Автоматични вериги за управление за стартиране и спиране на DC двигатели

Стартирането на всеки двигател е придружено от определени превключвания в силовата верига и веригата за управление. В този случай се използват реле-контактор и безконтактни устройства. За двигатели с постоянен ток да се ограничи стартови токове във веригата от ротори и арматури на двигателите се включват пускови резистори, които се изключват, когато двигателите се ускоряват на стъпки. Когато стартирането приключи, стартовите резистори са напълно заобиколени.

Спирачният процес на двигателите също може да бъде автоматизиран. След командата за спиране с помощта на релейно-контакторното оборудване се извършват необходимите превключвания в силовите вериги. При приближаване на скорост, близка до нула, двигателят се изключва от мрежата. По време на стартирането стъпките се изключват на редовни интервали или в зависимост от други параметри. Това променя тока и скоростта на двигателя.

Контролът при стартиране на двигателя се осъществява във функция на ЕМП (или скорост), ток, време и път.

Типични възли и схеми за автоматично управление на стартиращи DC двигатели

Стартирането на постоянен двигател с паралелно или независимо възбуждане се извършва с резистор, въведен във веригата на котвата. За ограничаване на пусковия ток е необходим резистор. С ускоряването на двигателя стартовият резистор се извежда на стъпки. Когато стартирането приключи, резисторът ще бъде напълно заобиколен и двигателят ще се върне към естествените си механични характеристики (фиг. 1). При стартиране двигателят ускорява според изкуствена характеристика 1, след това 2, а след маневриране на резистора — според естествена характеристика 3.

Ориз. 1. Механични и електромеханични характеристики на DC двигател с паралелно възбуждане (ω — ъглова скорост на въртене; I1 M1 — пиков ток и въртящ момент на двигателя; I2 M2 — ток и момент на превключване)

Помислете за възела на стартовата верига на DC двигателя (DCM) във функцията на ЕМП (фиг. 2).

Ориз. 2. Възелът на стартовата верига на DCT на паралелно възбуждане във функцията на ЕМП

Функцията EMF (или скорост) се управлява от релета, напрежения и контактори. Релетата за напрежение са конфигурирани да работят при различни стойности на ЕРС на котвата. Когато контакторът KM1 е включен, напрежението на KV релето в момента на стартиране не е достатъчно за работа. При ускоряване на двигателя (поради увеличаването на ЕДС на двигателя) се задейства релето KV1, след това KV2 (напреженията на задействане на релето имат съответни стойности); те включват контакторите за ускорение KM2, KMZ, а резисторите във веригата на котвата са шунтирани (схемите за превключване на контактора не са показани на диаграмата; LM е намотката за възбуждане).

Нека разгледаме схемата за стартиране на DC двигател във функцията на ЕМП (фиг. 3). Ъгловата скорост на двигателя често се фиксира косвено, т.е. измерване на количества, свързани със скоростта. За постоянен двигател такава стойност е ЕМП. Стартът се извършва по следния начин. Прекъсвачът на QF се включва, полето на двигателя е свързано към захранването. Релето KA се активира и затваря контакта си.

Останалите устройства на веригата остават в първоначалното си положение. За да стартирате двигателя, трябва натиснете бутона SB1 «Старт», след което контакторът KM1 се задейства и свързва двигателя към източника на захранване. Контакторът KM1 се захранва със собствено захранване.Двигателят с постоянен ток се ускорява с резистора на веригата на котвата на двигателя R.

С увеличаване на скоростта на двигателя, неговата ЕДС и напрежението в бобините на релетата KV1 и KV2 се увеличават. При скорост ω1 (виж фиг. 1.) релето KV1 се активира. Той затваря контакта си в контакторна верига KM2, която се задейства и късо съединява първия етап на пусковия резистор с неговия контакт. При скорост ω2 релето KV2 се захранва. Със своя контакт той затваря захранващата верига на контактора KMZ, който при задействане, с контакт, късо съединява втория стартов етап на пусковия резистор. Двигателят достига естествените си механични характеристики и прекратява излитането.

Ориз. 3. Схема за стартиране на DCT на паралелно възбуждане във функцията на ЕМП

За правилната работа на веригата е необходимо да се настрои релето за напрежение KV1 да работи при ЕМП, съответстваща на скоростта ω1, и релето KV2 да работи със скорост ω2.

За да спрете двигателя, натиснете бутона „Стоп“ SB2. За да изключите електрическата верига, отворете прекъсвача на QF.

Текущата функция се управлява от токово реле. Помислете за възела на стартовата верига постоянен двигател във функцията за поток. В диаграмата, показана на фиг. 4 се използват релета за свръхток, които се захващат при пусковия ток I1 и отпадат при минималния ток I2 (виж фиг. 1). Вътрешното време за реакция на текущите релета трябва да бъде по -малко от времето за реакция на контактора.

Ориз. 4. Възелът на стартовата верига на DCT на паралелно възбуждане в зависимост от тока

Ускорението на двигателя започва с резистора, напълно вмъкнат в веригата на котвата. С ускоряването на двигателя токът намалява, с ток I2, релето KA1 изчезва и със своя контакт затваря захранващата верига на контактора KM2, който заобикаля първия контакт на стартиране на резистора със своя контакт. По същия начин вторият стартов етап на резистора е късо съединение (реле KA2, контактор KMZ). Захранващите вериги на контакторите не са показани на диаграмата. В края на стартирането на двигателя резисторът във веригата на котвата ще бъде мостован.

Помислете за схемата за стартиране постоянен двигател като функция за поток (фиг. 5). Съпротивленията на стъпките на резистора се избират така, че в момента, в който двигателят е включен и стъпките са шунтирани, токът I1 във веригата на котвата и моментът M1 не надвишават допустимото ниво.

Стартиране на DC мотор се извършва чрез включване на прекъсвача на QF и натискане на бутона «Старт» SB1. В този случай контакторът KM1 се активира и затваря контактите си. Пусковият ток I1 преминава през силовата верига на двигателя, под въздействието на което се задейства релето за свръхток KA1. Контактът му се отваря и контакторът KM2 не получава захранване.

Ориз. 5. Схема за стартиране на DCT на паралелно възбуждане като функция на тока

Когато токът спадне до минималната стойност I2, релето за свръхток KA1 пада и затваря контакта си. Контакторът KM2 се активира и чрез основния си контакт маневрира първата секция на пусковия резистор и реле KA1. При превключване токът се повишава до стойността I1.

Когато токът отново се увеличи до стойността на I1, контакторът KM1 не се включва, тъй като бобината му е преодоляна от контакта KM2. Под влияние на тока I1 релето KA2 се задейства и отваря контакта си. Когато в процеса на ускорение токът отново спадне до стойността на I2, релето KA2 пада и контакторът KMZ се включва. Стартът приключва, двигателят работи с естествените си механични характеристики.

За правилното функциониране на веригата е необходимо времето за реакция на релето KA1 и KA2 да е по -малко от времето за реакция на контакторите. За да спрете двигателя, натиснете бутона «Стоп» SB2 и изключете прекъсвача на QF, за да изключите веригата.

Управлението на времето се осъществява с помощта на реле за време и съответни контактори, които късо съединяват резисторните етапи с техните контакти.

Помислете за възела на стартовата верига постоянен двигател като функция на времето (фиг. 6).Релето за време KT се задейства веднага, когато в управляващата верига се появи напрежение през отварящия контакт KM1. След отваряне на контакта KM1, релето за време KT губи захранването си и затваря контакта си със закъснение във времето. Контакторът KM2 след интервал от време, равен на закъснението на релето за време, получава захранване, затваря контакта си и маневрира съпротивлението във веригата на котвата.

Ориз. 6. Възелът на стартовата верига на DCT на паралелно възбуждане като функция на времето

Предимствата на управлението във функцията на времето включват лекота на управление, стабилност на процеса на ускорение и забавяне, липса на забавяне на електрическото задвижване при междинни скорости.

Помислете за схемата за стартиране постоянен двигател паралелно възбуждане като функция на времето. На фиг. 7 показва диаграма на необратим старт постоянен двигател паралелно възбуждане. Стартът протича на два етапа. Веригата използва бутони SB1 «Старт» и SB2 «Стоп», контактори KM1 … KMZ, електромагнитни релета за време KT1, KT2. Прекъсвачът на QF се включва. В този случай намотката на релето за време KT1 получава захранване и отваря контакта си във веригата на контактора KM2. Двигателят се стартира чрез натискане на бутона «Старт» SB1. Контакторът KM1 получава захранване и с основния си контакт свързва двигателя към източник на захранване с резистор във веригата на котвата.

Ориз. 7. Схема на необратим пуск на DC мотор като функция на времето

Релето на подтока KA служи за защита на двигателя от прекъсване на веригата на възбуждане. По време на нормална работа релето KA се задейства и контактът му в веригата на контактора KM1 се затваря, подготвяйки контактора KM1 за работа. Когато веригата на възбуждане е прекъсната, KA релето се изключва, отваря контакта си, след това контакторът KM1 се изключва и двигателят спира. При задействане на контактора KM1, неговият блокиращ контакт се затваря и контактът KM1 в релейната верига KT1 се отваря, което изключва и затваря контакта си със закъснение във времето.

След интервал от време, равен на закъснението на времето на релето KT1, се затваря захранващата верига на ускорителния контактор KM2, който се задейства и с главните си контактни къси съединения един етап от пусковия резистор. В същото време се захранва релето за време KT2. Двигателят ускорява. След интервал от време, равен на закъснението на релето KT2, контактът KT2 се затваря, контакторът за ускорение на KMZ се активира и с главния си контакт контактира втория етап на пусковия резистор във веригата на котвата. Стартът приключва и двигателят се връща към естествените си механични характеристики.

Типични единици на веригите за управление на спирачките с постоянен ток

Системите за автоматично управление с постоянен двигател използват динамично спиране, противоположно спиране и регенеративно спиране.

При динамично спиране е необходимо да се затвори намотката на котвата на двигателя до допълнително съпротивление и да се остави намотката за възбуждане под напрежение. Това спиране може да се извърши като функция на скоростта и като функция на времето.

Управлението като функция на скоростта (EMF) по време на динамично спиране може да се извърши съгласно схемата, показана на фиг. 8. Когато контакторът KM1 е изключен, котвата на двигателя се изключва от електрическата мрежа, но има напрежение на клемите му в момента на изключване. Релето за напрежение KV работи и затваря контакта си във веригата на контактора KM2, който със своя контакт затваря котвата на двигателя към резистора R.

При скорости, близки до нула, KV релето губи мощност. По -нататъшното спиране от минимална скорост до пълно спиране става под действието на статичен момент на съпротивление. За да се увеличи ефективността на спиране, могат да се приложат два или три етапа на спиране.

Ориз. 8. Възел на веригата за автоматично управление на динамично спиране във функцията ЕМП: а — силова верига; b — верига за управление

Динамично спиране постоянен двигател независимо възбуждане като функция на времето се извършва съгласно схемата, показана на фиг. девет.

Ориз. 9. Възел на динамичната спирачна верига на DCT на независимо възбуждане като функция на времето

Когато двигателят работи, релето за време KT е включено, но веригата на спирачния контактор KM2 е отворена. За спиране трябва да натиснете бутона „Стоп“ SB2. Контактор KM1 и реле за време KT губят мощност; контакторът KM2 се активира, тъй като контактът KM1 във веригата на контактора KM2 се затваря, а контактът на релето за време KT се отваря с време закъснение.

За времето на релето за време контакторът KM2 получава захранване, затваря контакта си и свързва котвата на двигателя с допълнителния резистор R. Извършва се динамично спиране на двигателя. В края му релето KT, след известно време, отваря контакта си и изключва контактора KM2 от мрежата. По -нататъшното спиране до пълно спиране се извършва под влияние на момента на съпротивление г -жа.

При спиране чрез противоположно действие ЕМП на двигателя и напрежението в мрежата действат съгласно. За да се ограничи токът, в електрическата верига се вкарва резистор.

Управление на възбуждане на DC двигатели

Полевата намотка на двигателя има значителна индуктивност и ако двигателят се изключи бързо, върху него може да се появи голямо напрежение, което ще доведе до разрушаване на изолацията на намотката. За да предотвратите това, можете да използвате възлите на схемите, показани на фиг. 10. Устойчивостта на гасене се включва паралелно с намотката за възбуждане през диода (фиг. 10, б). Следователно, след изключване, токът преминава през съпротивлението за кратко време (фиг. 10, а).

Ориз. 10. Възли на вериги за включване на гасящи съпротивления: а — успоредно е свързано закаляващо съпротивление; b — съпротивлението на гасене се включва през диода.

Защитата срещу прекъсване на веригата за възбуждане се осъществява с помощта на реле за подток съгласно схемата, показана на фиг. единадесет.

Ориз. 11. Защита срещу прекъсване на веригата за възбуждане: а — верига за възбуждане на мощност; b — верига за управление

В случай на прекъсване на намотката за възбуждане, релето KA губи захранване и изключва веригата на контактора KM.