§ 20. ПОНЯТИЕ О СХЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
Асинхронные двигатели.
Для автоматизированного управления асинхронными двигателями применяют комплекты аппаратуры, состоящие из контакторов, реле, сопротивлений и др., смонтированные на специальных панелях, которые называют станциями управления, или магнитными станциями. Выпускаются стандартные магнитные станции для управления электроприводами на постоянном и переменном токе.
Рис. 96. Станция управления для автоматического пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя: а — внешний вид, б — схема
На рис. 96 показаны внешний вид и схема простой станции управления для автоматического пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя при пониженном напряжении с помощью сопротивлений в цепи статора. В верхней части панели управления расположены рубильник Р, три реле максимального тока РМ и два предохранителя П. В средней части панели расположен вспомогательный контактор У, в нижней части — главный линейный контактор Л.
Рис. 97. Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором
Для пуска нужно включить рубильник Р и нажать кнопку «Пуск», после чего катушка вспомогательного контактора У обтекается током и контактор включает электродвигатель через пусковые сопротивления СП. Одновременно с включением контактора У, включается его первый блок-контакт У1 без выдержки времени, а спустя некоторое время, достаточное для разгона электродвигателя на пониженном напряжении, включается второй блок-контакт У2. После этого обтекается током катушка линейного контактора Л, который включает электродвигатель на полное рабочее напряжение сети, минуя пусковое сопротивление СП.
При перегрузках или коротких замыканиях срабатывает минимум одно из трех реле максимального тока, при этом размыкается цепь питания катушек контакторов У и Л, и они отключаются, восстанавливая схему в первоначальное положении. Цепь питания катушек можно разорвать также нажатием кнопки «Стоп».
Схема автоматизированного управления асинхронным двигателем с фазным ротором показана на рис. 97. При нажатии кнопки «Пуск» включается линейный контактор Л. Электродвигатель включается при полностью введенных в цепь ротора сопротивлениях. Одновременно включается блокировочное реле РБ, у которого замыкается нормально открытый контакт и подается питание к катушкам контакторов ускорения 1У, 2У и 3У.
Рис. 98. Схема управления пуском двух электродвигателей в заданной последовательности
В цепь ротора включены токовые реле 1РУ, 2РУ, 3РУ. Контакты токовых реле нормально замкнуты; при включении электродвигателя от пускового тока эти контакты размыкаются. Каждое токовое реле отрегулировано на определенный ток срабатывания. По мере разгона электродвигателя ток в роторе снижается, и когда он достигает величины, на которую отрегулировано реле 1РУ, его контакт замкнется, после чего включится контактор 1У и первая ступень сопротивлений в цепи ротора будет выведена.
По мере уменьшения тока в роторе последовательно срабатывают реле 2РУ и 3РУ и включаются контакторы 2У и 3У. После включения контактора 3У сопротивление в роторе полностью зашунтируется — электродвигатель получит номинальное число оборотов.
Широкое применение в схемах автоматизированного управления многодвигательными электроприводами имеет электрическая блокировка, которая обеспечивает заданную последовательность пуска нескольких электродвигателей (рис. 98). Эту схему применяют, например, на двухмоторном фрезерном станке, когда включение электродвигателя подачи стола 2Д разрешается только при работающем электродвигателе вращения фрезы 1Д.
Как видно из схемы, пуск электродвигателя 1Д производится нажатием кнопки «Пуск 1» и от электродвигателя 2Д не зависит. В то же время электродвигатель 2Д включится только тогда, когда блок-контакт 1К замкнется, т. е. при включении контактора 1Д и работе электродвигателя 1Д. Защита электродвигателей от перегрузки осуществляется тепловыми реле 1РТ и 2РТ, а от коротких замыканий — предохранителями 1П, 2П и 3П.
Рис. 99. Схема автоматического пуска резервного электродвигателя
В некоторых установках должна быть обеспечена бесперебойность технологического процесса и в случае остановки одного агрегата должен автоматически включиться другой такой же (резервный) агрегат (рис. 99). Вначале включением рубильника 1Р пускают двигатель 1Д.
Рис. 100. Схема автоматизированного управления двумя электродвигателями с реверсивным ходом от путевых выключателей
Блок-контакты 1Д и 2К нормально замкнуты, когда соответствующие им электродвигатели не работают. После пуска электродвигателя 1Д в цепи управления электродвигателя 2Д размыкается блок-контакт 1К, поэтому, когда тотчас же вслед за пуском электродвигателя 1Д включают рубильник 2Р, электродвигатель 2Д не включается. Но стоит контактору 1К отключиться, как сразу же замкнется блок-контакт 1К в цепи катушки 2Д и электродвигатель 2Д включится. При этом электродвигатель 1Д включиться не сможет, так как блок-контакт 2Д в цепи катушки 1К будет разомкнут.
Чтобы снова включить электродвигатель 1Д, нужно произвести следующие операции: отключить рубильник 2Р, включить рубильник 1Р и включить рубильник 2Р.
Рис. 101. Схема управления токарно-винторезным станком модели 1К62:
СВ — сетевой пакетный выключатель, ДГ — двигатель главного привода, ДО — двигатель насоса охлаждающей жидкости, ДГЛ — двигатель привода гидросистемы, ДБХ — двигатель быстрого хода суппорта, КГ и КБХ — пускатели, Тр — понизительный трансформатор на 36 и 127 В, ЛО — лампа местного освещения 36В, РВ — реле времени, БХ и КВ — блок-контакты путевых переключателей, ПР — предохранители, РТ — тепловые реле, ВП — выключатели, ШР — штепсельный разъем
Пример схемы автоматизированного управления двумя электродвигателями с реверсивным ходом (вперед — назад) от путевых конечных выключателей показан на рис. 100. Пуск и остановку всей системы выполняют, нажимая одну кнопку. Далее заданный цикл работы осуществляется автоматически. При нажатии кнопки «Пуск» и замкнутом путевом конечном выключателе 2ПВ включается контактор 1В и электродвигатель 1Д идет в направлении «Вперед». Когда приводимый механизм дойдет до заданного конечного положения, путевой выключатель 2ПВ разомкнет цепь катушки 1В и электродвигатель 1Д остановится.
Одновременно замкнется нормально открытый контакт 2ПВ в цепи катушки 2В. и второй электродвигатель также пойдет в направлении «Вперед» до тех пор, пока приводимый им механизм не переключит путевой выключатель 4ПВ. Вследствие этого электродвигатель 2Д остановится, а затем оба электродвигателя 1Д и 2Д пойдут в направлении «Назад», так как нормально открытый контакт путевого выключателя 4ПВ замкнет цепи катушек 1Н и 2Н. Когда механизмы, приводимые электродвигателями 1Д и 2Д, дойдут в направлении «Назад» до путевых выключателей 1ПВ и 3ПВ, выключатели разомкнут цепи катушек 1Н и 2Н и электродвигатели 1Д и 2Д остановятся. Блок-контакты 1Н и 2Н, замыкаясь при включении контакторов 1Н и 2Н, шунтируют нормально открытый контакт 4ПВ и тем самым исключают возможность разрыва цеди до окончания цикла работы и остановки механизмов путевыми выключателями 1ПВ и 3ПВ.
На рис. 101 показана схема управления токарно-винторезным станком модели 1К62, в которой использованы четыре асинхронных двигателя трехфазного тока с короткозамкнутым ротором: ДГ — двигатель главного привода (АО61 — 4, 10 кВт; 1450 об/мин), ДО — двигатель насоса охлаждающей жидкости (ПА-22, 0,125 кВт, 2800 об/мин), ДГП — двигатель привода гидросистемы (АО41— 6,1 кВт, 930 об/мин) и ДБХ — двигатель быстрого хода суппорта (АО32 — 4,1 кВт, 1410 об/мин).
Станок подключают к сети пакетным выключателем. СВ. Лампа местного освещения ЛО на 36 В и цепи управления напряжением 127 В получают питание от трансформатора Тр, один полюс обмотки 36 В которого заземлен для защиты от появления напряжения на корпусе станка при переходе напряжения с первичной обмотки трансформатора на вторичную.
Пуск станка осуществляется кнопкой «Пуск»; при этом замыкается цепь катушки главного пускателя КГ, включаются сетевые контакты КГ и блок-контакт КГ в цепи управления, в результате включаются двигатели ДГ, ДО и ДГП.
Если необходимо, двигатель ДО можно отключить пакетным выключателем 2ВП, а двигатель ДГП вилкой штепсельного разъема ШР.
После окончания обработки детали двигатели ДГ, ДО и ДГП останавливаются автоматически: отключается фрикционная муфта и одновременно замыкаются Н. О. контакты путевого переключателя КВ, включается катушка реле времени РВ и его Н. З. контакты 9—10 с заданной выдержкой времени размыкают цепь катушки главного пускателя КГ. Отключение двигателей можно выполнять вручную кнопкой «Стоп».
Двигатель ДБХ включается при замыкании Н. О. контакта путевого переключателя быстрого хода БХ. Переключатель быстрого хода БХ срабатывает в результате поворота рукоятки суппорта на быстрый ход. Вся электрическая схема станка отключается пакетным выключателем СВ.
Амперметр А позволяет контролировать работу станка: начало шкалы белого цвета — холостой ход станка и малая нагрузка; средняя часть черного цвета — нормальная нагрузка; правая часть шкалы белого цвета — перегрузка.
Предохранители 1ПР, 2ПР, 3ПР и 4ПР установлены для защиты от коротких замыканий. Защита от перегрузок осуществляется тепловыми реле ΡΤΓ, ΡΤΟ, ΡΤΓΠ. При понижении напряжения сети до 60—65% от номинального катушки пускателей отключают двигатели от сети.
Рис. 102. Схема управления электродвигателем постоянного тока с параллельным возбуждением
Электродвигатели постоянного тока.
На рис. 102 показана схема автоматизированного управления электродвигателем постоянного тока с параллельным возбуждением при помощи электромагнитных реле времени 1РУ, 2РУ и контактов ускорения 1У, 2У. После включения сетевого рубильника Р ток проходит по следующей цепи: обмотка 1РУ, якорь электродвигателя Я и две ступени пускового реостата r1 и r2, параллельно ток проходит по обмотке возбуждения ОВ. Катушка электромагнитного реле 1РУ имеет большое сопротивление, поэтому в образовавшейся цепи ток очень мал и электродвигатель на включение сетевого рубильника Р не реагирует, но реле 1РУ включается и его нормально замкнутый контакт размыкается.
Рис. 103. Схема управления электродвигателем постоянного тока с последовательным возбуждением
Далее нажимают кнопку «Пуск», при этом включается линейный контактор КЛ. В цепи якоря появляется ток и электродвигатель пускается в ход с небольшим числом оборотов, так как последовательно с якорем включены обе ступени пускового реостата. Одновременно с пуском в ход электродвигателя катушка реле 2РУ попадает под напряжение, и его нормально замкнутый контакт в цепи катушки 2У размыкается. При включении контактора КЛ замыкается его блок-контакт и блокирует кнопку «Пуск»·, ее можно отпустить. Контактором КЛ закорачивается катушка реле 1РУ; якорь реле 1РУ отпадает и его нормально замкнутый контакт в цепи катушки 1У замыкается.
Вслед за этим включается контактор ускорения 1У. Включением контактора 1У накоротко замыкается первая ступень пускового реостата r1 и катушка реле 2РУ. Реле 2РУ срабатывает с заранее установленной выдержкой времени; его контакт 2РУ замыкается и включается контактор 2У. Включением контактора 2У накоротко замыкается вторая ступень реостата r2 и якорь получает полное рабочее напряжение сети. На этом пуск электродвигателя заканчивается. Разрядное сопротивление PC включено параллельно обмотке возбуждения ОВ. В случае обрыва, если в цепи возбуждения нет разрядного сопротивления, может произойти пробой изоляции обмотки возбуждения вследствие повышения напряжения.
В схеме автоматизированного управления электродвигателем постоянного тока с последовательным возбуждением (рис. 103) при включении сетевого рубильника Р до нажатия кнопки «Пуск» включается катушка реле 1РВ и его нормально замкнутый контакт в цепи катушки контактора 1У размыкается. Затем при нажатии кнопки «Пуск» включается контактор К и электродвигатель присоединяется к сети. Одновременно с включением электродвигателя в сеть окажутся включенными катушки реле 2РВ и 3РВ через сопротивления 1R и 2Р.
Нормально замкнутые контакты реле 2РВ и 3РВ в цепи катушек контакторов 2У и 3У разомкнутся. В то же время контактор К, замкнувшись и включив электродвигатель в сеть, зашунтирует и отключит реле 1РВ и его контакт в цепи катушки контактора 1У. замкнется. При включении контактора 1У шунтируется сопротивление 1R и отключается реле времени 2РВ, замыкается контакт. 2РВ в цепи катушки 2У и включается контактор 2У, который шунтирует сопротивление 2R.
Далее отключается реле 3РВ и замыкается его контакт в цепи катушки ЗУ. При замыкании контактора ЗУ полностью шунтируется пусковое сопротивление электродвигателя, который развивает нормальное число оборотов.
Отключаются реле 1РВ, 2РВ и 3РВ с выдержками времени, что обеспечивает плавный разгон электродвигателя при пуске.
