Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

Г / / / / / /ТГТ

Д7/. ^ S- ss / / s / / ,

Рис 12 5 ЛинсЙнШ двигагсдь шиши-

рнчсскоЯ коисгрукшш

Такая конструкция удобна для компановки с рабочей машин-

Й, однако, она сопряжена со значительными потоками рассея-

поля статора, вследствие чего

со$ц>

двигателя будет низким.

Для увеличения электромагнитной связи между статором и

ичным элементом, послед-

размещают в прорезь между

умя статорами, либо коист-

1ия двигателя выполняется в

с цилиндра (см.рис. 12.5). В

м случае статор двигателя

дставляет собой трубку (1),

три которой расположены

индрические наборные ка-

ки (2), являющиеся обмот-

статора. Между- катушками

мешены ферромагнитные шайбы 3, являющиеся частью маг-

Шровода. Вторичный элемент - шток трубчатой формы также

полнен из феррома! нитиого материала.

Линейные асинхронные двигатели могут также иметь обра-

ло конструкцию, когда вторичный элемент неподвижен, а

мешается статор. Такие двигатели обычно применяются на

нспортных средствах. В этом случае в качестве вторичного

смеита используется рельс или специальная полоса, а статор

мешается на подвижной тележке.

Недостатком линейных асинхронных двигателей является

тзкий кпд и связанные с этим потери энергии, прежде всего, во

гричном элементе (потери скольжения).

В последнее время кроме асинхронных начали применяться

хронные (ветгтильные) двигатели Принцип работы вентиль-

го двигателя рассмотрен был в главе 8 и сохраняется в приме-

ни» к линейному варианту его исполнения. Конструкция тако-

двигагеля аналогична представленной на рис.

12.4.

Статор дви-

;ля развернут в плоскость, а на вторичном элементе размеша-

я постоянные магниты. Возможен вариант обращенной кон-

укини, когда статор является подвижной частью, а вторичный

емент с постоянными магнитами неподвижен. Переключение

'моток статора производится в зависимости от относительного

ЛОжения магнитов. С этой целью в конструкции предусмотрен

ик положения (4

на рис. 12.4).

Для позиционных приводов эффективно применяются также

инейные шаговые двигатели. Если развернуть в плоскость ста-

тор шагового двигателя, показанного на рис.

12.3.

а вторичный

элемент выполнить в виде пластины, на которой путем фрезеро-

вания канавок образованы зубцы, то при соответствующем пере-

ключении обмоток статора вторичный элемент будет совершать

дискретное движение, шаг которого может быть весьма малым

до долен миллиметра. Часто применяется обращенная конструк-

ция, в которой вторичный элемент неподвижен

Скорость линейною шагового двигателя определяется вели-

чиной зубцового деления г, числом фаз т и частотой переключе-

ния у -

'/.

Получение высоких скоростей движения не вызывает труд-

ностей. поскольку увеличение зубцового деления и частоты не

лимитируется технологическими факторами. Ограничения суще-

ствуют для минимального значения г, т.к. отношение зубцового

деления к величине зазора между статором и вторичным элемен-

том должно быть не меньше 10.

Использование дискретного привода позволяет не только

упростить конструкцию механизмов, совершающих линейное

однокоординатное движение, но и дает возможность с помощью

одного привода получить двух или многокоординатное движе-

ние. Если на статоре подвижной части расположить ортогонально

две системы обмоток, а во вторичном элементе выполнить канав-

ки в двух перпендикулярных направлениях, то подвижный эле-

мент будет совершать дискретное движение в двух координатах,

т.е. обеспечивать перемещение на плоскости. В этом случае воз-

никает задача создания опоры для подвижного элемента. Для ее

решения может использоваться воздушная подушка - напор воз-

духа, подаваемого в пространстве под подвижным элементам

Линейные шаговые двигатели развивают относительно низкое

тяговое усилие н имеют низкий кпд. Основной областью их при-

менения являются легкие манипуляторы, легкие сборочные стан-

ки, измерительные машины, станки для лазерной резки и другие

устройства.

Раздел II. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИ-

ВОДАМИ

Глава 13. Релейно-контакгорное управление электропри-

водами

Электроприводы с питанием электродвигателей непосредст-

но от сети, рабогающие в разомкнутых системах регулирова-

Ия. широко распространены во всех отраслях промышленного

жзводства. Преимущественно это асинхронные электроприво-

с двигателями с короткозамкнугым или фазным ротором. В

сих системах применяют контактные или бесконтактные пере-

'ючающие электрические аппараты релейного действия. Для

ючения и отключения силовых цепей используются электро-

магнитные контакторы или тнристоршле коммутаторы. Контак-

ты обычно имеют лугогасительную систему, которая гаранги-

эффективное отключение больших токов в цепях, содержа-

;их значительные индуктивности.

Логические функции управления электроприводом в соот-

ствии с технологическим процессом реализуются с помощью

ктромагнитных и других типов реле, контакты которых имеют

аниченную коммутационную способность, состаапяиэщую

ычно не более 5Л. В современных системах электроприводов с

декретным управлением часто логические функщш реализуются

а программируемых контроллерах с выходом на казушки кон-

горов.

13.1. Зшшпа в системах электропривода

Защиты асинхронных электроприводов

В асинхронных электроприводах с релейно-коптакторным

равлением применяются следующие виды защит.

Нулевая защита - это защита, отключающая электропривод

при недопустимом снижении питающего напряжения и после-

днем его восстановлении, чтобы исключить аварийные техно-

огические ситуации и травмы обслуживающего персонала.

Максимально-токовая зашита от коротких замыканий от-

ючает электропривод при коротких замыканиях в силовых це-

пях и цепях управления. Она предотвращает развитие аварии в

оврежденном участке схемы и защищает питающую электро-

привод линию.

Максимально-токовая защита oi кратковременных перегру-

зок, действующая на отключение, ирименяезся в асинхронных

электроприводах с двигателем с фазовым ротором Она защищает

щёточный узел ротора от работы с кратковременными недопус-

тимо большими токами. Ток срабатывания этой защиты обычно

принимается равным 2,5-^3,0/

. Максимальные пусковые токи

должны быть ниже тока срабатывания этой зашиты.

Тепловая защита действует на отключение и защищает элек-

тродвигателей от недопустимого перегрева его обмоток при пе-

регрузках за счёт нарушения технологического процесса или при

работе двигателя на двух фазах.

Защиты синхронных электроприводов

В синхронных электроприводах применяют следующие виды

защит. Максимально-токовая защита от коротких замыканий в

силовой цепи. Нулевая защита, если по технологии работы от-

дельно не отоваривается режим самозапуска при кратковремен-

ном исчезновении питающего напряжения. Минимально-токовая

защита в цепи обмотки возбуждения, защищающая синхронный

двигатель от продолжительной работы в асинхронном режиме

Защита от затянувшегося пуска, реализуемая с помощью реле

времени пуска. Выдержка времени этого реле выбирается исходя

из паспортных данных двигателя, где оговаривается максималь-

ное время, в течении которого синхронный двигатель может ра-

ботать в асинхронном режиме, по условиям нагрева пусковой

обмотки до максимально допустимой температуры. Если двига-

тель за отведённое время не вышел на рабочую характеристику

синхронного режима, то пуск должен быть прекращен, а двига-

тель отключён от питающей сети.

Защиты электроприводов постоянного тока

В электроприводах постоянного тока применяются следую-

щие виды защит:

- нулевая защита, предотвращающая самозапуск электропри-

вода при кратковременных исчезновениях питающего напряже-

ния;

- максимально-токовая защита от коротких замыканий в

силовой цепи;

- максимально-токовая защита, ограничивающая величину

тока якоря на предельно-допустимом уровне по условиям комму-

тации щеточно-коллекторного узла; эта защита в замкнутых сис-

темах регулирования выполняется с помощью схем токоограни-

чения; Й

- минимально-токовая защита с помощью реле минималь-

ного тока в цепи обмогкн независимого возбуждения; эта зашита

отключает электропривод, препятствуя работе двигателя с недо-

имо высокими скоростями вращения с сильно ослабленным

ком возбуждения при небольших нагрузках на валу;

- защита от перенапряжении в обмотке возбуждения при

ючениях схемы; реализуется путём включения разрядного

ротивления параллельно обмотке возбуждения; величина раз-

ного сопротивления принимается равной R

=2~R4R

13.2. Выбор силовых аппаратов управления

Автоматический выключатель выбирается по роду тока ком-

руемых цепей, постоянный или переменный ток, по числу

«мугирусмых цепей

одна, две или три, по номинальному току

актов I^Hwr, по типу используемого чувствительного раз-

кающего элемента - электромагнитный максимально-токовый

тспитель, тепловой расцепитель, либо и тог и другой одно-

меино. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя

I 1*144, так как он должен срабатывать при коротких замыка-

х в защищаемой цепи и не должен срабатывать во время пе-

ходных процессов пуска, реверса и торможения. Ток срабаты-

• ия теплового расцепителя. как правило, регулируется и уста-

ивается в пределах (0,9-И ,2)/„ автомата. Контакторы выби-

гся по роду коммутируемого тока; по номинальному иапря-

тию, по номинальному току силовых контактов но

лу силовых контактов один, два или три; по числу и типу

омогательных контактов размыкающих и замыкающих; по

у тока катушки управления - постоянного или переменного

а; по номинальному напряжению катушки.

Тепловые реле выбираются по номинальному току. Тин реле

делястся серией защищаемого двигателя и номинальным то-

м двигателя h^-^I,,

«ь,

Постоянная времени нагрева реле долж-

бьггь приблизтттельно равна постоянной времени нагрева за-

шаемого двигателя.

Предохранители для ценен управления выбирают по максн-

1ыюму току, потребляемому цепями управления, ,2

1»3/у.мы- Максимальный ток зависит от максимального числа

овременно включенных в схеме катушек контакторов и реле.

13.3. Принципы управления, используемые в релейно-

контакторных схемах управления

Управление процессами пуска, реверса и торможения в ре-

ейно-контакторных схемах осуществляется в функции времени,

ичины скорости, тока или пути. Выбор того или иного прин-

циля управления зависит от технологических требований и про-

стоты реализации

Управление в функции времени выполняется с использова-

нием реле времени. Тип применяемого реле времени определяет-

ся величиной требуемой выдержки времени и родом тока, на ко-

тором работает схема управления. В схемах управления электро-

приводами чаще всего используются электромагнитные реле

времени постоянного тока. Эти реле включаются практически

мгновенно, а отключаются с выдержкой времени. Этот тип реле

обеспечивает выдержки времени до 15с. При необходимости по-

лучения более продолжительных выдержек времени обычно ис-

пользуют электроиневматическое реле.

При реализации принципа управления в функции скорости

используется электромеханическое реле контроля скорости

(РКС), устанавливаемые на валу двигателя. Контакты этого реле

замыкаются в зависимости от величины скорости и направления

вращения. В схемах с реостатным пуском, реверсом и торможе-

нием в качестве реле контроля скорости используются электро-

магнитные реле напряжения, включаемые на напряжение якоря

или ротора.

Управление в функции тока выполняется с использованием

реле максимального или минимального тока, включаемых в си-

ловую цепь.

Управление в функции пути реализуется с использованием

контактных или бесконтактных путевых выключателей, которые

переключают свои контакты или выходной сигнал, когда меха-

низм достигает заданного напряжения.

13.4. Типовые схемы управлении асинхронными элек-

трон рн водам

Схема управления нереверсивным электроприводом с асин-

хронным двигателем с короткозамкнутыМ ротором без использо-

вания электрического торможения приведена на рис. 13.1. В схеме

реализуется пуск электродвигателя прямым подключением об-

мотки статора к питающей сети и работа в продолжительном ре-

жиме. Схема содержит следующие аппараты:

QF - автоматический выключатель (в дальнейшем автомат) с

макс имал ы ю-токовм м рас це п иг еле м,

КМ - контактор или пускатель; it

I R1 и FR2 - тепловые реле.

FU1 и FU2— предохранители;

А С9

)l W^pA I>

SB-П

КЧ

fu?\]

\ 2 ¥ 31—I F*1

3.1 Схема управ ICHHM исрсасрсишплм

jactrrpoirpumxnoM с асинхронным

к j лвигпгелем

SB-П («Пуск») и SB-C («Стоп») - кнопки пуска и остановки

юпривода.

В исходном поло-

женин схемы вклю-

чён автомат QF. Пуск

электропривода осу-

ществляется нажатием

кнопки SB-П. Прн

этом подаётся питание

на катушку КМ. Кон-

тактор включается и

замыкает свои сило-

вые контакты, под-

ключая статорную об-

мотку к питающей се-

ти. После пуска двига-

тель работает на есте-

ственной характери-

стике, Срабатывая ко-

нтактор КМ замыкает

>й вспомогательный контакт, включённый параллельно кнопке

6>В-П. И становится на самопитание.

Чтобы остановить электропривод, нажимают кнопку SB-C

/топ»), катушка КМ теряет питание и контактор отключает

горную цепь от питающей сети, Схема возвращается в исход-

ВК>е состояние.

Электропривод останавливается под действием статического

[момента электропривода Af

, который определяется технологией

работы механизма.

В схеме имеются следующие защиты. Нулевая защита, кото-

рая реализуется контактором КМ, так как управление схемой

Ируществляется от кнопок. При кратковременном исчезновении

Питающего напряжения или значительном его снижении контак-

|тор КМ Отключается, и схема возвращается в исходное состоя-

ние.

Ч, Максимально-токовая защита в силовых цепях выполняется

Ьвтоматом QF за счёт использования в нём максимально-токового

расцепителя с уставкой срабатывания Ц-г-14/„. При возникнове-

нии короткого замыкания в силовой цепи, срабатывает макси-

мально-токовый расцепитель и автомат отключает статорную

! цепь и электропривод в целом.

Максимально-токовая защита в цепях управления осуществ-

ляется предохранителями FL1 и FI.J2, номинальный ток которых

пр~

1 I ,3/u<JKC ;,(х,-г>.

Тепловая защита двигателя выполняется тепловыми реле

FRl, FR2, размыкающие ко»гтакты которых включены в цепь ка-

тушки контактора КМ. При срабатывании одною из тепловых

реле контактор КМ отключается, и схема возвращается в исход-

ное состояние. Повторно она может быть включена после осты-

вания теплового реле и двигателя.

Некоторые технологии требуют, чтобы процесс остановки

электропривода протекал интенсивнее, чем только иод действием

статического момента. В этом случае в схемах управления ис-

пользуют различные виды электрического торможения - динами-

ческое торможение и торможение противовключением. а также

механическое торможение с помощью электромагнитных тормо-

зов.

На рис. 13.2 приведена принципиальная схема нереверсивно-

го электропривода, которая позволяет производить пуск и оста-

новку электродвигателя с динамическим торможением.

торможением

Питание на схему подаётся автоматическим выключателем

QF, напряжение переменного тока на .обмотку статора - линей-

ным контактором КМ1, напряжение постоянного тока - контак-

тором динамического торможения КМ2. Источник постоянного

208

а содержит трансформатор Г и выпрямитель VI, подключае-

е к сети контактором КМ2 только в режиме торможения

Команда на пуск подаётся кнопкой SB2-n, а команда на ос-

"човку подается кнопкой SBC. При ее нажатии включается кон-

>р КМ1, и двигатель подключается к сети. Для остановки

идтеля нажимают кнопку SBI-C, контактор КМ

отключается

.отключает двигатель от сети переменного тока. Одновременно

"мально закрытым (н.з.).блок-контактом КМ1 включается кон-

)р КМ2, подающий в обмотки статора двигателя постоянный

Двигатель переходит в режим динамического торможения,

ительность подачи постоянного тока в обмотки статора коп-

улируется реле времени КТ. После отключения катушки КТ его

нтакт в цепи катушки КТ2 с выдержкой времени размыкается.

Е* схеме применены нулевая, максимально-токовая и тепло-

защиты, осуществляемая соответственно линейным контйк-

>м KM I, автоматическим выключателем QF с максимально-

овым расцеиите.тем и токовыми реле FR1 и FR2. Схема

давления защищена предохранителями FU1 и FU2. При сраба-

вании любой из защит отключается линейный контактор КМ1.

"пользуемая в схеме блокировка контактами 3-4 и

1-8

запреша-

iодновременное срабатывание контакторов КМ

и КМ2.

Когда по условиям технологического процесса необходимо

«чительно ускорить процесс торможения, то применяют тор-

жение противовключением. Схема реверсивного асинхронного

Ектроиривода. в которой реализуется торможение противовк-

чеиием приведена на рис. 13.3. Исходя из условий эксплуата-

1и электропривода схема управления питается пониженным

тдартным напряжением от трансформатора ТС.

Схема позволяет осуществлять прямой пуск, реверс и оста-

тку электропривода торможением противовключением с кон-

'лем по скорости. При этом в качестве чувствительного эле-

нта используется электромеханическое реле контроля скорости

, устанавливаемое на валу электродвигателя. Оно замыкает

и контакты SR(B) или SR(l-I) при скорости 1

Управляющие команды подаются в схему кнопками управ-

ления SB2 («Вперёд»). SB3(«Назад») и SB1 («Стоп») в зависимо-

от требуемого по технологии направления вращения. Напря-

ние на обмотку статора подаёмся контакторами KM 1(B), чере-

ованне фаз ЛВС, и КМ2(Н), чередование фаз СБА. Кнопка ос-

ювки электропривода SB1(C) включена в цепь катушки реле

торможения КТ, которое организует режим торможения проти-

вовключения при любом направлении вращения. В цепях кату-

шек контакторов КМ1{В) и КМ2(Н) находятся блокировочные

контакты 5-6 (SB3), 6-7(КМ2) и 12-I3(SB2) 13-Н(КМ1), предот-

вращающие одновременное срабатывание этих контакторов.

Рис. 13.3- Схема реперенвного асинхронное ^нсктроприаода с торможением

ротиконключениш

Управление электроприводом осуществляется следующим

образом. Прн нажатии кнопки SB2-B образуется цепь питания

катушки KMI, контактор КМ1 срабат ывает и подключает статор-

ную обмотку асинхронного электродвигателя к питающей сети и

происходит прямой пуск по характеристике, показанной на

рис.4.19.

При срабатывании контактора КМ1-В замыкается контакт 4-

5 (КМ1-В), шунтирующий кнопку SB2-B, и контактор становится

на самопитание. Одновременно в цепи катушки КМ2-П размыка-

ется блокировочный контакт 13-14 (КМ-В), в цепи катушки реле

торможения КТ замыкается контакт 3-15(КМ1-В). При разгоне

электродвигателя срабатывает реле контроля скорости и замыка-

ет свой контакт ll-13(SR-M), подготавливая схему к остановке

Электропривода, если будет нажата кнопка SBI-C("Cron")- »t

Для реверсирования электропривода нужно нажагь кнопку

SB3-H. После этого размыкается блокирующий контакт 5-6(SB3)

в цепи катушки KMI. Контактор КМ1 отключает статор двигате-

ля от питающей сети. Одновременно в цепи катушки КМ2 замы-