Опишите принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей. Укажите достоинства и недостатки каждого из принципов

При автоматическом управлении ЭП и технологическим процессом может применяться управление в функции мощности, момента, натяжения, температуры, цвета, числа операций и др.

Переключение искусственных характеристик, закорачивание пусковых ступеней, т. е. включение и отключение контакторов ускорения, кроме перечисленных, можно осуществлять:

1)по принципу тока,

2)по принципу скорости,

3)по принципу времени.

Принципы управления отличаются друг от друга, имеют свои достоинства и недостатки. Их надо оценивать:

1)с точки зрения реализации схемы, ее эксплуатации,

2)с точки зрения качества управления при изменение параметров системы.

Управление по принципу времени.

Оно осуществляется с помощью аппаратов, контролирующих время, т. е. реле времени, настраиваемых на отсчет заданных выдержек времени. Каждое реле включает или отключает отдельный контактор, который закорачивает главным контактом или вводит нужную ступень пускового или тормозного сопротивления.

Схемы управления по принципу времени достаточно просты, могут использоваться однотипные реле времени, которые предусматривают настройку выдержки. Однако реле времени сложнее обычных реле, менее надежны, дороже, имеют большие габариты.

Управление по принципу скорости.

Оно производится с помощью реле, контролирующих угловую скорость двигателя непосредственно или косвенно. По достижении заданного значения скорости соответствующее реле выдает команду на включение контактора ускорения. При косвенном управлении используются величины, пропорциональные угловой скорости двигателя (для ДПТ – через амплитуду ЭДС якоря E=Cω; для АД с фазным ротором – через амплитуду ЭДС и частоту тока ротора).

С точки зрения реализации схемы управление по принципу скорости наиболее выгодны, т. к. используются обычно дешевые электрические аппараты. Однако разгон привода при этом принципе происходит медленнее.

Управление по принципу тока.

Оно осуществляется путем применения реле минимального или максимального тока. Эти реле включают контакторы ускорения в моменты увеличения или уменьшения тока двигателя до заданного значения.

Схемы управления по принципу тока недостаточно надежны, возможны ложные включения контакторов ускорения и возникновения сверхтоков. Ограничена возможность настройки тока отпускания и тока включения. Требуется применение специальных реле. Более целесообразно применение принципа тока при управлении потоком возбуждения.

Управление в функции ЭДС.

Производится с помощью реле или контакторов, настроенных на срабатывание при различных значениях ЭДС якоря или ротора.

Управление в функции частоты.

Оно основано на изменение частоты тока ротора или ЭДС, пропорциональной скольжению, при пуске или торможении ЭП и осуществляется с помощью реле, настроенных на эту частоту тока и ЭДС.

Управление торможением может производиться в функции времени, скорости (ЭДС, частоты) и тока с применением тех же средств, что и при пуске. Окончание процесса торможения фиксируется соответственно: после выдержки времени, достаточной для торможения; при снижении угловой скорости двигателя до нуля; при снижении тормозного тока двигателя до заданного значения при торможении противовключением или до нуля при динамическом торможении.

3. Начертите схему пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции времени, объясните принцип её действия с помощью временных диаграмм и механических характеристик электродвигателя.

Эта схема включает в себя кнопки управления SB1(пуск) и SB2(останов, стоп ДПТ), линейный контактор КМ1, обеспечивающий подключение двигателя к сети, и контактор ускорения КМ2 для выключения пускового резистора R_д (рисунок 1а). Электромагнитное реле времени КТ используется в качестве датчика времени. При подключение схемы к источнику питания происходит возбуждение ДПТ и срабатывает реле КТ, размыкая свой контакт в цепи катушки контактора КМ2 и подготавливая двигатель к пуску.

а) схема пуска ДПТ ПВ в функции времени

б) механические (электромеханические) характеристики ДПТ ПВ

в) временные диаграммы работы ДПТ ПВ

Рисунок 1 – Пуск ДПТ в функции времени

При нажатие кнопки SB1 получает питание контактор КМ1, подключается ДПТ к источнику питания. Двигатель начинает разбег с включенным резистором R_д в цепи якоря. Одновременно шунтируется кнопка SB1 и она будет отпущена, а размыкающий блок-контакт КМ1 разрывает цепь питания катушки КТ. После прекращения питания катушки реле времени через интервал времени Dt_кт, называемой выдержкой времени, размыкающий контакт КТ замкнется в цепи катушки контактора КМ2, последний включится и главным контактом закоротит пусковой резистор R_д в цепи якоря. Таким образом, при пуске двигатель в течение времени Dt_кт разгоняется по искусственной характеристике 1, а после шунтирования резистора R_д - по естественной характеристике 2 (рисунок 1б). Сопротивление резистора R_д выбирается таким образом, чтобы в момент включения двигателя ток I₁ в цепи и соответственно момент М₁ не превосходили допустимого уровня.

За время Dt_кт после начала пуска скорость вращения двигателя (кривая 3) достигнет значения w₁,а ток в цепи якоря (кривая 4) снижается до уровня I₂ (рисунок 1в). После шунтирования резистора R_д ток в цепи якоря скачком возрастает до значения I₁, не превышающего допустимого уровня. Изменение скорости, тока и момента во времени происходит по экспоненте. Установившееся движение наступит после достижения двигателем момента нагрузки М_с (тока I_c).

4. Начертите схему пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции тока, объясните принцип её действия с помощью временных диаграмм и механических характеристик электродвигателя.

Пуск двигателя осуществляется включением автоматическо­го выключателя QF и нажатием кнопки SB1 «Пуск» (рисунок 1). При этом срабатывает контактор КМ1 и замыкает свои контакты. По сило­вой цепи двигателя проходит пусковой ток I₁, под действием ко­торого срабатывает реле минимального тока КА1. Его контакт размыкается, и контактор КМ2 не получает питания. Двигатель начинает разгоняться с полностью введённым сопротивлением R по искусственной характеристике 1 (рисунок 2а)

Рисунок 1 – Схема пуска ДПТ ПВ в две ступени в функции тока

а) электромеханические (механические) характеристики ДПТ ПВ

б) временные зависимости тока I и скорости ω двигателя

Рисунок 2 – Характеристики работы ДПТ ПВ

По мере разгона двигателя его ток снижается, по характеристике 5 (рисунок 2б), до минимального значения I₂, в этот момент времени реле максимального тока КА1 отпадает и замыкает свой контакт. Сра­батывает контактор КМ2 и своим главным контактом шунтирует первую секцию пускового резистора. При переклю­чении ток якоря двигателя снова возрастает до значения I₁. Двигатель начинает разгоняться с одной введённой секцией пускового резистора по характеристике 2. При повторном увеличении тока до значения I₁ реле тока КА1 не включается, поскольку его катушка зашунтирована контактом КМ2. Под действием тока I₁ реле КА2 срабатывает и размыкает свой контакт. Когда в процес­се ускорения ток вновь уменьшается до значения I₂, реле КА2 от­падает и включается контактор КМЗ. Происходит шунтирование второй секции пускового резистора и реле минимального тока КА2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и работает с установившейся скоростью ω_с и моментом нагрузки на валу М_с. Характеристика 4 (рисунок 2б) показывает изменение угловой скорости двигателя во времени.

Защита двигателя от токов короткого замыкания и перегрузки осуществляется с помощью автоматического выключателя QF. Реле тока КА служит для защиты двигателя от обрыва обмотки возбуждения.

Для правильной работы схемы необходимо, чтобы время сра­батывания реле КА1 и КА2 было меньше времени срабатывания контакторов КМ2 и КМ3. Чтобы остановить двигатель, необходимо нажать кнопку SB2 «Стоп» и выключить автоматический выключатель QF для обесточивания схемы.