Лекція 20 Типові реверсивні та нереверсивні схеми керування двигунами
Керування асинхронними двигунами
Найпростіша схема керування представлена на рис. 10.1. Вона виконана на магнітному пускачі з кнопковою станцією. Для захисту від коротких замикань у неї введені запобіжники або автоматичний вимикач, а для захисту від перевантаження – теплові реле.
Схема керування електроприводом з динамічним гальмуванням показана на рис. 10.18. У початковому положенні при увімкненому вимикачі QS1 апарати КM1 і КM2 не спрацьовують. Двигун вмикається натисканням на кнопку SB2. Для зупинки електропривода натискається кнопка SB1. При цьому відключається контактор КM1. Головними контактами КM1 відключає двигун від мережі, а вимикальним блок-контактом при натиснутій кнопці SB1 вмикає контактор гальмування КМ2, який стає на саможивлення і забезпечує живлення обмотки статора постійним струмом від випрямляча VD1 – VD4. Контактор КM2 має вбудоване реле часу з вимикальним контактом КТ2. Після закінчення заданої витримки часу, достатньої для гальмування електропривода, контакт КТ2 розмикає коло живлення котушки контактора, який головними контактами відключає випрямляч. При наявності в колах мережі постійного струму обмотки статора при динамічному гальмуванні отримують живлення через опір, який обмежує струм.
Рисунок 10.18 – Схема керування асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором із динамічним гальмуванням
Схема керування асинхронним двигуном з фазним ротором, яка працює у функції струму, представлена на рис. 10.19. При вмиканні мережного вимикача QS1 жоден з апаратів не спрацьовує. Прискорення двигуна передбачено в три ступіні. Захист від коротких замикань і надмірних пускових струмів здійснюється реле максимального струму КА1, КА2 і КАЗ, а захист від коротких замикань у колах керування – плавкими запобіжниками FU1. Пускові опори в колі ротора шунтуються контакторами прискорення КM2, КM3 і КM4. Реле прискорення КА4, КА5 і КА6 повинні бути налагоджені таким чином, щоб струми, при яких відповідні реле відключаються, задовольняли нерівності IКА4 > IКА5 > IКА6. Це необхідно для того, щоб не відбулося вмикання наступного контактора прискорення раніш попереднього.
Пуск двигуна здійснюється натисканням на кнопку SB2. Вмикається лінійний контактор КM1 і стає на саможивлення. Головними контактами він підключає статор двигуна до мережі, а вмикальним блок-контактом КМ1 вмикає блокувальне реле КV1, контакт якого після замикання подає живлення на вузол схеми прискорення двигуна.
Вмикання реле КV1 забезпечує деяку витримку часу, необхідну для досягнення в роторному колі значення струму, достатнього для спрацьовування реле прискорення. Тому що вимикальні контакти КА4, КА5 і КА6 будуть розімкнені, то контактори КМ2, КМ3 і КМ4 залишаться не увімкненими. Після зниження струму на першій ступіні прискорення першим відпустить якір струмове реле КА4. Контактом, що замкнувся, воно вмикає контактор прискорення КМ2, який стає на саможивлення та головними контактами шунтує першу ступінь прискорення. Розгін двигуна буде продовжуватися на другій реостатній характеристиці. Аналогічно будуть працювати реле прискорення КА5 і КА6, подаючи команди на вмикання контакторів КМ3 і КМ4, які шунтують другу і третю ступіні прискорення. Відключення двигуна відбувається при натисканні на кнопку SB1.
У залежності від призначення електроприводів і спеціальних вимог, що пред'являються до їх керування, варіантів схем керування може бути дуже багато. Для уніфікації схемних рішень вітчизняною промисловістю виготовляються станції, блоки та панелі керування.
Рисунок 10.19 – Схема керування асинхронним двигуном у функції струму
Станція керування (блок або панель) представляє собою комплектний пристрій з набором необхідних комутаційних і захисних апаратів, вимірювальних приладів, клем та інших елементів, які з'єднані за типовою схемою. Цей набір апаратів монтується на ізоляційних плитах або конструкції з рейок і розміщується в шафах, що зачиняються, або без них, якщо станція керування буде експлуатуватися в спеціальних електротехнічних приміщеннях.
Для керування асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором випускаються нормалізовані станції керування загального призначення серії БУ, ПУ із живленням кіл керування як на змінному, так і на постійному струмі. Схеми станцій керування виконані для нереверсивного та реверсивного керування двигунами з динамічним гальмуванням і гальмуванням противмиканням за типовими вузлами схем, розглянутими у лекції 18. У залежності від встановленої апаратури станції керування призначаються для тривалого, перемежованого і повторно-короткочасного режимів роботи. Габарити панелей залежать від встановленої апаратури і мають висоту до 2300 мм і ширину до 1200 мм. Захист від коротких замикань та від перевантаження двигуна здійснюється автоматичними вимикачами з комбінованими розчіплювачами.
Керування синхронними двигунами
Для електроприводів, які працюють з постійною швидкістю (компресорів, насосів тощо), широко застосовують синхронні двигуни. При пуску синхронний двигун спочатку розганяють як асинхронний за рахунок вбудованої в ротор короткозамкненої обмотки. При досягненні ротором підсинхронної швидкості в обмотку збудження подається постійний струм і двигун втягується в синхронізм. Особливістю пуску синхронного двигуна є керування подачею в його обмотку збудження постійного струму, який отримується за допомогою машинного генератора постійного струму або тиристорного перетворювача. Для спрощення схеми подачі збудження швидкохідних двигунів вал машинного збуджувача з'єднується безпосередньо з валом двигуна (див. рис 10.16) У тихохідних двигунів машинний збуджувач має приводний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором (рис 10.20, а). В сучасних схемах пуску синхронних двигунів процес подачі постійного струму в обмотку збудження автоматизується або в функції швидкості, або в функції струму статора.
Рисунок 10.20 – Схеми підключення обмотки збудження синхронного двигуна
При першому способі постійний струм в обмотку збудження подається вмиканням контактора КМ2, який отримує команду від реле подачі збудження КТ1 з обмоткою, що демпфує. Реле КТ1 увімкнено через діод VD1 на частину розрядного резистора R2. При підключенні обмотки статора до мережі через велике ковзання ротора в обмотці збудження двигуна М наводиться змінна однофазна ЕРС По котушці КТ1 протікає випрямлений діодом VD1 однонапівперіодний струм iКТ1 (рис. 10.20, б). Амплітуда і частота струму пропорційні ковзанню ротора. На початку розгону двигуна, коли s = 1, імпульси струму в реле досить великі та реле КТ1 вмикається. Магнітний потік у магнітній системі реле залежить не тільки від амплітуди, але й від інтервалів між напівперіодами струму iКТ1. По мірі розгону двигуна (тобто зниження s) амплітуда імпульсів зменшується, а інтервали між ними збільшуються. Магнітний потік реле поступово знижується за кривою ФКТ1 = f (t). При малому ковзанні ротора, коли кутова швидкість його стає великою та дорівнює підсинхронній, ФКТ1 = Фвідп. і якір реле відпадає. Вимикальний контакт КТ1 у колі котушки контактора КМ2 замикається та створює коло вмикання контактора КМ2.
Другий спосіб вмикання реле, яке контролює подачу збудження, заснований на різкому зниженні струму статора при підсинхронній швидкості ротора. Реле КА1 вмикається в одну з фаз статора через трансформатор струму. Тому що збудження частіше подається в одну ступінь, то використання другого способу дає кращі умови входження двигуна в синхронізм.
Рисунок 10.21 – Схема прямого пуску синхронного двигуна
При статичному моменті на валу двигуна, який не перевищує 0,4 Mном, пуск здійснюють із глухо (постійно) увімкненим збуджувачем (див. рис. 10.16). Схема подачі збудження в цьому випадку значно спрощується. По мірі розгону напруга збуджувача росте і при підсинхронній швидкості досягає встановленого значення. Струм збудження буде достатнім для входження двигуна в синхронізм. Зараз у потужних електричних мережах такий спосіб вмикання широко застосовується. Якщо падіння напруги в мережі від пускових струмів недопустиме, то пуск двигуна виконується при зниженій напрузі (див. вузли схем на рис. 10.10). При цьому в залежності від типу двигуна та характеристик статичного моменту подача струму збудження здійснюється або до вмикання на повну напругу (легкий пуск), або при повній напрузі на обмотці статора (важкий пуск).
Одна з простих схем прямого пуску синхронного двигуна, який вмикається на повну напругу мережі, представлена на рис. 10.21. Роз'єднувач QS1 вмикається до початку пуску. При його вмиканні жоден з апаратів не спрацьовує. Нормальне вмикання та відключення двигуна виконується від руки лінійним вимикачем QS2. При спрацьовуванні захисту відключення двигуна відбувається після замикання контакту KA1 або КА2 у колі котушки YA1 електромагніта відключення лінійного вимикача.
Обмотка збудження двигуна отримує живлення від окремого збуджувального агрегату G – М1, генератор збудження G якого підключається до неї після спрацьовування контактора КМ1. Необхідний струм збудження регулюється реостатом R1. Кола керування подачі збудження живляться від генератора збудження. Захист від обриву кола збудження здійснюється реле струму КА3.
Після вмикання асинхронного двигуна М1 збуджувального агрегату та вимикача QS3 в колі керування послідовно спрацьовують реле контролю пуску КТ2 і КМ2, які розмикають коло електромагніта відключення YA1.
Пуск двигуна здійснюється ручним вмиканням вимикача QS2. При цьому вимикальний блок-контакт QS2 розриває коло живлення котушки КТ2 і здійснює додатковий розрив у колі котушки КМ4. Вмикальними блоками-контактами QS2 підготовлює до вмикання контактор КМ1, електромагніт відключення YA1 та вмикає реле часу КТ3, яке, у свою чергу, вмикає реле часу КТ4. Реле КТ4 після отримання живлення самоблокується і вмикальним контактом підготовлює до вмикання контактор КМ1.
В результаті вмикання двигуна в мережу реле подачі збудження КТ1 живиться однонапівперіодним струмом, який визначається підвищеним ковзанням ротора. Вимикальний контакт КТ1 у колі котушки КМ1 на період розгону двигуна розімкнений. При досягненні двигуном підсинхронної швидкості (» 0,95 w0) вимикальним контактом КТ1 вмикається контактор збудження КМ1, який від'єднує розрядний резистор R2 від обмотки збудження і подає на неї напругу постійного струму. Двигун втягується в синхронізм.
Контактор КМ1 має дві котушки: вмикальну КМ1 та механічної заскочки КМ4. Після вмикання КМ1 заскочка КМ4 розриває коло живлення його та утримує в увімкненому положенні доти, поки заскочка не буде відведена вимикальною котушкою КМ4. Вмикальним блок-контактом заскочка КМ4 підготовлює власне коло відключення.
При відключенні вимикача QS2 вручну або за допомогою кнопки SB1 вимикальний контакт QS2 подає живлення на вимикальну котушку КМ4 контактора збудження КМ1. Щоб запобігти заїдання заскочки, яка отримала живлення, контактор КМ1 щільніше підтягає рухому частину та дозволяє заскочці вільно відійти. Відключившись, контактор КМ1 замкне обмотку ротора на розрядний резистор R2. Одночасно вмикальним контактом КМ4 знеструмиться котушка КМ1.
При запуску, який затягнувся понад встановлений час, реле КМ2 замкне контакт у колі YA1 і двигун буде відключений від мережі.