Современные электроприводы для автоматических линий и механизмов обычно строятся с применением релейно–контакторной аппаратуры, на которую 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 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.

Автоматизация упрощает обслуживание механизмов, дает возможность осуществить дистанционное управление электроприводами. Последнее особенно важно там, где нельзя управлять двигателями в непосредственной близости по условиям территориального расположения машин или в связи с особенностями технологического процесса.

Для автоматического управления электроприводами применяются различные аппараты: контакторы, автоматы, регуляторы, реле, кнопочные станции, путевые выключатели, бесконтактные логические элементы, а так же разного рода вспомогательные электрические аппараты и машины. Каждый из этих аппаратов состоит из ряда элементов: электромагнитной системы, создающей необходимое тяговое усилие; главных и вспомогательных контактов и т.д. С помощью проводов отдельные аппараты и их элементы электрически соединяются в общую систему, призванную осуществлять заданные операции в определенной последовательности.

В системах цепи делятся на две категории: цепи главного тока и вспомогательные. К первым относятся цепи двигателей и генераторов. Вспомогательные цепи включают в себя цепи управления, где присоединяются катушки контактов и реле, контактные реле, вспомогательные контакты контакторов и другие элементы аппаратов. Кроме того, к вспомогательным относятся цепи защиты, сигнализации и цепи, связанные со специальными блокировками между отдельными электроприводами.

Принципиальная схема содержит условные графические изображения элементов всех аппаратов и машин, которые располагаются на схеме так, чтобы её было удобно читать, а не по действительному пространственному расположению элементов, т.е. отдельные токоведущие элементы аппаратов и машин показаны на схеме в электрической цепи вне зависимости от кинематической или конструктивной связи этих элементов. Каждому аппарату в схеме присваивается буквенное обозначение, соответствующее функции данного аппарата.

В схемах предусмотрены различные способы защиты двигателей от перегрузки и короткого замыкания, от резкого снижения питающего напряжения и др.

2.2 Управление пуском АД с короткозамкнутым ротором

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя (рисунок 6) включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора KM и двух встроенных в него тепловых реле защиты KK . Такая схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а также защиту от коротких замыканий (предохранители FA ) и перегрузки (тепловые реле KK ).

Для пуска двигателя замыкается выключатель QF и нажимается кнопка пуска SB1 . При этом получает питание катушка контактора KM , который, включившись, своими главными силовыми контактами в цепи статора подключает двигатель к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SB1 . Происходит разбег асинхронного двигателя по его естественной характеристике. При нажатии кнопки остановки SB2 контактор KM теряет питание и отключает АД от сети. Начинается процесс торможения асинхронного двигателя выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

Рисунок 6 – Принципиальная схема управления пуском АД с короткозамкнутым ротором

2.3. Управление пуском АД с фазным ротором в функции времени

Упрощенная схема управления пуском АД с фазным ротором в функции времени в две пусковые ступени приведена на рисунке 7. В данной схеме применены реле времени KT1 и KT2 , имеющие свои контакты KT1 и KT2 в цепях силовых контакторов KM2 и KM3 . Контакты KT1 и KT2 работают на замыкание после потери питания катушек реле KT1 и KT2 с задержкой по времени.

При замыкании рубильника Q напряжение сразу подается на катушки реле времени KT1 и KT2 через замкнутые контакты KM1 и KM2 . Тем самым контакты реле KT1 и KT2 оказываются разомкнутыми. После нажатия кнопки пуска SB1 получает питание катушка контактора KM1 , в результате чего подается напряжение на статор двигателя, блокируется кнопка SB1 и теряет питание катушка реле времени KT1 . Начинается отсчет времени пуска со всеми пусковыми резисторами. После выдержки времени замыкается контакт KT1 , получает питание силовой контактор KM2 , что приводит к выводу из цепи ротора резистора R_Д1 и к потере питания реле времени KT2 . По окончании времени установки катушки реле KT2 замыкается контакт реле KT2 , получает питание силовой контактор KM3 , шунтируется оставшийся резистор R_Д2 , двигатель переходит на естественную характеристику. Все время автоматического пуска складывается из двух установок реле времени KT1 и KT2 и времени разгона двигателя по естественной характеристике.

Рисунок 7 – Принципиальная схема пуском АД с фазным ротором

Защита АД предусмотрена такая же, как в схеме , приведенной на рис.7 Нажатием кнопки остановки SB2 двигатель отключается от сетью, при этом катушка контактора КМ1 теряет питание и замыкающие контакторы его КМ1 размыкают цепь статора.

3. Управление реверсом АД с короткозамкнутым ротором

Основным элементом в схеме управления реверсом (рисунок 8) является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора (KM1 и KM2 ) и два тепловых реле защиты (KK ). Такая схема обеспечивает прямой пуск и реверс асинхронного двигателя, а также торможение АД противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

Рисунок 8 – Принципиальная схема управления реверсом АД с короткозамкнутым ротором

В схеме (см. рисунок 8) предусмотрена также защита от перегрузок АД (реле KK ) и коротких замыканий в цепях статора (автоматический выключатель QF ) и управления (предохранители FA ). Кроме того, в ней обеспечивается и нулевая защита от исчезновения (снижения) напряжения сети (контакторы KM1 и KM2 ).

Пуск двигателя в условном направлении “Вперед” или “Назад” осуществляется нажатием соответственно кнопки SB1 или SB2 , что приводит к срабатыванию контактора KM1 или KM2 и подключению АД к сети (при включенном автоматическом выключателе QF ).

Для обеспечения реверса или торможения двигателя сначала нажимается кнопка SB3 , что приводит к отключению включенного до тех пор контактора (например, KM1 ), а затем – кнопка SB2 , что приводит к включению контактора KM2 и подаче на АД напряжения питания с другим чередованием фаз. После этого магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов – торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только затормозить двигатель при достижении им нулевой скорости следует вновь нажать кнопку SB3 , что приведет к отключению его от сети и возвращению схемы в исходное положение. Если кнопку SB3 не нажимать, последует разбег АД в другую сторону, т. е. его реверс.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного нажатия кнопок SB1 и SB2 , в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокировка – рычажная система, которая предотвращает одновременное включение двух контакторов. В дополнение к механической в такой схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления, которая заключается в перекрестном включении размыкающих контактов аппарата KM1 в цепь катушки аппарата KM2 , и наоборот.

Отметим, что повышению надежности работы ЭП и удобства его в эксплуатации способствует использование в схеме управления воздушного автоматического выключателя QF , который исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы и при однофазном коротком замыкании, как это может иметь место при использовании предохранителей.

Заключение

По заданной нагрузочной диаграмме электропривода определили эквивалентную мощность и выбрали асинхронный двигатель 4АК225M6УЗ с фазным ротором, при чем учли условие Р_н ≥Р_э . Проверили выбранный двигатель на нагрев по методу средних потерь. Условие ΔР_ср ≤ΔР_н , – выполняется. А так же проверили на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети. Условие ,– выполняется. Произвели расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме, до установившегося теплового состояния двигатель прошел 4 цикла.

Определили сопротивление добавочного резистора, который необходимо включить в цепь ротора выбранного двигателя для снижения частоты вращения на заданную величину при номинальном моменте сопротивления. Построили естественную и реостатную механические характеристики двигателя.