1000А и имеют от двух до 5 (чаще всего

3) главных

контактов.

Контакторы серии МК на токи до 160А используют в цепях постоянно-

го и переменного тока с катушкой управления только на постоянном токе.

Магнитные пускатели. Это специализированные контакторы, предна-

значенные для управления асинхронными короткозамкнутыми двигатели. В со-

став пускателя входят: коммутирующее устройство в виде контактора (может

быть нереверсивным и реверсивным,

т.е. содержать 2 контактора), тепловые

реле защиты, иногда сигнальные лампы и кнопки управления). Выпускаемые

магнитные пускатели различаются на нереверсивные и реверсивные, по вели-

чине номинального тока на 6 габаритов (10, 25, 40, 63, 100, 160А), наличию те-

пловых реле и других встраиваемых элементов.

В настоящее время промышленностью выпускаются магнитные пуска-

тели серий ПМЛ, ПАЕ, ПА, ПМЕ и

другие. Схема асинхронным двигателем

посредством магнитного пускателя нереверсивного (а) и реверсивного (б) пока-

зана на рис.9.1.

Для пуска двигателя нужно включить выключатель QF и нажать кнопку

пуска SB 1. Получает питание катушка контактора КМ, который своими глав-

ными контактами подключает обмотки статора двигателям к сети. Блок-

контакт КМ шунтирует кнопку «пуск», так что после ее отпускания контактор

КМ остается включенным. Для отключения двигателя нужно нажать кнопку

«стоп» SB2, после чего контактор КМ отключается. Защита от коротких замы-

каний в схеме рис.9.1,а осуществляется плавкими предохранителями FA, а в

схеме рис.9.1,6 - автоматическим выключателем QF и предохранителями FA.

Защита двигателя от токов перегрузки производится тепловым реле КК, разры-

вающим при срабатывании цепь катушки

контактора. Возврат теплового реле

после срабатывания осуществляется нажатием имеющейся на нем кнопки. За-

щита от самопроизвольного включения двигателя после исчезновения (сниже-

ния) напряжения питания реализуется блок-контактом КМ, шунтирующим

кнопку SB1.

В реверсивном пускателе (рис.9.1,6) имеются два контактора КМ1 и

КМ2, подключающих обмотки статора к сети с разным порядком чередования

фаз. Для исключения одновременного включения двух контакторов, что приве-

дет к короткому замыканию, предусмотрены механическая

и электрическая

блокировки (введением нормально закрытых (н.з.) блок-контактов контакторов

в цепи катушки другого контактора).

Реле управления и защиты. В системах управления и защиты широко

используются электромагнитные реле, служащие для коммутации цепей управ-

ления. Коммутационная способность контактов реле не превышает, как прави-

ло, 6А.

Промежуточные реле предназначены для передачи

команд из одной це-

пи в другую и для увеличения числа одновременно срабатывающих контактов,

а также для увеличения мощности передаваемого дискретного сигнала. Реле

напряжения используются в цепях защиты от исчезновения или недопустимого

снижения напряжения. Катушки реле напряжения и промежуточных рассчита-

ны на напряжение постоянного тока 12, 24, 48, НО и 220В. Промежуточные ре-

ле

могут иметь до 8 нормально открытых (н.о.) и нормально закрытых (н.з.)

контактов.

Реле времени предназначены для осуществления задержки по времени

при передаче управляющего сигнала (команды). Наиболее распространены

электромагнитные реле времени постоянного тока серии РЭВ800. Выдержка

времени у этих реле создается при отключении их катушки; контакты реле при

этом удерживаются

определенное время (от 1 до 15 сек) за счет магнитного по-

тока, создаваемого вихревыми токами в гильзе, надетой на магнитопровод ре-

ле.

Кроме электромагнитных используют пневматические, механические и

электронные реле времени. Пневматическое реле представляет собой электро-

магнитное реле с пневматическим демпфером, замедляющим движение якоря

реле при включении. Пневматические реле дают выдержку при включении от

0,5 до 180 сек.

Электромагнитные реле тока и напряжения являются измерительными

реле, которые срабатывают (включаются или отключаются) при достижении

контролируемой величиной заданного значения. Ток (напряжение) срабатыва-

ния регулируется изменением силы натяжения возвратной пружины.

Тепловые

реле служат для защиты электродвигателей от перегрузки.

Чувствительным элементом этих реле является биметаллическая пластина, ко-

торая при нагреве прогибается, вызывал размыкание контакта реле.

Промышленностью выпускается большое число типов реле различного

назначения. Наиболее распространены промежуточные реле РПУО, РПУ1, 2, 3,

4, электромагнитные реле тока, напряжения и времени РЭВ800, пневматиче-

ские реле РВП-72 тепловые реле

ТРИ и ТРТП и многие другие.

В системах управления электроприводами, кроме указанных использу-

ются и другие контактные электрические аппараты. Сведения о них можно

найти в специальной литературе [18] и справочниках.

9.2. Бесконтактные логические элементы

В схемах управления электроприводами широко используются бескон-

тактные переключающие устройства, получившие название логических эле-

ментов. Они используются взамен

электромагнитных контактных реле управ-

ления. На основе логических элементов формируются бесконтактные схемы,

выполняющие логические функции управления, защиты и блокировок. Дос-

тоинством таких схем является высокая надежность, малые габариты, низкое

энергопотребление.

Логический элемент имеет два состояния: «включено» и «выключено»,

которые обозначаются соответственно цифрами 1 и 0. Состояние 1 указывает

на наличие напряжения на его

выходе, состояние 0 обозначает отсутствие на-

пряжения.

Основными логическими элементами являются:

логический элемент ИЛИ - сигнал 1 на выходе элемента будет в том

случае, когда на хотя бы одном из его входов будет присутствовать сигнал 1;

логический элемент И - сигнал 1 на его выходе будет в том случае, ко-

гда на всех его входах будет присутствовать сигнал 1;

логический элемент НЕ - осуществляет функцию

инверсии: когда сиг-

нал на входе 1, сигнал на выходе 0; если сигнал на входе 0, сигнал на выходе 1;

логический элемент памяти, который выполняет функцию запоминания дис-

кретного сигнала, реализуется на основе статического RS-триггера; при подаче

сигнала 1 на вход S получают сигнал 1 на прямом выходе и 0 на инверсном вы-

ходе; при снятии входного сигнала

на входе S триггер остается в прежнем со-

стоянии, т.е. запоминает сигнал; для замены сигнала 1 на прямом выходе нуле-

вым сигналом нужно подать сигнал 1 на вход R, после чего происходит пере-

ключение триггера с запоминанием нулевого сигнала на выходу у.

Условные обозначения типовых логических элементов даны на рис.9.2.

Кроме указанных в состав набора логических элементов входят элемен-

ты, реализующие выдержки времени, счетчики, дешифраторы, регистры и дру-

гие функциональные логические элементы, а также усилители мощности вы-

ходных сигналов и другие элементы, служащие для согласования работы логи-

ческих схем управления с контактными аппаратами: кнопками, выклю-

чателями, реле, датчиками и др.

В качестве элементов гальванической развязки

применяются миниатюрные герконовые реле типа РПГ-6 (реле, контакт кото-

рого заключен в герметическую капсулу, наполненную инертным газом).

Логические элементы выпускаются в составе серии интегральных логи-

ческих микросхем, таких как серии К155 и К511 и др.

Базовым элементом серий обычно являются элементы И-НЕ. Схема ти-

пового транзисторного элемента И-НЕ показана на рис.9.3. При подаче сигнала

0 на любой из трех входов транзистор VT1 открывается, что приводит к запи-

ранию транзисторов VT2 и VT4 и открыванию транзистора VT3. В результате

на выходе появится сигнал 1. При единичных сигналах на всех трех входах

транзистор VT1 будет заперт, что приведет к отпиранию транзисторов VT2 и

VT4 и формированию сигнала 0 на выходе (функ-

ция И-НЕ).

Дальнейшим развитием конструкции логи-

ческих элементов является их интеграция в много-

функциональные программируемые

устройства.

Примером таких устройств являются устройства

логические программируемые типа УПЛ, по-

зволяющие реализовать сложные разветвленные

схемы логического управления.

Принцип работы УПЛ заключается в последовательном опросе входных

сигналов, их логической обработке и выдаче соответствующих команд в вы-

ходные каналы. Число входов до 256, число выходов - 16. Программирование

осуществляется вводом с пульта команд в постоянное

запоминающее устройст-

во.

9.3. Датчики механических и электрических параметров

В системах автоматического управления электроприводами применяют

четыре основных вида датчиков: скорости, положения, тока и напряжения.

По принципу действия датчики делятся на аналоговые, где измеряемая

входная величина преобразуется в пропорциональный по величине электриче-

ский сигнал, и дискретные, где входная величина преобразуется в

цифровой

или импульсный сигнал.

Аналоговыми датчиками скорости являются тахогенераторы - малога-

баритные генераторы постоянного или переменного тока, расположенные на

валу двигателя. Наиболее часто применяются тахогенераторы постоянного тока

с электромагнитным возбуждением типа ПТ или возбуждением от постоянных

магнитов типа ЭТ. В конструкции тахогенераторов предусмотрены меры по

снижению пульсаций выходного напряжения, при малых скоростях вращения.

Выходное напряжение тахогенератора

ТГ

пропорционально скорости вращения

его вала, а знак напряжения и

ТГ

отражает направление вращения двигателя. Ос-

новное требование к тахогенераторам - линейность характеристики и

ТГ

- f(ω).

В современных системах автоматизированного электропривода с боль-

шим диапазоном регулирования скорости точность тахогенераторов может ока-

заться недостаточной. Для высокоточных электроприводов используются циф-

ровые датчики скорости [12].

Цифровой датчик содержит две основные части: датчик импульсов,

преобразующий угол поворота вала в число импульсов, и кодовый преобразо-

ватель - счетчик импульсов. Частота импульсов

ди

, будет пропорциональна ско-

рости вращения вала.

диди

(9.1)

где N

ди

- число импульсов на один оборот вала.

Датчик импульсов может быть выполнен на основе фотоэлектрического

кодового диска или индуктосина. В любом варианте датчик вырабатывает две

серии импульсов, сдвинутых по фазе на π/2, которые используются для опреде-

ления величины угловой скорости и ее знака. На рис.9.4 показан принцип дей-

ствия фотоэлектрического датчика

импульсов