Электрической схемы электропривода

 

После расчета статических характеристик и переходных процессов электропривода можно приступить к проектированию принципиальной электрической схемы. Прежде всего на основании статических электромеханических и механических характеристик электропривода проектируется силовая электрическая схема: якорная цепь (для машины постоянного тока) с необходимыми для обеспечения используемых статических характеристик резисторами, а так же контактами контакторов, производящих требуемые переключения якорной цепи двигателя (и цепи обмотки возбуждения, если это необходимо) и коммутацию пусковых, тормозных и других резисторов. Если в проекте используется асинхронный электродвигатель, то изображаются соответствующие выбранным статическим характеристикам резисторы и контакты контакторов, коммутирующие статорную и роторную цепи. В силовой цепи необходимо предусмотреть так же катушки защитных аппаратов: максимальных токовых реле в якорной (статорной) цепи и реле нулевого тока в цепи обмотки возбуждения машины постоянного тока независимого возбуждения.

В качестве примера рассмотрим проектирование силовой электрической схемы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения, позволяющей получить механические характеристики, приведенные на рис.11.

Из рассмотрения характеристик очевидно, что двигатель должен иметь возможность реверсирования, а так же пускаться (в две ступени) в обоих направлениях. Проектирование силовой схемы выполняется следующим образом:

а) Для возможности осуществления реверса предусматриваем в силовой схеме (рис.12) подключение якоря электрической машины к сети через замыкающие контакты контакторов направления (КМ1 – контактор «вперед», КМ2 – контактор «назад»), включенные в мостовую схему. В зависимости от того, какие контакты (КМ1 или КМ2) замкнуты, меняется полярность подводимого к якорю двигателя напряжения, а следовательно, изменяется направление вращения.

б) С целью осуществления двухступенчатого пуска необходимо последовательно в якорной цепи включить два добавочных резистора (R_д1 и R_д2). Для коммутации резисторов (при переходе с одной пусковой характеристики на другую) параллельно им изображаем замыкающие контакты контакторов ускорения КМ3 и КМ4.

в) В якорной цепи предусматриваем катушку реле максимальной токовой защиты КА1, а в цепи обмотки возбуждения двигателя ОВ – катушку реле ослабления поля КА2, контролирующего наличие тока в этой цепи (или снижение этого тока ниже допустимого уровня).

Подобным же образом осуществляется проектирование узлов силовой схемы, обеспечивающих формирование характеристик для получения пониженной скорости и режима электрического торможения.

После проектирования силовой электрической схемы у студента должно быть четкое представление о последовательности работы (включение-отключение) соответствующих контакторов. Только после этого можно приступать к проектированию релейно-контактной схемы управления.

Прежде всего выбирается род тока сети, питающей схему управления. В большинстве случаев в приводах постоянного тока схема управления также питается от сети постоянного тока, а в приводах переменного тока – от сети переменного тока. Иногда при напряженном режиме работы (т.е. при частом включении аппаратов) в приводах переменного тока для повышения надежности работы коммутирующих аппаратов питание схемы управления осуществляется от источника постоянного тока.

Схема управления должна по возможности позволять автоматизировать процессы пуска, понижения скорости, остановки и т.п. в функции определенных параметров (скорости, времени, тока). Следует еще раз подчеркнуть, что задача решения вопроса о том, в функции какого параметра должен быть автоматизирован тот или иной процесс, должна быть поставлена и решена еще при расчете переходных процессов, так как характер переходных процессов в значительной степени определяется этим выбором.

Схемой управления должны быть предусмотрены требуемые для электропривода проектируемого механизма вилы защит. При командоконтроллерном управлении надо стремиться при создании схемы свести к минимуму количество контактов командоконтроллера.

Может быть рекомендована следующая последовательность составления схемы управления.

1. Составляется защитная цепь. Как правило, в качестве исполнительного аппарата защиты используется реле (или контактор), катушка которого получает питание через контакты соответствующих аппаратов защиты: размыкающие контакты реле максимальной токовой защиты, замыкающие контакты реле нулевого тока и др. При отсутствии неисправностей (и наличие соответствующих блокировок там, где это необходимо по технологическим причинам) катушка реле защиты (KV) находится под напряжением, реле срабатывает и через его замыкающие контакты может быть осуществлено питание всей схемы управления.

При срабатывании какой-либо защиты разрывается цепь питания катушки реле защиты. При этом замыкающий контакт защитного реле снимает питание со всей схемы управления. В результате силовые замыкающие контакты соответствующего контактора направления отключают двигатель от сети.

2. определяется необходимое количество положений командоконтроллера (при командноконтроллерном управлении) для получения требуемых режимов работы электропривода. Составляются цепи питания катушек контакторов направления с соответствующими электрическими блокировками и контактами конечных выключателей, дающих команду на отключение привода при перемещении механизма за допустимые пределы.

3. Составляются цепи автоматического пуска (с определенным при расчете статических характеристик количеством ступеней) в функции выбранного ранее параметра (времени, скорости, тока). При этом необходимо стремиться использовать стандартные узлы схем.

4. Составляются цепи питания катушек контакторов, обеспечивающих переключения в силовой цепи для перехода на характеристики пониженной скорости. Команда на понижение скорости может даваться либо оператором при помощи перевода командоконтроллера в положение, соответствующее этому режиму, либо автоматически контактами путевых выключателей. При кнопочном управлении возможно использование дополнительных кнопок управления.

5. При наличии электрического торможения составляются цепи питания катушек контакторов, контакты которых создают соответствующие силовые схемы. Одновременно составляются узлы схем, позволяющие автоматизировать процесс торможения (с использованием стандартных узлов схем).

6. Для производственных механизмов, требующих фиксации механизма при отключении двигателя, составляется цепь питания катушки электромагнитного тормозного устройства (либо контактора, включающего эту катушку). При подаче питания на катушку электромагнитного тормозного устройства тормозные колодки освобождают вал механизма, при снятии питания тормозные колодки под действием пружины зажимают (фиксируют) вал механизма в неподвижном состоянии.

7. Просматривается работа схемы в целом при различных командах оператора и автоматических устройств с целью проверки правильности и согласованности работы различных узлов схемы и возможного ее упрощения.

На рис. 13 и 14 приведены составленные в соответствии с изложенными выше рекомендациями схемы управления для силовой схемы рис.12 при командноконтроллерном и кнопочном управлении соответственно. Автоматизация процесса пуска выполнена в функции времени. В приведенных схемах функцию минимальной защиты выполняет реле защиты KV. При снижении напряжения сети ниже минимального допустимого уровня (обычно 0,8¸0,85 U_ном), либо исчезновении напряжения реле KV отпадает и своим замыкающим контактом отключает схему управления, что приводит к отключению силовой схемы от сети и

фиксации механизма с помощью механического тормоза, так как катушка электромагнита тормозного устройства (ЭТ) в этом случае так же теряет питание.

Повторное включение электропривода в работу после срабатывания любого вида защит возможно в схеме на рис.13 только после установки командоконтроллера в нулевое положение. В схеме на рис. 14 сначала необходимо нажать кнопку готовности к работе SB1. Это так называемая нулевая блокировка (или защита от самозапуска). Эта блокировка обязательна при командоконтроллерном управлении: она исключает опасность самопроизвольного включения привода в работу после устранения неисправности или восстановления питающего напряжения, если командоконтроллер остался в одном из рабочих положений (не в нулевом). При кнопочном управлении нулевая блокировка может выполняться самими контактами кнопок.

В рассматриваемых схемах в цепи катушек контакторов направления КМ1 и КМ2 введены размыкающие контакты конечных выключателей соответственно SQ1 и SQ2. В том случае, когда перемещаемый механизм выходит за допустимые границы перемещения, механизм специальным упором нажимает на рычаг конечного выключателя. Последний своим размыкающим контактом снимает питание с катушки электромагнитного тормоза. При этом механизм фиксируется в неподвижном состоянии механическим тормозом. В схеме на рис. 12 катушка электромагнита включается непосредственно через параллельно включенные замыкающие контакты контакторов направления, а в схеме на рис. 13 – через замыкающие контакты специального контактора включения электромагнита КМ5.