Автоматичне керування електроприводами

Керування електроприводом — це комплекс дій, які забезпечують пуск, зупинку, гальмування, реверсування, регулювання і стабілізацію швидкості, здійснення заданого режиму роботи привода, сигналізацію про стан окремих його ланок, захист від ненормальних режимів роботи і аварій тощо. Залежно від участі в цих діях людини (оператора) розрізняють два способи керування: неавтоматичне (ручне) та автоматичне.

Неавтоматичним (ручним) називають керування, при якому оператор бере безпосередню участь як у створенні початкового керуючого імпульсу, так і в усіх наступних операціях по керуван­ню електроприводом (наприклад, комутація електричних кіл привода за допомогою рубильників і перемикачів, пакетних вимикачів і перемикачів та інших апаратів ручного керування).

Автоматичним вважають таке керування, при якому основні операції керування здійснюються без участі оператора. Його роль зводиться лише до подачі команд і контролю за їх виконанням. Часто і самі ці команди подаються різними автоматичними пристроями.

Автоматичне керування електроприводами дає можливість підвищити продуктивність робочих машин, зменшити витрати електроенергії на виробництво одиниці сільськогосподарської продукції, значно знизити затрати і підвищити продуктивність праці обслуго­вуючого персоналу. При автоматичному керуванні створюються найсприятливіші умови для контролю за ходом технологічного процесу і забезпечення оптимального режиму роботи обладнання.

Під системою автоматичного керування електропривода розуміють сукупність механічних, електромеханічних, напівпровідникових та інших елементів, за допомогою яких здійснюється керування. Система автоматичного керування може бути розімкненою або замкненою.

Розімкненою називають таку систему автоматичного керування, при якій із зміною збурюючої дії (наприклад, навантаження на валу двигуна) змінюється раніше заданий режим роботи електропривода і відновлення цього режиму без втручання оператора неможливе.

Замкненою називають систему автоматичного керування, при якій із зміною збурюючої дії заданий режим роботи електропривода не змінюється. Заданий режим підтримується керуючими діями, що створюються за допомогою засобів зворотного зв'язку.

У сільськогосподарському виробництві в основному використовують розімкнені системи.

Принципи автоматичного керування електроприводами. В умовах сільськогосподарського виробництва здебільшого автоматизують керування пуском і гальмування асинхронних електродвигунів.

При пуску і гальмуванні з часом змінюються значення струмів у колах статора і ротора, обертаючий момент, швидкість обертання та інші параметри двигуна. Підтримувати величину цих параметрів в заданих межах можна відповідним перемиканням електричних кіл, зміною опору пускових і гальмівних резисторів, регулюванням напруги та іншими способами. Керування пуском і гальмуванням асинхронних двигунів переважно здійснюється у функції часу, струму або швидкості.

Керування функції часу полягає в тому, що перемикання електричних кіл, зміну опору пускових і гальмівних резисторів, підвищення або зниження напруги здійснюється в певний час, коли параметри двигуна(струм, момент, швидкість та інші) досягають заданих значень. Час контролюється за допомогою реле часу з відповідними видержками часу. Керування у функції часу можливе для усіх типів двигунів і на практиці найбільш поширене.

Керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції часу (рис.1.) здійснюють так. Натисканням на кнопку «Пуск» SB2 подають напругу на котушку лінійного контактора КМ1. Він спрацьовує і своїми головними замикачами контактами вмикає обмотку статора двигуна в електричну мережу, а допоміжним замикаючим контактом закорочує кнопку SB2 і подає напругу на котушку реле часу КТ1. Двигун розганяється при ввімкненому в коло ротора блоці пускових резисторів R1…R6. Реле часу КТ1 спрацьовує і своїм замикаючим контактом з видержкою часу подає напругу на котушки контактора прискорення КМ2 та реле часу КТ2, внаслідок чого вони спрацьовують. При спрацюванні контактора КМ2 замикаються його головні замикаючі контактори і закорочують перший ступінь блока резисторів R1…R3. Двигун продовжує розганятися при зменшеному опорі роторного кола. При спрацюванні реле КТ2 з видержкою часу подається напруга на котушку контактора КМ3 на саможивлення, а допоміжним розмикаючим контактом розмикає кола котушок контактора КМ2 та реле КТ1 і КТ2, позбавляючи їх живлення. Далі двигун розганяється при повністю закороченому блоці резисторів R1…R6 до швидкості, що відповідає навантаженню на його валу.

Рис.1.Схема електрична принципова керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції часу

Керування у функції струму здійснюється за допомогою реле струму, ввімкнених в коло якоря двигуна постійного струму або в коло статора чи ротора двигуна змінного струму. Коли струм в колі якоря(статора, ротора) досягає певного, наперед заданого значення, реле вмикають контактори або інші комутаційні апарати, які змінюють з’єднання електричних кіл двигуна, закорочують окремі ступені пускових, гальмівних і регулювальних резисторів тощо.

Спрощена принципіальна схема керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції струму показана на рис.2. Пуск здійснюється так. Натисканням на кнопку «Пуск» SB2 подається напруга на котушку лінійного контактора КМ1. Він спрацьовує і своїми головними замикаючими контактами вмикає обмотку статора двигуна на напругу електромережі, а допоміжними замикаючими контактами закорочує кнопку SB2 і подає напругу на блокувальне реле KV. На початку пуску в колі ротора находять максимальний пусковий струм, тому реле струму КА1 і КА2, котушки яких ввімкнені в це коло, спрацьовують і розмикають свої розмикаючі контакти в колах котушок контакторів прискорення КМ2 і КМ3. Це відбувається раніше, ніж замикання контакту блокувального реле КV, власна тривалість спрацювання якого більше від тривалості спрацювання реле КА1 і КА2. Тому контакти контакторів КМ2 і КМ3 залишаються розімкненими і двигун розганяється при ввімкненому в коло ротора блоці пускових резисторів R1...R6. Швидкість обертання двигуна зростає, а пусковий стум зменшується. При певних значеннях струму реле КА1 і КА2 по черзі повертається у вихідне положення і своїми розмикаючими контактами подають напругу в котушки контакторів прискорення КМ2 і КМ3. При цьому спочатку спрацьовує контактор КМ2 і своїми головними замикаючими контактами закорочує перший ступінь R1 і R3,а потім, через деякий час, спрацьовує контактор КМ3 і скорочує другий ступінь R4…R6, блока пускових резисторів. Далі двигун розганяється до повної швидкості при закороченому блоці резисторів R1…R6.

Рис.2.Схема електрична принципова керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції струму

Керування у функції швидкості можна здійснювати за допомогою реле швидкості, або реле, які реагують на зміну інших величин, що перебувають у прямій залежності від швидкості. Для двигунів постійного струму такою величиною є е.р.с., а для двигунів змінного струму – е.р.с., або частота струму ротора.

Керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції частоти струму ротора (рис.3.) здійснюється за допомогою реле частоти KF, магнітний потік якого створює спільною дією протилежно направлених магніторушійних сил котушки і короткозамкненого витка реле. На початку пуску частота струму ротора висока, тому струм в короткозамкненому витку і його розмагнічуюча дія великі, тому магнітний потік реле порівняно малий. Через це реле KF не спрацьовує і двигун розганяється при ввімкненому в коло ротора блоці пускових резисторів R1…R3. При зростанні швидкості двигуна частота струму ротора знижується, струм в короткозамкненому витку і його розмагнічувальна дія зменшується, а магнітний потік реле збільшується. Коли швидкість двигуна і частота струму ротора досягають певних значень, KF спрацьовує і своїм замикаючим контактом подає напругу на котушку контактора прискорення КМ2. Контактор КМ2 спрацьовує і закорочує блок резисторів R1…R3. Далі двигун розганяється при закороченому блоці резисторів до швидкості, що відповідає його навантаженню. Якщо при пуску двигуна застосовують кілька ступенів блока резисторів, то стільки ж треба мати реле, відрегульованих на різні частоти струму.

Рис.3. Схема електрична принципова керування пуском асинхронного двигуна з фазним ротором у функції частоти струму ротора

Таблиця 1

Характеристика апаратури керування та захисту

№ п/п	Комутаційний апарат	Тип апарату	Основні параметри	Умовне графічне зображення у схемах автоматизації
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.

 

Порядок виконання роботи:

1. Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню пускової та захисної апаратури, підготувати звіт до фіксації результатів досліджень.

2. Підготувати робоче місце до виконання роботи, зібрати схему досліджень (рис. 1, а).

3. Отримавши дозвіл керівника робіт, включити живлення схеми досліджень.

4. Здійснити пуск, зупинку роботи трифазного асинхронного електродвигуна на стенді за допомогою пускової апаратури.

5. Виключити живлення стенду, повернути всі органи керування обладнання у первинне положення.

6. Отримавши зразки пускової та захисної апаратури, розглянути їх будову, роботу, характеристики та параметри, у звіт внести їх основні відомості (таблиця 1).

7. Закінчивши виконання роботи, прибрати робоче місце, повернути інструкції до виконання роботи та роздаточні матеріали керівнику робіт.

Підготуйтеся до захисту звіту з лабораторної роботи. Дайте відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання:

1.Поясніть призначення та роботу пускозахисної апаратури в схемах керування електрообладнання.

2.Поясніть призначення блокувальних зв’язків у схемах керування електроприводами.

3.Поясніть будову, принцип дії,основні параметри та характеристики пускової та захисної апаратури.

4.По яким параметрам та характеристикам здійснюють вибір пускової та захисної апаратури?

5.Теплові та електромагнітні розчеплювачі автоматичних вимикачів - призначення, будова,принцип дії.

Література: [ 6 ], c 104-149.

Завдання на самостійну роботу: зробити необхідні розрахунки, оформити звіт, вивчити теорію з літературних джерел.

 

 

Лабораторна робота №8