СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ Лабораторный практикум Ч а с т ь 1 Минск БНТУ 2012 1 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов» СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ Лабораторный практикум для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» В 3 частях Ч а с т ь 1 СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКОГО РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ Минск БНТУ 2012 УДК 621.–83:681.51 ББК 31.291 С 40 Составитель Н.Н. Михеев Рецензент Д.С. Карпович С 40 Системы управления электроприводами: лабораторный практикум для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы»: в 3 ч. / сост. Н.Н. Михеев. – Минск: БНТУ, 2012. – Ч. 1: Системы логического релейно-контакторного управления. – 94 с. В лабораторном практикуме приводятся описания лабораторных работ по релейно-контакторному управлению электроприводами, контрольные вопросы и индивидуальные задания к каждой лабора- торной работе. Даются теоретические пояснения и расчетные соот- ношения. Введены дополнительные лабораторные работы по само- стоятельной разработке студентом системы управления с заданными свойствами. ISBN 978-985-525-717-3 (Ч. 1) © БНТУ, 2012 ISBN 978-985-525-718-0 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................ 5 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЛОГИЧЕСКОМУ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОМУ УПРАВЛЕНИЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ............................................................................. 6 Работа 1. Реверсивное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с использованием реле контроля скорости......................... 6 Работа 1а. Реверсивное колебательное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с использованием реле контроля скорости .............................. 13 Работа 2. Реверсивное управление пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием командоконтроллера ........... 14 Работа 2а. Реверсивное управление пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием трех положений командоконтроллера ...... 23 Работа 2б. Реверсивное управление пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием кнопок управления ..................................... 24 Работа 3. Управление пуском асинхронного двигателя с фазным ротором по принципу времени ......................... 25 Работа 3а. Управление пуском асинхронного двигателя с фазным ротором по принципу времени с динамическим трехступенчатым торможением на останов ............................ 31 Работа 3б. Управление пуском асинхронного двигателя с фазным ротором по принципу времени с динамическим двухступенчатым торможением на останов ............................ 32 Работа 4. Управление двигателем постоянного тока по принципу времени. ............................................................ 33 Работа 4а. Управление пуском двигателя постоянного тока по принципу времени с постоянно подключенным сопротивлением динамического торможения при останове ...... 40 Работа 4б. Управление пуском двигателя постоянного тока по принципу времени и динамическим торможением в две ступени при останове ....................................................... 41 Работа 5. Управление двигателем постоянного тока по принципу скорости. .......................................................... 42 Работа 5а. Управление двигателем постоянного тока по принципу скорости с постоянно подключенным сопротивлением динамического торможения при останове ............................... 48 Работа 5б. Управление двигателем постоянного тока по принципу скорости и динамическим торможением в две ступени при останове ............................................................................... 48 Работа 6. Реверсивное управление двигателем постоянного тока по принципу тока с помощью командоконтроллера ...... 50 Работа 6а. Реверсивное управление двигателем постоянного тока по принципу тока с использованием трех положений командоконтроллера ................................................................. 59 Работа 7. Реверсивное управление асинхронным однофазным конденсаторным двигателем с помощью симисторного пускателя ................................................................................... 60 ЛИТЕРАТУРА .............................................................................................. 65 ПРИЛОЖЕНИЕ. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ............................................................ 65 1. Принципы управления электроприводами ........................................ 66 2. Управление по принципу времени ...................................................... 67 3. Управление по принципу скорости ..................................................... 78 4. Управление по принципу тока ............................................................. 85 5. Главные цепи релейно-контакторных систем автоматического управления .................................................................... 87 6. Асинхронные однофазные конденсаторные двигатели ................. 89 7. Схемы соединений (Э4) ......................................................................... 91 5 ВВЕДЕНИЕ Настоящее учебное пособие предназначено в качестве руковод- ства к проведению лабораторных работ по курсу «Системы управ- ление электроприводами» для студентов специальности. Лабораторные работы делятся на два цикла. В первом цикле предусматриваются работы, связанные с изучением разомкнутых систем релейно-контакторного управления электроприводами по- стоянного и переменного тока. Лабораторные работы второго цикла посвящены изучению замкнутых систем автоматического управле- ния электроприводами. В данном руководстве приводится описание лабораторных работ первого цикла и даются методические указания к выполнению этих работ. Цикл состоит из семи лабораторных работ по автоматиче- скому управлению пуском, торможением и реверсом двигателей постоянного и переменного тока с помощью релейно-контакторных систем. 6 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЛОГИЧЕСКОМУ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОМУ УПРАВЛЕНИЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ Работа 1. Реверсивное управление асинхронным электродвигате- лем с короткозамкнутым ротором с использованием ре- ле контроля скорости Цель работы: изучение, сборка и наладка схемы реверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с использованием реле контроля скорости. Описание лабораторной работы Основными конструктивными частями РКС (рис. 1.1) являют- ся ротор с постоянными магнитами 1 и статор 2 с короткоза- мкнутой обмоткой типа «беличьей клетки» 3. Статор устанавли- вается на подшипники и может поворачиваться на ограниченный угол. Ротор РКС соединяется муфтой с ротором двигателя. При вращении роторов в короткозамкнутой обмотке статора РКС наводится ЭДС, под действием которой протекает ток. При взаи- модействии тока статора с магнитным полем вращающегося ро- тора возникает электромагнитный момент, который поворачивает статор РКС в направлении вращения ротора двигателя. Со стато- ром РКС жёстко связан рычаг 4, который при повороте статора замыкает один из контактов (например 5). В случае вращения ротора в другую сторону рычаг замкнёт второй контакт (соответ- ственно 6). При скорости вращения ротора, составляющей 10– 15% от номинальной, момент оказывается мал, и рычаг не может замкнуть соответствующий контакт. Реле контроля скорости контролирует направление вращения (реле контроля направления вращения) и его можно представить как трёхпозиционное реле с зоной нечувствительности 2 a (рис. 1.2). Изучаемые схемы (рис. 1.3а, б) обеспечивают реверсивное управ- ление двигателем. Рассматриваются два варианта схем управления: без запоминания команды «Стоп» (рис. 1.3а) и с запоминания ко- манды «Стоп» (рис. 1.3б) . 7 1 2 3 4 5 6 Рис. 1.1. Реле контроля скорости a -a Вкл. вперёд Вкл. назад Рис. 1.2. Характеристика РКС В схеме рис. 1.3а замыкающие контакты реле РКС включены по- следовательно с замыкающим контактом кнопки КнС, при нажатии которой в зависимости от направления вращения двигателя включа- ется контактор КН по цепи КнС, РКС-В(если перед этим двигатель работал в направлении «Вперед») или КВ по цепи КнС, РКС-Н (ес- ли перед этим двигатель работал в направлении «Назад»). При этом при нажатой кнопке КнС осуществляется торможение противо- включением, продолжающееся до тех пор, пока не разомкнутся контакты реле РКС-Н или РКС-В. Если же в период торможения кнопка КнС будет быстро отпущена, возможно включение катушки КН или КВ через замыквющие контакты КН или КВ, т.е. помимо контактов РКС. Тогда после торможения двигатель начнет разгон в противоположном направлении. 8 Рис. 1.3а. Схема реверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с использованием реле контроля скорости, без запоминания команды «Стоп» В схеме с запоминания команды «Стоп» (рис. 1.3б) введено про- межуточное реле РП. При подаче команды на торможение, реле РП исключает возможность питания контакторов через размыкающий контакт кнопки КнС последовательно включенным размыкающим контактрм РП. Замыкающий контакт реле РП подает питание на один из контакторов через соответствующий контакт РКС-Н или РКС-В, в зависимости от предыдущего направления вращения и блокирует замыкающий контакт кнопки КнС в цепи катушки РП после включения одного из контакторов. По окончании процесса торможения реле РКС размыкает соответствующий контакт, кон- тактор отключается, цепь питания катушки реле РП разрывается контактом КН или КВ, реле РП отключается и размыкающим кон- тактом подготавливает схему к дальнейшей работе. Защита от коротких замыканий в главных цепях и в цепях управления в схеме осуществляется с помощью автоматов А1 и А2. 9 Рис. 1.3б. Схема реверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с использованием реле контроля скорости с запоминанием команды «Стоп» Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться с используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Собрать схему согласно рис.1.3а и опробовать ее в работе. 4. Собрать схему согласно рис.1.3б и опробовать ее в работе. 5. Сравнить работу обеих схем. 6. Ознакомиться с работой аппаратов в обеих схемах. 7. Изучить устройство и принцип действия реле РКС. 10 Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления, определение параметров электропривода; 4. краткое описание и анализ работы схем управления с соот- ветствующими диаграммами и графиками; 5. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Пояснить работу схемы при включении контакта РКС-Н в цепь катушки контактора КН. 2. Пояснить работу схемы, если в цепь самоблокировки контак- тора КВ будет включен размыкающий блок-контакт КВ вместо за- мыкающего. 3. Пояснить работу схемы, если в цепь самоблокировки контак- тора КН будет включен размыкающий блок-контакт КН вместо за- мыкающего. 4. Как настроить схему для более точного улавливания момента остановки двигателя? 5. Пояснить работу схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 6. Пояснить принцип действия индукционного реле контроля скорости РКС. 7. Пояснить работу схемы, если поменять местами контакты РКС-Н и РКС-В .. Индивидуальные задания 1. Построить механические характеристики для прямого и об- ратного включения двигателя при напряжении сети: а) 380В; б) 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск «Вперед», пуск «Назад», торможение на останов, реверс «Вперед-Назад». 2. Построить электромеханические характеристики для прямого и обратного включения двигателя при напряжении сети: а) 380 В; 11 б) 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск «Вперед», пуск «Назад», торможение на останов, реверс. 3. Построить автоматный граф переходов и выходов для первой схемы (рис. 1.3а). 4. Построить автоматный граф переходов и выходов для второй схемы (рис. 1.3б). 5. Описать работу первой схемы (рис. 1.3а), если переставить местами контакты РКС-Н и РКС-В. Построить при этом условии автоматный граф переходов и выходов. 6. Описать работу для второй схемы (рис. 1.3б), если переста- вить местами контакты РКС-Н и РКС-В. Построить при этом усло- вии автоматный граф переходов и выходов. 7. Записать логические уравнения включения контакторов КВ и КН для первой схемы (рис. 1.3а). 8. Записать логические уравнения включения контакторов КВ, КН и реле РП для второй схемы (рис. 1.3б). 9. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 10. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 11. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 380 В при реактивном статическом момен- те (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 12. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн; е-0.0 Мн) . 13. Рассчитать и построить пусковые диаграммы электроприво- да (M = f(t), = f(t)). 14. Рассчитать и построить диаграммы электропривода при торможении противовключением (M = f(t), = f(t)). 15. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при моменте инерции электропривода от расчетного значения (а-1.1 Jр; б-1.05 Jр; в-0.95 Jр; г-0.9 Jр; д-0.85 Jр). 12 16. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 17. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 18. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при моменте инерции электропривода от расчетного значения (а-1.1 Jр; б-1.05 Jр; в-0.95 Jр; г-0.9 Jр; д-0.85 Jр). 19. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при измене- нии напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 20. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн; е-0.0 Мн) и при моменте инерции электропривода от расчетного значения (а-1.1 Jр; б-1.05 Jр; в-0.95 Jр; г-0.9 Jр; д-0.85 Jр). 21. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при измене- нии напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 22. По принципиальной схеме (рис. 1.3а) составить электромон- тажную схему (схему соединений) системы управления электро- приводом в соответствии с расположением оборудования на лабо- раторном стенде. 23. По принципиальной схеме (рис. 1.3б) составить электромон- тажную схему (схему соединений) системы управления электро- приводом в соответствии с расположением оборудования на лабо- раторном стенде. 24. По принципиальной схеме (рис. 1.3а) составить электро- монтажную схему (схему соединений) силовой части электропри- 13 вода в соответствии с расположением оборудования на лаборатор- ном стенде. Работа 1а. Реверсивное колебательное управление асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с ис- пользованием реле контроля скорости Цель работы: составление, сборка и наладка схемы реверсивно- го управления асинхронным электродвигателем с короткозамкну- тым ротором, обеспечивающей автоматическое колебательное дви- жение «Вперед- Назад- Вперед- Назад------». Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 1.3а, б. Порядок проведения работы 1. Составить схему реверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, обеспечивающей автоматическое колебательное движение «Вперед- Назад- Вперед- Назад------». 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 14 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. Работа 2. Реверсивное управление пуском асинхронного электро- двигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием командоконтроллера Цель работы: изучение, сборка и наладка схемы реверсивного управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным рото- ром по принципу времени с применением командоконтроллера, торможения противовключением при реверсе по принципу тока. Описание лабораторной работы Изучаемая схема (рис. 2.1а, б) обеспечивает управление двигате- лем с двумя ступенями пускового сопротивления R1, R2 и ступенью противовключения RП. Управление пуском осуществляется по принципу времени, управление торможением (противовключение) при реверсе – по принципу тока. Схема допускает продолжитель- ную работу на любой из ступеней ускорения как в одном, так и в другом направлении. Для этого пусковые сопротивления выбраны на длительный режим работы. Управление работой двигателя осуществляется с помощью ко- мандоконтроллера КК, имеющего по три фиксированных положе- ния «Назад», «Вперед» и нулевое положение «0» (табл. 2.1). Соот- ветствующие положения КК обозначены на схеме вертикальными пунктирными линиями, контакты командоконтроллера – КК1 – КК6. Контакты замкнуты в соответствующем положении коман- доконтроллера, если они отмечены зачерненным кружком. Если командоконтроллер находится в нулевом положении, то в схеме управления получает питание только реле РН, осуществляю- щее нулевую защиту, через контакт которого подается напряжение на схему управления. Работа схемы всегда должна начинаться из нулевого положения КК, чем обеспечивается необходимая очеред- ность срабатывания аппаратов. 15 При переводе командоконтроллера в положение I в направлении «Вперед» замыкается контакт ККЗ в цепи контактора КВ, который своими силовыми контактами КВ подключает обмотку статора дви- гателя к сети. Последний начинает разгоняться в направлении «Вперед» с полностью введенным сопротивлением в цепь ротора. Одновременно блок-контакт КВ включает блокировочное реле РБ1, а через контакт РБ1 включается контактор противовключения П. Таким образом, контактор П с первого же момента пуска шунтирует ступень противовключения. Реле РП, включенное в цепь ротора, настроено на ток втягивания, значение которого больше пускового тока двигателя, и поэтому в процессе пуска оно не включается и не оказывает влияния на работу схемы. При включении контактора П блок-контакт последнего отключает реле ускорения РУ1, и оно начинает отсчитывать выдержку времени, по истечении которой замыкает свой размыкающий контакт в цепи контактора У1. При замыкании контакта КК-5 включается контактор У1 и далее, анало- гично предыдущему отключается реле РУ2 и включается контакт У2. По мере включения контакторов У1, У2 шунтируются пусковые ступени в цепи ротора, и двигатель, переходя с одной искусствен- ной характеристики на другую, выходит на естественную характе- ристику. Аналогично происходит пуск в направлении «Назад». При пере- ключении командоконтроллера с положения «Вперед» в положение «Назад» отключается контактор КВ и включается контактор КН. При этом обмотка статора двигателя подключается к сети силовыми кон- тактами КН, а контакторы П, У1, У2 отключаются. Происходит тор- можение двигателя противовключением с полностью введенным со- противлением в цепь ротора. За время включения РБ1 ток ротора нарастает до величины, большей пускового тока, и реле РП включает- ся, размыкая свой замыкающий контакт в цепи контактора П. поэтому контактор П остается отключенным, а ступень противовключения ока- зывается введенной в цепь ротора до тех пор, пока ток в цепи ротора не уменьшиться до величины тока отпадания реле РП. При отключе- нии реле РП включается контактор П и шунтирует ступень противо- включения RП. С этого момента начинается процесс пуска двигателя в обратном направлении аналогично ранее описанному. Реверс с направления «Назад» в направление «Вперед» происходит аналогично. 16 Для остановки двигателя командоконтроллер ставится в положе- ние «0». При этом контакторы КВ, КН, П, У1, У2 отключаются, об- мотка статора двигателя от сети, а в цепь ротора двигателя вводится полное сопротивление. Замыкающие контакты в цепи электромаг- нитного реле времени торможения РТ размыкаются, и реле РТ ли- шается питания. Размыкающие контакторы КВ, КН в цепи контак- тора торможения замыкаются и подключают контактор Т к источ- нику питания на время, определяемое уставкой реле РТ. По истече- нии времени уставки замыкающий контакт РТ размыкается и от- ключает контактор Т. За время включения контактора Т его сило- вые контакты подключаются к обмотке статора источник постоян- ного тока, и осуществляется динамическое торможение двигателя. Максимальная токовая защита силовой схемы осуществляется автоматом АВ1, а схемы управления – автоматом АВ2. 17 Рис. 2.1а. Схема реверсивного управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием командоконтроллера 18 Рис. 2.1б. Цепи управления схемы реверсивного управления пуском асинхронного электродвигателем с фазным ротором по принципу времени с использованием командоконтроллера Таблица 2.1 ВПЕРЁД 0 НАЗАД 3 2 1 1 2 3 КК1 Х КК2 Х Х Х Х Х Х КК3 Х Х Х КК4 Х Х Х КК5 Х Х Х Х КК6 Х Х 19 Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться с используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Собрать схему согласно рис. 2.1а, б и опробовать ее в работе. 4. Опробуйте всевозможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. 5. Проверьте, осуществляет ли схема защиту от самозапуска. 6. Настроить уставки реле времени, обеспечивающие пуск двига- теля таким образом, чтобы броски тока, контролируемые амперметром А1, при каждой коммутации пусковых ступеней были одинаковыми. 7. Настроить уставку реле динамического торможения РТ. 8. Подключить регистрирующий прибор в панели и записать осциллограммы изменения частоты вращения тока статора и тока ротора при пуске и торможении двигателя. 9. Выполнить расчет уставок реле времени на основании прин- ципиальной схемы и технических данных оборудования. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления; 4. анализ работы схемы управления; 5. диаграммы (осциллограммы) скорости, токов статора и рото- ра при пуске, торможении и реверсе; 6. расчет уставок времени и сопоставление их с эксперимен- тальными данными; 7. пояснения работы схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 8. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Какие режимы электропривода можно реализовать в рассмат- риваемой схеме управления? Поясните их получение. 20 2. Поясните, как схема осуществляет защиту от самозапуска. 3. В функции какого параметра осуществляется пуск двигате- ля? Какими аппаратными средствами реализуется указанная функция? 4. Какой способ регулирования скорости электродвигателя ис- пользуется в рассматриваемой схеме? Нарисуйте механические ха- рактеристики, соответствующие этому способу. 5. Нарисуйте механические характеристики, соответствующие режиму реверсирования направления вращения. 6. Как изменится процесс реверса двигателя при увеличении статического момента по сравнению с расчетным? 7. Как изменится процесс пуска двигателя при уменьшении ста- тического момента по сравнению с расчетным? 8. Как отразится на процессе реверса двигателя снижение напряжения сети? 9. Как устроен и действует командоконтроллер? 10. Какой способ торможения при реверсе двигателя применен в схеме? В функции какого параметра? Какими аппаратными сред- ствами это решается? 11. От чего зависит время динамического торможения? 12. Как определяется МДС динамического торможения? 13. Какие схемы динамического торможения асинхронных дви- гателей применяются? Сравнить различные схемы динамического торможения. 14. Назначение реле РП. 15. Для чего необходимо реле РБ1? 16. Как осуществляется в схеме управления нулевая защита? 17. Как устроено и работает пневматическое реле времени? 18. Как осуществляется выбор сопротивления ступеней пуско- вого реостата? 19. Как определяется сопротивление ступеней противовклю- чения? 20. Какие достоинства и недостатки присущи управлению по принципу времени? 21. В функции какого параметра осуществляется торможение противовключением? Какими аппаратными средствами реализуется указанная функция? 21 Индивидуальные задания 1. Рассчитать и построить пусковые диаграммы электропривода (M = f(t), = f(t)) при напряжении сети:а) 380 В; б) 220 В с максималь- ным моментом: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 2. Рассчитать и построить диаграммы электропривода при тор- можении противовключением (M = f(t), = f(t)) при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В с максимальным моментом: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 3. Рассчитать и построить диаграммы электропривода при ди- намическом торможении (M = f(t), = f(t)) при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В с максимальным моментом: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 4. Записать логические выражения включения контакторов КВ, КН, Т,П, У1, У2. 5. Определить сопротивления пусковых ступеней ротора, чтобы при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В максимальный момент со- ставлял: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 6. Определить вторичное напряжение трансформатора Tр, что- бы при динамическом торможении через фазу статора протекал ток, равный номинальному при питании схемы от сети: а) 380 В; б) 220 В. 7. Построить механические характеристики для прямого и обратного включения двигателя при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск «Вперед», пуск «Назад», торможение на останов, реверс «Вперед-Назад». 8. Построить электромеханические характеристики для прямого и обратного включения двигателя при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск «Вперед», пуск «Назад», торможение на останов, реверс «Вперед- Назад», реверс «Назад-Вперед». 9. Определить уставку реле управления противовключением. 10. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 11. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 22 12. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 13. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 220 В при реактивном статическом момен- те (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 14. Построить механическую характеристику для режима дина- мического торможения при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 15. Построить электромеханическую характеристику для режима динамического торможения при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 16. Построить механическую характеристику для режима тор- можения противовключением при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 17. Построить электромеханическую характеристику для режи- ма торможения противовключением при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 18. Определить сопротивления пусковых ступеней в цепи рото- ра, чтобы при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В максимальный момент составлял: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 19. Определить сопротивление ступени противовключения в цепи ротора, чтобы при напряжении сети :а) 380 В; б) 220 В макси- мальный момент составлял: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 20. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при моменте инерции электропривода от расчетного значения(а-1.1 Jр; б-1.05 Jр; в-0.95 Jр; г-0.9 Jр; д-0.85 Jр). 21. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при моменте инерции электропривода от расчетного значения (а-1.1 Jр; б-1.05 Jр; в-0.95 Jр; г-0.9 Jр; д-0.85 Jр). 22. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравне- нию с расчетным (а-1.1Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 23. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; 23 г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравне- нию с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 24. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при измене- нии напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 25. Рассчитать время торможения противовключением двигате- ля при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при измене- нии напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 26. По принципиальной схеме составить электромонтажную схе- му (схему соединений) системы управления электроприводом в соот- ветствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 27. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 2а. Реверсивное управление пуском асинхронного элек- тродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием трех положений командоконтроллера Цель работы: составление, сборка и наладка схемы реверсивного управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с применением трех положений командоконтрол- лера, с торможением противовключением при реверсе по принципу тока. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 2.1а, б. Порядок проведения работы 1. Составить схему реверсивного управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использо- ванием трех положений командоконтроллера («Назад», «Вперед» и ну- 24 левое «0»), торможение при реверсе-противовключением по принципу тока, торможение на останов-динамическое по принципу времени. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 2. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 2б. Реверсивное управление пуском асинхронного элек- тродвигателя с фазным ротором по принципу времени с использованием кнопок управления Цель работы: составление, сборка и наладка схемы реверсивно- го управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с применением кнопок управления, торможением противовключением при реверсе по принципу тока. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 2.1а, б. Порядок проведения работы 1. Составить схему реверсивного управления пуском асинхрон- ного электродвигателя с фазным ротором по принципу времени с 25 использованием кнопок управления («Включение»,«Назад», «Вперед», «Стоп»),торможение при реверсе-противовключением по принципу тока, торможение на останов-динамическое по принципу времени. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 2. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 3. Управление пуском асинхронного двигателя с фазным ротором по принципу времени Цель работы: изучение, сборка и наладка схемы нереверсивного управления пуском и динамическим торможением на останов асин- хронного двигателя с фазным ротором по принципу времени, Описание лабораторной работы Схема управления представлена на рис. 3.1. Пуск и динамиче- ское торможение двигателя осуществляется в функции времени. Схема подготавливается включением рубильника Р1 и автомата АВ к работе. После нажатия кнопки КнП включается контактор Л и своими силовыми контактами подключает статор двигателя к сети, а замыкающим блок-контактом блокирует кнопку КнП, размыкаю- 26 щим блок-контактом разрывает цепь катушки контактора торможе- ния Т и замыкающим блок-контактом включает катушку реле РДТ. Двигатель начинает разгоняться с полностью включенным сопро- тивлением в цепи ротора. Одновременно с включением контактора Л начинает отсчет времени маятниковое реле времени, находящееся на одной оси с подвижной частью магнитной системы контактора Л. Реле с выдержкой времени замыкает контакт и включает контактор У1. Последний своими силовыми контактами замыкает сопротивление в цепи ротора. Включение контакторов У2 и У3 происходит аналогич- ным образом, и двигатель выходит на естественную характеристику. Для остановки двигателя служит кнопка КнС. До нажатия кнопки реле динамического торможения РДТ получает питание от выпрями- тельного мостика ВП2, который подключается к сети через контакт контактора Л. Реле РДТ подготавливает цепь для включения контакто- ра Т замыканием контакта . Для получения постоянного тока пони- женного напряжения, используемого для динамического торможения, служит выпрямительный мост ВП1 и понижающий трансформатор Тр. При нажатии кнопки КнС отключаются контакторы Л, У1, У2, У3. Контакторы Л и У3 своими блок-контактами в цепи включают контак- тор Т (при нажатой кнопке КнС), который своими силовыми контак- тами подает в обмотку статора двигателя постоянный ток. Начинается динамическое торможение двигателя. Поскольку контактор Л своими блок-контактами размыкает также цепь реле РДТ, последнее с вы- держкой времени отключает контактор Т и тем самым прекращает процесс динамического торможения. Выдержка времени реле РДТ настраивается так, чтобы статор двигателя отключился от выпрямите- ля ВП1 при скорости вращения близкой к нулю. Максимальная токовая защита схемы осуществляется автоматом АВ. 27 Рис. 3.1. Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором по принципу времени Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться с используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Собрать схему согласно рис. 3.1 и опробовать ее в работе. 4. Настроить уставки реле времени, обеспечивающие пуск двигате- ля, таким образом, чтобы броски тока, контролируемы амперметром А1, при каждой коммутации пусковых ступеней были одинаковыми. 28 5. Настроить уставку реле динамического торможения РДТ. 6. Подключить записывающий прибор к панели и записать ос- циллограммы изменения частоты вращения, тока статора и тока ро- тора при пуске и торможении двигателя. 7. Выполнить расчет уставок реле времени на основании прин- ципиальной схемы и технических данных оборудования. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления; 4. анализ работы схемы управления; 5. диаграммы (осциллограммы) скорости, токов статора и рото- ра при пуске, торможении и реверсе; 6. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Объяснить назначение блок-контакта Т в цепи катушки ли- нейного контактора Л. 2. От чего зависит время пуска и торможения двигателя? 3. Как изменится процесс пуска двигателя при увеличении ста- тического момента по сравнению с расчетным? 4. Как изменится процесс пуска двигателя при уменьшении ста- тического момента по сравнению с расчетным? 5. Как отразится на процессе пуска двигателя снижение напря- жения сети? 6. Какие достоинства и недостатки присущи управлению по принципу времени? 7. Как устроено и работает маятниковое реле времени? 8. Как осуществляется в схеме нулевая защита? 9. Как осуществляется выбор сопротивлений пускового реостата? 10. В чем состоит отличие друг от друга различных схем дина- мического торможения асинхронных электродвигателей? 11. Какие применяются способы включения контактов контак- торов ускорения в цепь ротора? Сравните различные способы. 29 12. Объяснить назначение блок-контакта Т в цепи катушки контактора Т. 13. От чего зависит момент динамического торможения в изу- чаемой схеме? 14. Как осуществляется максимальная токовая защита в изуча- емой схеме? 15. Как зависят показатели процесса динамического торможе- ния от значений сопротивлений в цепи ротора? 16. Объяснить назначение блок-контакта У3 в цепи катушки контактора Т. 17. Зачем в цепь динамического торможения включены два контакта контактора Т ? 18. Почему для управления пуском и динамическим торможе- нием используются реле времени разного типа? Индивидуальные задания 1. Построить пусковые диаграммы электропривода (M = f(t), = f(t)), I = f(t)) 2. Построить автоматный граф переходов и выходов для схемы. Выделить на графе режимы работы :пуск и торможение. 3. Определить уставки времени контактора Л, У1, У2, если мо- мент двигателя при работе изменяется: а) от 2МН; б) от 1,9 МН; в) от 2,2 МН при напряжении сети 380 В и момент нагрузки 0,2 МН 4. Определить уставки времени контактора Л, У1, У2, если мо- мент двигателя при работе изменяется: а) от 0,6 МН; б) от 0,5 МН; в) от 0,55МН при напряжении сети 380 В и момент нагрузки 0,1 МН. 5. Определить уставку времени реле РДТ, чтобы обеспечить торможение от номинальной скорости до 0 (момент нагрузки при торможении считать равным: а) 0,9 МН; б) 0,8 МН; в) 0,7 МН; г) 0,6 МН; д) 0,5 МН при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 6. Построить механические статические характеристики элек- тропривода при торможении при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 7. Построить электромеханические статические характеристики электропривода при торможении при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 8. Построить пусковые диаграммы электропривода (M = f(t), = f(t)). 30 9. Записать систему логических уравнений включения аппара- тов схемы. 10. Определить полное добавочное сопротивление одной фазы ротора, чтобы максимальный момент для самой мягкой характери- стики составлял: а) 2,0 Мн; б) 2,1 Мн; в) 2,2 Мн (при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В). 11. Определить вторичное напряжение трансформатора Tр, чтобы при динамическом торможении через фазу статора протекал ток, равный номинальному при питании схемы от сети: а) 380 В; б) 220 В. 12. Построить механические характеристики для прямого и об- ратного включения двигателя при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск «Вперед», пуск «Назад», торможение на останов, реверс «Вперед-Назад». 13. Построить электромеханические характеристики двигателя при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. Показать на характеристи- ках режимы работы привода: пуск, торможение на останов. 14. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции привода от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1Jр; д-1.0 Jр). 15. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции привода от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1Jр; д-1.0Jр). 16. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции привода от рас- четного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1 Jр; д-1.0 Jр). 17. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции привода от рас- четного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1 Jр; д-1.0 Jр). 18. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пус- ке при напряжении сети (а) 220 В, б) 380 В) при реактивном стати- ческом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции привода от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1 Jр; д-1.0 Jр). 31 19. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 20. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравне- нию с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 21. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 22. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 3а. Управление пуском асинхронного двигателя с фазным ротором по принципу времени с динамическим трех- ступенчатым торможением на останов Цель работы: составление, сборка и наладка схемы управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по прин- ципу времени с динамическим ступенчатым (ступени сопротивле- ний – R1, R2) торможением на останов. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 3.1а, б. Порядок проведения работы 1. Составить схему управления пуском асинхронного электродви- гателя с фазным ротором по принципу времени, торможение на оста- нов-динамическое ступенчатым (ступени сопротивлений – R1, R2) по принципу времени. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 32 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. Работа 3б. Управление пуском асинхронного двигателя с фаз- ным ротором по принципу времени с динамиче- ским двухступенчатым торможением на останов Цель работы: составление, сборка и наладка схемы управления пуском асинхронного электродвигателя с фазным ротором по прин- ципу времени с динамическим ступенчатым (ступень сопротивле- ний – R1) торможением на останов. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 3.1а, б. Порядок проведения работы 1. Составить схему управления пуском асинхронного электро- двигателя с фазным ротором по принципу времени, торможение на останов-динамическое ступенчатым (ступень сопротивлений –R1) по принципу времени. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 33 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. 2. По разработанной принципиальной схеме составить электромон- тажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в со- ответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 4. Управление двигателем постоянного тока по принципу времени Цель работы: изучение, сборка и наладка схемы нереверсивного управления по принципу времени пуском и динамическим тормо- жением на останов двигателя постоянного тока. Описание лабораторной работы Схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 4.1. Схема подготавливается к работе включением рубильника Р и автоматов АВ2 и АВ1. при этом об- мотка возбуждения двигателя подключается к сети. При разомкну- том контакте Л практически все напряжение питания прикладыва- ется к катушкам реле РУ1 и РУ2. Последние включаются и размы- кают свои размыкающие контакты в цепях катушек контакторов У1 и У2. 34 Нажатием кнопки включается контактор Л, который силовым контактом включит двигатель в сеть с полностью введенным пусковым сопротивлением и одновременно замкнет накоротко обмотку реле РУ1, которое начнет отсчет выдержки времени. Обмотка реле ускорения РУ2 находится теперь под напряжением, равным падению напряжения на участке R1 и остается во втяну- том положении. Двигатель разгоняется до скорости n1, соответ- ствующей искусственной характеристике. После окончания вы- держки времени реле РУ1 замыкает свой контакт в цепи катушки контактора У1. Контактор У1 срабатывает и замыкает накоротко первую пусковую ступень R1 одновременно с включенной па- раллельно ей обмоткой второго реле времени РУ2. Двигатель разгоняется до скорости n2, соответствующей второй искус- ственной характеристике. Реле времени РУ2 отсчитывает задан- ную выдержку времени и замыкает свой контакт в цепи катушки контактора У2. контактор У2 срабатывает и замыкает накоротко вторую ступень пускового сопротивления. Двигатель разгоняется до скорости, соответствующей статическому моменту естествен- ной характеристики. 35 Рис. 4.1. Схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки КнС. До нажатия кнопки КнС реле РТ и контактор торможения Т отключены. При нажатии на кнопку разрывается цепь питания и отключатся контакторы Л, У1, У2. Реле РТ через замыкающий контакт кнопки КнС, размыкающие контакты У1 и У2 подключится к источнику питания и своим замыкающим контактом включает контактор Т. Замыкающий контакт Т блокирует кнопку КнС, а размыкающий отключает катушку реле РТ от источника питания, обеспечивая начало отсчета выдержки времени реле РТ. Контактор Т подключа- ет сопротивление динамического торможения RТ, обеспечивая про- 36 текание тока в цепи якоря и интенсивное торможение двигателя. Сопротивление RT представляет собой часть пускового сопротив- ления. По истечении заданной выдержки времени двигатель оста- навливается, а контакт реле РТ отключает катушку контактора Т от источника питания, и схема приходит в исходное состояние. Вы- держка времени РТ настраивается так, чтобы якорь отключался от источника питания при скорости вращения, близкой к нулю. В схеме предусмотрена взаимная блокировка контакторов Т и Л их размыкающими блок-контактами, исключающая возможность одновременного включения контакторов. С целью защиты обмотки возбуждения двигателя от перенапря- жений при отключении ее от сети установлено гасящее сопротивле- ние RГ, которое включено параллельно обмотке через вентиль Д. Максимальная токовая защита двигателя и цепей управления осу- ществляется соответственно автоматами АВ1 и АВ2. Для измерения тока якоря электродвигателя предусмотрен ам- перметр А. Для измерения напряжения на катушках реле ускоре- ний, предусмотрен вольтметр V. Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться с используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Собрать схему согласно рис.4.1 и опробовать ее в работе. 4. Настроить уставки реле времени, обеспечивающие пуск дви- гателя таким образом, чтобы броски тока, контролируемые ампер- метром А, при каждой коммутации пусковых ступеней были одина- ковыми. 5. Настроить уставку реле динамического торможения РТ. 6. Снять диаграммы (осциллограммы) скорости, токов статора и ротора при пуске, торможении и реверсе; 7. Выполнить расчет уставок реле времени на основании прин- ципиальной схемы и технических данных оборудования. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 37 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления; 4. анализ работы схемы управления; 5. диаграммы (осциллограммы) скорости, токов статора и рото- ра при пуске, торможении и реверсе; 6. расчет уставок времени и сопоставление их с эксперимен- тальными данными. 7. пояснить работу схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 8. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Как обеспечивается выдержка времени в электромагнитных реле? 2. Пояснить работу схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 3. От чего зависит время разгона двигателя постоянного тока? 4. Как определяются уставки реле времени при управлении по принципу времени? 5. Какие способы включения реле времени при управлении дви- гателем постоянного тока вы знаете? Их достоинства и недостатки. 6. Достоинства управления по принципу времени. 7. Какие недостатки присущи способу управления по принципу времени? 8. Как влияют на процессы пуска и торможения изменение ста- тического момента и момента инерции? 9. Как влияют на процессы пуска и торможения изменения напря- жения питания (сети) и температуры сопротивлений катушек реле? Индивидуальные задания 1. Рассчитать и построить пусковые диаграммы электропривода (Iя = f(t), Eя = f(t)). 2. Построить граф переходов схемы. 3. Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата, если Imax = 2,5 Iян. 38 4. Определить уставку времени реле РТ, чтобы обеспечить тор- можение от номинальной скорости до 0. Начальный момент дина- мического торможения равен 2 Мн.. 5. Построить пусковые диаграммы электропривода (M = f(t), = f(t)). 6. Определить уставку времени реле РТ, чтобы обеспечить тормо- жение от номинальной скорости до 0 при напряжении сети: а) пере- менное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В. 7. Рассчитать и построить электромеханические характеристики двигателя при пуске при напряжении сети: а) переменное 220 В-одно- фазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В. Показать на характе- ристиках режимы работы привода: пуск, торможение на останов. 8. Рассчитать и построить механические статические характе- ристики электропривода при пуске при напряжении сети: а) пере- менное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск, тор- можение на останов. 9. Записать логические уравнения включения контакторов Л, У1, У2. 10. Записать логические уравнения включения контактора Т. 11. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети = 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) 12. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети перемен- ное 220-однофазная мостовая схема выпрямления; – при реактивном ста- тическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 13. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и максимальном моменте двигателя (а-2.2 Мн; б-2.1 Мн; в-2.0 Мн; г-1,9 Мн; д-1,8 Мн) и максимальном моменте двигателя (а-2.2 Мн; б-2.1 Мн; в-2.0 Мн; г-1,9 Мн; д-1,8 Мн). 14. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении се- ти переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и максимальном моменте двигателя (а-2.2 Мн; б-2.1 Мн; в-2.0 Мн; г-1,9 Мн; д-1,8 Мн). 15. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пуске при напряжении сети (а)220 В; б) переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления) при реактивном статическом момен- те (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 39 16. Записать уравнения момента и скорости двигателя при тормо- жении при напряжении сети (а) 220 В; б) переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления) при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и максимальном моменте двигателя (а-2.2 Мн; б-2.1 Мн; в-2.0 Мн; г-1,9 Мн; д-1,8 Мн). 17. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравне- нию с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 18. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравнению с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 19. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн; д-0.0 Мн) и моменте инерции приво- да от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1 Jр; д-1.0 Jр). 20. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пуске при напряжении сети (а)220 В б)380 В) при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции привода от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.05 Jр; г-1.1 Jр; д-1.0 Jр). 21. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравне- нию с расчетным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 22. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети пе- ременное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реак- тивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и при изменении напряжения сети по сравнению с рас- четным (а-1.1 Uр; б-1.05 Uр; в-0.95 Uр; г-0.9 Uр; д-0.85 Uр). 23. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 24. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 40 Работа 4а. Управление пуском двигателя постоянного тока по принципу времени с постоянно подключенным сопро- тивлением динамического торможения при останове Цель работы: составление, сборка и наладка схемы неревер- сивного управления по принципу времени пуском с постоянно подключенным сопротивлением динамического торможения при останове. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 4.1. Порядок проведения работы 1. Составить схему нереверсивного управления по принципу времени пуском с постоянно подключенным сопротивлением дина- мического торможения при останове. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. 41 Работа 4б. Управление пуском двигателя постоянного тока по принципу времени и динамическим торможением в две ступени при останове Цель работы: составление, сборка и наладка схемы нереверсив- ного управления по принципу времени пуском и динамическим торможением в две ступени. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 4.1. Порядок проведения работы 1. Составить схему нереверсивного управления по принципу времени пуском с динамическим торможением в две ступени (сту- пени сопротивлений – R1, R2)и постоянно подключенной ступенью R2 при останове. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. 2. По разработанной принципиальной схеме составить электромон- тажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в со- ответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 42 Работа 5. Управление двигателем постоянного тока по принципу скорости Цель работы: изучение, сборка и наладка схемы нереверсивного управления по принципу скорости пуском и динамическим торможени- ем на останов двигателя постоянного тока. Ознакомление с особенно- стями управления двигателем постоянного тока по принципу скорости. Описание лабораторной работы Схема управления двигателем постоянного тока по принципу скорости показана на рис. 5.1. Включением рубильника Р и автоматов АВ2 и АВ1 схема подго- тавливается к работе. По параллельной обмотке возбуждения начи- нает протекать полный ток. Все реле и контакторы находятся в от- ключенном состоянии. Нажатием кнопки КнП – включается контактор Л, который глав- ным контактом включает в сеть двигатель с полностью введенным со- противлением и одновременно своим размыкающим контактом от- ключает реле динамического торможения от зажимов якоря электро- двигателя, а замыкающим контактом обеспечивает самоблокировку. Двигатель начинает разгоняться по искусственной характеристике. При достижении скорости двигателя n1 втягивается реле Ру1 и своим замыкающим контактом включает контактор У1. Главным контактом У1 замыкается ступень сопротивления R1 и двигатель переводится на вторую искусственную характеристику. Одновременно своим замы- кающим блок-контактом контактор У1 становится на самопитание. Разгон двигателя по второй искусственной характеристике продолжа- ется до достижения скорости ω2. При этом втягивается реле РУ2 и своим замыкающим блок-контактом включает контактор У2. Главным контактом У2 замыкает ступень пускового сопротивления R2 и двига- тель переводится на естественную характеристику. Одновременно своим замыкающим блок-контактом контактор У2 становится на са- мопитание, а размыкающим блок-контактом отключает реле РУ1 и РУ2 от зажимов якоря двигателя. Реле РУ1 и РУ2 отключаются и раз- мыкают свои контакты в цепях контакторов У1 и У2, но катушки кон- такторов остаются включенными благодаря самоблокировке. Разгон двигателя по естественной характеристике продолжается до момента равенства момента двигателя статическому моменту на его валу. 43 Рис. 5.1. Схема управления двигателем постоянного тока по принципу скорости Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки КнС. До нажатия кнопки КнС контактор Л включен, а реле РТ отключено. При нажатии на кнопку КнС разрывается цепь питания контакторов Л, У1, У2 и эти аппараты отключаются. Двигатель отключается от сети главным контактом Л. Контакты У2 и У1 расшунтируют сту- пени пускового реостата R1 и R2, а размыкающий блок контакт 44 контактора Л подключает катушку РТ к зажимам якоря электродви- гателя. Реле РТ включится и своим замыкающим контактом вклю- чит контактор Т. Главный контакт Т включит на якорь электродви- гателя сопротивление динамического торможения RT. Двигатель интенсивно тормозится. При снижении ЭДС. якоря двигателя до напряжения отпадания реле РТ отключится с заданной выдержкой времени. Дальнейшее торможение осуществляется в функции вре- мени. При отпадании реле РТ после отсчета заданной выдержки времени отключается контактор Т и отключает от якоря электро- двигателя сопротивление динамического торможения. Схема при- ходит в исходное состояние. В схеме предусмотрена взаимная блокировка контакторов Т и Л их размыкающими блок-контактами, исключающая возможность одновременного включения контакторов. С целью защиты обмотки возбуждения двигателя от перенапряже- ний при отключении ее от сети установлено гасящее сопротивление RГ, которое включено параллельно обмотке возбуждения через вентиль Д. Максимальная токовая защита двигателя и цепей управления осуществляется соответственно автоматами АВ1 и АВ3. Для измерения токов якоря электродвигателя предусмотрен ам- перметр А. Для измерения напряжений срабатывания реле РУ1, РУ2, РТ предусмотрен вольтметр V. Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться c используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Собрать схему согласно рис. 5.1 и опробовать ее в работе; 4. Настроить сопротивления R3, R4 в цепях реле РУ1; РУ2 та- ким образом, чтобы броски тока, контролируемые амперметром А, при каждой коммутации пусковых ступеней, были одинаковыми. 5. Настроить уставку реле динамического торможения РТ. 6. Подключить регистрирующий прибор к панели и записать осциллограммы изменения скорости и тока якоря при пуске и тор- можении двигателя. 7. Замерить с помощью вольтметра V напряжения срабатывания реле РУ1, РУ2. 45 8. Выполнить расчет напряжений срабатывания реле РУ1, РУ2 на основании принципиальной схемы и технических данных обору- дования. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления; 4. анализ работы схемы управления; 5. диаграммы (осциллограммы) скорости, токов статора и рото- ра при пуске, торможении и реверсе; 6. расчет напряжений срабатывания реле РУ1, РУ2 и величин сопротивлений R3, R4. Сопоставление данных расчета с экспери- ментальными данными. 7. пояснить работу схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 8. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Какие способы включения реле ускорений при управлении двигателем постоянного тока по принципу скорости вы знаете? Их достоинства и недостатки. 2. Пояснить работу схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 3. Достоинства управления по принципу скорости. 4. Какие недостатки присущи способу управления по принципу скорости? 5. Как влияют на процессы пуска и торможения изменения ста- тического момента, момента инерции, напряжения питающей сети при управлении по принципу скорости? 6. Как рассчитываются величины дополнительных сопротивле- ний в цепях реле ускорений в схеме (рис. 5.1)? 7. Какими способами можно контролировать скорость (ЭДС) двигателя постоянного тока для управления пуском и торможением? 8. По какому принципу осуществляется управление динамиче- ским торможением в схеме (рис. 5.1)? 46 Индивидуальные задания 1. Построить пусковые диаграммы электропривода (Iя = f(t), Eя = f(t), Uя = f(t)). 2. Рассчитать величину тормозного сопротивления, чтобы начальный ток динамического торможения равнялся а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян. 3. Рассчитать сопротивления реостатов R3, R4.Электропитание привода осуществляется от сети переменного напряжения 220 В через однофазную мостовую схему выпрямления 4. Построить автоматный граф переходов и выходов для схемы. 5. Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата, если а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г- Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян. 6. Рассчитать и построить электромеханические характеристики двигателя при пуске при напряжении сети: а) переменное 220 В-одно- фазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В и при (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). Показать на характеристиках режимы работы при- вода: пуск, торможение на останов. 7. Рассчитать и построить механические характеристики двига- теля при пуске при напряжении сети: а) переменное 220 В-одно- фазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В и при (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). Показать на характеристиках режимы работы при- вода: пуск, торможение на останов. Показать на характеристиках режимы работы привода: пуск, торможение на останов. 8. Записать систему логических уравнений включения аппара- тов схемы. 9. Рассчитать время пуска двигателя и значения скоростей пе- реключения ступеней при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции механизма от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.0 Jр; г-1.05 Jр; д-1.1 Jр). 10. Рассчитать время пуска двигателя и значения скоростей пере- ключения ступеней при напряжении сети 220-однофазная мостовая схема выпрямления; В- при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; 47 б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции меха- низма от расчетного(а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.0 Jр; г-1.05 Jр; д-1.1 Jр). 11. Рассчитать время торможения двигателя на останов при напряжении сети 220 В220 В-однофазная мостовая схема выпрямле- ния при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции механизма от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.0 Jр; г-1.05 Jр; д-1.1 Jр) и максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). Определить уставку времени реле РТ. 12. Рассчитать время торможения двигателя на останов при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции механизма от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.0 Jр; г-1.05 Jр; д-1.1 Jр) и максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). Опреде- лить уставку времени реле РТ. 13. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пуске при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 14. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пуске при напряжении сети переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 15. Записать уравнения момента и скорости двигателя при тормо- жении при напряжении сети 220 В при реактивном статическом момен- те (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и максимальном моменте двигателя (а-2.2 Мн; б-2.1 Мн; в-2.0 Мн; г-1,9 Мн; д-1,8 Мн). 16. Записать уравнения момента и скорости двигателя при тормо- жении при напряжении сети переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и максимальном моменте двигателя (а-2.2 Мн; б-2.1 Мн; в-2.0 Мн; г-1,9 Мн; д-1,8 Мн). 17. По принципиальной схеме составить электромонтажную схе- му (схему соединений) системы управления электроприводом в соот- ветствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 48 18. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 5а. Управление двигателем постоянного тока по принципу скорости с постоянно подключенным сопротивлением динамического торможения при останове Цель работы: составление, сборка и наладка схемы неревер- сивного управления по принципу времени пуском с постоянно подключенным сопротивлением динамического торможения при останове. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 5.1. Порядок проведения работы 1. Составить схему нереверсивного управления по принципу скорости пуском с постоянно подключенным сопротивлением ди- намического торможения при останове. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 49 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. Работа 5б. Управление двигателем постоянного тока по принципу скорости и динамическим торможением в две ступени при останове Цель работы: составление, сборка и наладка схемы нереверсив- ного управления по принципу скорости пуском и динамическим торможением в две ступени. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 5.1. Порядок проведения работы 1. Составить схему нереверсивного управления по принципу скорости пуском с динамическим торможением в две ступени (сту- пени сопротивлений – R1, R2) и постоянно подключенной ступенью R2 при останове. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) системы управления элек- 50 троприводом в соответствии с расположением оборудования на ла- бораторном стенде. 2. По разработанной принципиальной схеме составить электромон- тажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в со- ответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 6. Реверсивное управление двигателем постоянного тока по принципу тока с помощью командоконтроллера Цель работы: изучение, сборка и наладка схемы реверсивного управления пуском по принципу тока и торможением противо- включением при реверсе по принципу скорости и динамическим торможением на останов по принципу времени двигателя постоян- ного тока Ознакомление с особенностями управления двигателя постоянного тока по принципу тока и режимом противовключения по принципу скорости. Описание лабораторной установки Схема управления двигателем постоянного тока по принципу тока показана на рис. 6.1, 6.2. Управление работой двигателя осуществля- ется с помощью командоконтроллера КК, имеющего по три фикси- рованных положения «Назад», «Вперед» и нулевое положение «0» (табл. 6.1). Соответствующие положения КК обозначены на схеме вертикальными пунктирными линиями, контакты командоконтрол- лера – КК1 – КК6. Контакты замкнуты в соответствующем положе- нии командоконтроллера, если они отмечены зачерненным кружком. Схема подготавливается к работе включением рубильника Р и автоматов. По параллельной обмотке возбуждения двигателя начи- нает протекать ток. Реле контроля возбуждения РКВ, включенное последовательно с обмоткой возбуждения двигателя, втягивается и замыкает свой замыкающий контакт в цепи реле минимального напряжения РН. Если командоконтроллер установлен в нулевое по- ложение, то реле РН включается и становится на самопитание. Для пуска двигатели вперед или назад переключаем последова- тельно командоконтроллер в положения «Вперед» – 1,2,3 или «Назад». При установке командоконтроллера в положение 51 «Вперед-1» замыкаются контакты 9–10 и 13–15. При этом вклю- чается контактор Л и реле динамического торможения РТ. Двига- тель подключается к источнику питания через контакты. контактора Л. В сопротивления РП, R1, R2 и контакты контакто- ров В, а реле противовключения РПВ подключается к источнику питания через блок-контакт контактора В и втягивается. Замыкаю- щий контакт реле РПВ включает контактор противовкючения П, который шунтирует своим главным контактом ступень противо- включения РП. Двигатель начинает разгоняться по искусственной характеристике. Ток якоря в первый момент достигает максимально допустимой величины и токовое реле РУ1 втягивается, размыкая свой размыкающий контакт в цени контактора У1. При переводе командоконтроллера в положение «Вперед» – 2 остаются включе- нными цепи контакторов В, Л, П и реле РТ, замыкается контакт 25–26, подготавливая к включению контактор У1. По мере разгона двигателя ток якоря уменьшается до величины тока отпадания minI . При этом реле РУ1 отключается и своим размыкающим контактом включает контактор У1. Последний шунтирует первую ступень со- противления, и реле РУ1 надежно отключается. Двигатель переходит на вторую искусственную характеристику. Бросок тока maxI , возни- кающий при этом, включает реле РУ2, которое размыкает свой раз- мыкающий контакт в цепи контактора У2. При переключении ко- мандоконтроллера в положение «Вперед» – 3 подготавливается цепь питания контактора У2. При уменьшении тока якоря до величины отпадания minI реле РУ2 отпадает и включает контактор У2, который шунтирует последнюю ступень пускового реостата одновременно надежно отключая реле РУ2. Двигатель разгоняется по естественной характеристике до скорости, определяемой статическим моментом. Для осуществления реверса командоконтроллер переводится в положение «Назад» – I. При этом аналогично описанному выше включаются контакторы Л и Н, но реле противовключения остается отключенным, так как напряжение на его катушке меньше напря- жения втягивания. Осуществляется интенсивное торможение про- тивовключением. При этом: в цепь якоря электродвигателя введены сопротивления RП, R1, R2. При достижении скорости, близкой к 52 нулю, реле РПН включается, ступень RП шунтируется и начинается обычный процесс пуска, аналогичный описанному выше. Остановка двигателя осуществляется динамическим торможени- ем по принципу времени. Перед торможением реле торможения РТ включено и его замыкающий контакт в цепи контактора торможе- ния Т замкнут. Размыкающие контакты контакторов Л и У2 разо- мкнуты. Цепь питания контактора Т отключена от источника пита- ния размыкающим контактором реле минимального напряжения РН. При переводе командоконтроллера в положение 0 контакторы Л, В, Н, У1, У2, П и реле торможения РТ отключаются. Двигатель отключается от сети, а цепь питания контактора торможения замы- кается через контакты: командоконтроллера (точки 3, 4), замыкающий контакт реле РТ, размыкающие блок-контакты контакторов Л и У2. При этом включается контактор Т и своими главными контактами подключает на якорь электродвигателя сопротивление динамиче- ского торможения RT. Происходит интенсивное динамическое тор- можение. По истечении заданной выдержки времени реле РТ от- ключает контактор Т и схема приходит в походное состояние. Для предотвращения преждевременного включения контакторов У1 и У2 и возникновения толчков тока в цепь контактора У1 введен блок-контакт контактора П, а в цепь контактора У2 – блок-контакт контактора У1. 53 Рис. 6.1а. Схема силовых цепей системы реверсивного управления пуском двигателя постоянного тока по принципу тока с помощью командоконтроллера 54 Рис. 6.1б. Схема цепей управления системы реверсивного управления пуском двигателя постоянного тока по принципу тока с помощью командоконтроллера Таблица 6.1 ВПЕРЁД 0 НАЗАД 3 2 1 1 2 3 КК1 Х КК2 Х Х Х Х Х Х КК3 Х Х Х КК4 Х Х Х КК5 Х Х Х Х КК6 Х Х 55 В схеме предусмотрена взаимная блокировка контакторов Л, В, Н, У1, У2 с контактором Т. С этой целью в цепь питания контакторов Л, В, Н, У1,У2 введен размыкающий блок-контакт контактора Т, а в цепь питания контактора Т вводятся размыкающие блок-контакты Л и У2. С целью защиты обмотки возбуждения двигателя от перенапря- жений, возникающих при отключении ее от сети, установлено га- сящее сопротивление RТ, которое включено параллельно обмотке через вентиль. Для защиты двигателя от повреждений при исчезно- вении или резком снижении тока возбуждения служит реле кон- троля возбуждения РКВ. Для исключения возможности самозапуска двигателя или работы его при резко пониженном напряжении сети предусмотрена защита минимального напряжения, осуществляемая при помощи реле РН. Максимальная токовая защита цепей управления осуществляется автоматом АВ2, а максимальная токовая защита двигателя реле максимального тока РМ. Для измерения токов якоря электродвигателя предусмотрен ам- перметр А. Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться с используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Собрать схему согласно рис. 6.1 и опробовать ее в работе. 4. Настроить реле РУ1, РУ2 таким образом, чтобы броски тока, контролируемые амперметром А при каждой коммутации пусковых ступеней, были одинаковыми. 5. Установить движок потенциометра R4 таким образом, чтобы реле противовключения РПВ и РПН срабатывали при скорости дви- гателя, близкой к нулю. 6. Настроить уставку реле динамического торможения. 7. Подключить записывающий прибор к панели и записать ос- циллограммы изменения частоты вращения, тока якоря при пуске, реверсе и торможении на останов двигателя. 8. Выполнить расчет уставок реле РУ1, РУ2 и точки подключе- ния реле РПВ, РПН к потенциометру R4 на основании принципи- альной схемы и технических данных оборудования. 56 Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления; 4. анализ работы схемы управления; 5. диаграммы (осциллограммы) скорости и тока якоря при пус- ке, реверсе и торможении на останов двигателя постоянного тока; 6. расчет уставок реле ускорений и определение точки подклю- чения реле противовключения. Сопоставление данных расчета с экспериментальными данными. 7. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Достоинства управления по принципу тока. 2. Пояснить работу схемы управления на статических характе- ристиках и линейных диаграммах. 3. Какие недостатки присущи способу управления по принципу тока? 4. Как влияют на процесс пуска изменения статического момен- та, момента инерции, напряжения питающей сети при управлении по принципу тока? 5. Как определяются уставки реле ускорений при управлении по принципу тока? 6. Как рассчитать точку подключения реле противовключения? 7. Какие способы включения реле ускорений при управлении двигателем постоянного тока по принципу тока Вы знаете? Индивидуальные задания 1. Построить пусковые диаграммы электропривода (Iя = f(t), Eя = f(t)). 2. Записать логические выражения включения контакторов Л, В, Н, Т. П, У1, У2. 3. Определить величину суммарного добавочного сопротивле- ния, чтобы начальный ток торможения противовключением состав- лял при напряжении сети = 220 В: а-2.0 Iн; б-2.1 Iн; в-1.9 Iн; г-1.8 Iн; д-1.7 Iн. Торможение начинается с номинальной скорости. 57 4. Построить граф переходов схемы. 5. Рассчитать сопротивления ступеней пускового реостата, что- бы при напряжении сети = 220 В максимальный момент составлял: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн. 6. Определить уставку времени реле РТ, чтобы обеспечить тор- можение от номинальной скорости до 0. Начальный момент динами- ческого торможения равен: а-2.0 Мн; б-2.1 Мн; в-1.9 Мн; г-1.8 Мн; д-1.7 Мн... 7. Построить пусковые диаграммы электропривода (M = f(t), = f(t)). 8. Рассчитать и построить электромеханические характеристики двигателя при пуске при напряжении сети: а) переменное 220 В-одно- фазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В. Показать на харак- теристиках режимы работы привода: пуск, торможение на останов. 9. Рассчитать и построить механические характеристики двига- теля при пуске при напряжении сети: а) переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления; б) = 220 В. Показать на характери- стиках режимы работы. Записать логические уравнения включения контакторов Л, У1, У2 10. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд). 11. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220-одно- фазная мостовая схема выпрямления при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и мо- менте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд). 12. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении се- ти 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд). 13. Рассчитать время торможения двигателя при напряжении сети 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реактив- ном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн) и моменте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд). 14. Рассчитать время торможения двигателя на останов при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции 58 механизма от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.0 Jр; г-1.05 Jр; д-1.1 Jр) и максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян.). Опре- делить уставку времени реле РТ. 15. Рассчитать время торможения двигателя на останов при напряжении сети 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции механизма от расчетного (а-0.9 Jр; б-0.95 Jр; в-1.0 Jр; г-1.05 Jр; д-1.1 Jр) и максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). Определить уставку времени реле РТ. 16. Рассчитать время торможения двигателя противовключением при напряжении 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), изменении напряжения питания от расчетного (а-0.9 Uн; б-0.95 Uн; в-1.15 Uн; г-1.05 Uн; д-1.1 Uн) и расчетном максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). Опреде- лить уставку реле РПВ РПН. 17. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пуске при напряжении сети (а) 220 В; б) переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления) при реактивном статическом момен- те (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд) изменении напряжения питания от расчетного (а-0.9 Uн; б-0.95 Uн; в-1.15 Uн; г-1.05 Uн; д-1.1 Uн) и расчетном максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). 18. Записать уравнения момента и скорости двигателя при тор- можении на останов при напряжении сети (а) 220 В; б) переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления) при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд ), изменении напряжения питания от расчетного (а-0.9 Uн; б-0.95 Uн; в-1.15 Uн; г-1.05 Uн; д-1.1 Uн) и расчетном 59 максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). 19. Записать уравнения момента и скорости двигателя при торможении противовключением при напряжении сети (а) 220 В; б) переменное 220 В-однофазная мостовая схема выпрямления) при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн), моменте инерции механизма (а-0.1 Jд; б-0.2 Jд; в-0.3 Jд; г-0.4 Jд; д-0.5 Jд) изменении напряжения питания от рас- четного (а-0.9 Uн; б-0.95 Uн; в-1.15 Uн; г-1.05 Uн; д-1.1 Uн ) и рас- четном максимальном токе (а-Imax = 2,5 Iян; б-Imax = 2,4 Iян; в-Imax = 2,3 Iян; г-Imax = 2,2 Iян; д-Imax = 2,1 Iян; е-Imax = 2,0 Iян; ж-Imax = 1,9 Iян). 20. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 21. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 6а. Реверсивное управление двигателем постоянного тока по принципу тока с использованием трех положений командоконтроллера Цель работы: составление, сборка и наладка схемы реверсивно- го управления пуском по принципу тока, торможением противо- включением при реверсе по принципу скорости и динамическим торможением на останов по принципу времени двигателя постоян- ного тока с использованием трех положений командоконтроллера. Описание лабораторной работы Исходная схема управления двигателем постоянного тока по принципу времени представлена на рис. 6.1а, б. Порядок проведения работы 1. Составить схему реверсивного управления пуском по прин- ципу тока,торможением противовключением при реверсе по прин- ципу скорости и динамическим торможением на останов по прин- 60 ципу времени двигателя постоянного тока с использованием трех положений командоконтроллера. 2. Собрать схему и опробовать ее в работе. 3. Опробуйте все возможные режимы работы электропривода, осуществляемые рассматриваемой схемой. Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. анализ работы схемы управления; 4. индивидуальное задание. Индивидуальные задания 1. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответ- ствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. 2. По разработанной принципиальной схеме составить электро- монтажную схему (схему соединений) силовой части электропривода в соответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. Работа 7. Реверсивное управление асинхронным однофазным конденсаторным двигателем с помощью симисторного пускателя Цель работы: изучить принципиальную схему управления асин- хронным однофазным конденсаторным двигателем с реверсивным симисторным пускателем; исследовать статические механические характеристики электропривода при питании асинхронного элек- тродвигателя через симисторный пускатель. Описание лабораторной установки Пускатель симисторный ПС (ПБР-2м) предназначен для бесконтакт- ного управления электрическим исполнительным механизмом с асин- хронным однофазным конденсаторным электродвигателем (АОКД). Пускатель состоит из силовых бесконтактныx ключей на сими- сторах V2.1, V2.2, V2.3,схемы управления бесконтактными ключа- 61 ми -блокинг-генераторов БГ1, БГ2, БГ3,конденсатора С влюченного последовательно в пусковую обмотку двигателя и источника пита- ния для дистанционного управления пускателем. В схеме управления резисторы R1, R2 задают входное сопротив- ление пускателя при малом уровне входного сигнала. Резистор R3 ограничивает бросок входного тока при подаче сигнала управления на вход пускателя. Конденсаторы С1, С2 и диоды V2, V3 сглажива- ют пульсацию управляющего сигнала. Транзистор V8, резиcторы R4, R5 и диодная матрица V9 исключают включение блокинг- генераторов при подаче сигнала управления на оба входа. Стабилитроны V6, V7 предназначены для защиты транзистора V8 от пробоя при перегрузке пускателя по входному сигналу. Блокинг-генераторы, формирующие импульсы управления си- мисторами, состоят из транзисторов V15–V17, диодов V12–V14, V18–V20, трансформаторов Т2–Т4, конденсаторов С47–С6, рези- сторов R8–R16. В силовой схеме симисторы V21–V23 коммутируют напряжение, от которого осуществляется электрическое питание обмоток АОКД, а конденсаторы С7–С9 и резисторы R17–R19 улучшают условия коммутации. Дроссели L1–L3 ограничивают величину ударного то- ка при аварийных перегрузках симисторов. Источник питания цепи дистанционного управления состоит из трансформатора Т4 и диодной матрицы V1. Вывод источника с от- рицательном потенциалом соединен с клеммой «Д», а с положи- тельным – с клеммой «Ср». Входной сигнал управления пускателем – постоянное напряже- ние (24±6)В – подается на клеммы «Ср»- «М» или «Ср»- «Б». На клемму «Ср» подается положительный потенциал, на клеммы «М» или «Б» – отрицательный потенциал сигнала управления. Обозначение «М» (меньше-назад) и «Б» (больше-вперед) приня- ты условно. В исходном состоянии (входные сигналы отсутствуют) напряже- ния питания на схеме управления нет, симисторы закрыты.При по- даче управляющего сигнал на клеммы «Ср»- «М» («Ср»- «Б») заря- жаются конденсаторы С1 (С2) и С3. Напряжение с конденсатор С3 через диодную матрицу V9 пода- ется на вход эммитерного повторителя, выполненного на транзи- сторе V8. Напряжение с выхода эммитерного повторителя подается 62 на блокинг-генераторы, выполненные на транзисторах V15, (V16), V17 и трансформаторах Т1 (Т2) Т3. Блокинг-генераторы формиру- ют импульсы, отпирающие симисторы V22 (V21) и V23. Питающее напряжение с клеммы 1 через открытый симистор V23 и последова- тельно соединенный с ним V22 (V21) подается на выход пускателя клемму «Б» («М»). Порядок проведения работы 1. Изучить схему управления электропривода по инструкции. 2. Ознакомиться с используемым оборудованием и выписать его технические данные. 3. Опробовать схему в работе с: а) конденсатором С влюченным последовательно в пусковую обмотку двигателя; б) с увеличенной емкостью конденсатора С влюченного последовательно в пусковую обмотку двигателя; в) с закороченным конденсатором С. 9. Подключить записывающий прибор к панели и записать ос- циллограммы изменения частоты вращения, тока статора инапря- жения на пусковой обмотке при пуске, реверсе и торможении на останов двигателя. 4. Выполнить анализ работы схемы управления. 63 Р и с. 7 .1 . П р и н ц и п и ал ьн ая с х ем а ас и н х р о н н о го э л ек тр о п р и в о д а с си м и ст о р н ы м п у ск ат ел ем 64 Содержание отчета В отчете необходимо привести: 1. цель работы; 2. схему экспериментальной установки; 3. паспортные данные двигателя и аппаратуры управления; 4. анализ работы схемы управления; 5. диаграммы (осциллограммы) скорости и тока якоря при пус- ке, реверсе и торможении на останов двигателя постоянного тока; 6. индивидуальное задание. Контрольные вопросы 1. Достоинства и недостатки бесконтактных пускателей? 2. Пояснить работу схемы управления симисторами пускателя. 3. Пояснить принцип действия асинхронного конденсаторного двигателя. 4. Каким образом осуществляется реверс асинхронного конден- саторного двигателя? 5. Назначение стабилитронов V6, V7? 6. Каким образом исключается одновременное включение бло- кинг-генераторов БГ1 и БГ2? 7. Как работала бы схема управления при одновременном включе- нии симисторов V2.1 и V2.2? 8. Какую функцию выполняет симистор V2.3? 9. В какой последовательности происходит включение и отклю- чение симисторов? 10. Как осуществляется торможение двигателя при реверсе и останове? Индивидуальные задания 1. Построить механические статические характеристики элек- тропривода при пуске. 2. Записать уравнение статической характеристики асинхронного конденсаторного двигателя (при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. 3. Записать логические выражения включения симисторов V2.1, V2.2, V2.3. 65 4. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 220 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 5. Рассчитать время пуска двигателя при напряжении сети 380 В при реактивном статическом моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 6. Записать уравнения момента и скорости двигателя при пуске при напряжении сети (а) 220 В; б) 380 В) при реактивном статиче- ском моменте (а-0.1 Мн; б-0.15 Мн; в-0.2 Мн; г-0.25 Мн; д-0.3 Мн). 7. Построить пусковые диаграммы электропривода (Iя = f(t), Eя = f(t)). 8. Построить механические характеристики двигателя при напряжении сети: а) 380 В; б) 220 В. Показать на характеристиках режимы работы привода. 9. Построить векторную диаграмму для пусковой обмотки дви- гателя при напряжении сети: 380 В при а-С = 0 мкФ; б-С = 5 мкФ; в- = 10 мкФ. Показать на диаграмме напряжение сети и напряжение на пусковой обмотке. 10. Построить векторную диаграмму для пусковой обмотки дви- гателя при напряжении сети: 220 В при а-С = 0 мкФ; б- С = 5 мкФ; в-С = 10 мкФ. Показать на диаграмме напряженияе сети и напряже- ние на пусковой обмотке. 11. По принципиальной схеме составить электромонтажную схему (схему соединений) системы управления электроприводом в соответствии с расположением оборудования на лабораторном стенде. ЛИТЕРАТУРА 1. Зимин, Е.Н. Автоматическое управление электроприводами / Е.Н. Зимин, В.И. Яковлев. – М.: Высшая школа, 1979. 2. Вешеневский, С.Н. Характеристики двигателей в электро- приводе / С.Н. Вешеневский. – М.: Энергия, 1977. – 432 с. 3. Фираго, Б.И. Теория электропривода / Б.И. Фираго, Л.Б. Пав- лячик. – Минск: Техноперспектива, 2004 – 527с. 4. Ковчин, С.А. Теория электропривода / С.А. Ковчин, Ю.А. Саба- нин. – СПб.: Энергоатомиздат, 2000 – 496 с. 5. Справочник по электрическим машинам: в 2 т. / под ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1988 – Т. 1. – 456 с.: ил. 66 6. Электротехнический справочник: в 4 т. / под общ. ред. В.Г. Герасимова [и др.]. – М.: изд-во МЭИ. – Т. 1, 2. ПРИЛОЖЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ 1. Принципы управления электроприводами На рис. П1 изображены графики скорости и тока при пуске асин- хронных двигателей и двигателей постоянного тока с тремя ступе- нями пускового сопротивления. Для любого момента времени спра- ведливо основное уравнение электропривода: c d M M J dt . (П1) Рис. П1. График скорости и тока при пуске АД и ДПТ с тремя ступенями пускового сопротивления Здесь М – вращающий момент двигателя; J – момент инерции якоря; Мс – статический момент на валу двигателя; – скорость вращения якоря двигателя; I – ток якоря двигателя; t – время. 67 Из рассмотрения этих графиков и уравнения следует, что авто- матическое выключение ступеней сопротивления должно проис- ходить в определенные моменты времени 1 2 3( , , )t t t , при опреде- ленных скоростях 1 2 3( , , ) , и определенной величине тока 2I . Очевидно, что управление пуском может осуществляться соответ- ственно по принципам времени, скорости и тока. Принцип времени предполагает, что в электрической схеме имеются контролирующие время аппараты, которые в заданные моменты времени 1 2 3( , , )t t t дают необходимые сигналы, управляющие выключением сопротивлений. Принципы скорости и тока предполагают, что электрическая схема автоматически контролирует соответственно скорость или ток двигателя и при заданных их значениях дает сигналы на вы- ключение ступеней сопротивлений. Кроме этих трех принципов на практике используется управление по принципу пути, когда двига- тель пускается или тормозится при достижении приводимыми в движение рабочими органами определенного положения в про- странстве. Все эти принципы также пригодны для реверсирования, которое по существу является торможением, автоматически пере- ходящим в пуск с изменением направления вращения. При автоматическом управлений тем или иным технологическим процессом применяются и другие принципы: управление и функции мощности, момента, натяжении, частоты, температуры, цвета, счета операций или деталей и т.п. 2. Управление по принципу времени Пусковые графики на рис. П1 показывают, что закорачивание ступеней пускового сопротивления может происходить через опре- деленные промежутки времени. Очевидно, что первая ступень со- противления должна быть закорочена через время 1t после начала пус- ка, вторая ступень через время 2t после закорачивания первой и т.п. Выдержки времени осуществляются при помощи различных ре- ле времени, которые снабжены: маятниковыми или электромагнит- ными механизмами, магнитный поток в которых возрастает или спадает до заданной величины с замедлением; масляными или воз- душными тормозными устройствами; электронными или полупро- 68 водниковыми устройствами с постепенным зарядом или разрядом конденсаторов; двигательными механизмами, где выдержка време- ни связана с определенным передаточным отношением редуктора. Современные серийно выпускаемые реле времени могут обеспечить выдержки врёмени приблизительно от 0,05 до нескольких часов. Выдержка времени для каждого реле определяется на основании расчета переходного процесса двигателя. Из уравнения (ПI) можно определить время переходного процесса: 2 1 c J t d M M . (П2) Статические характеристики при пуске двигателя постоянного тока с тремя ступенями пускового сопротивления. Рис. П2. Статические характеристики при пуске двигателя постоянного тока с тремя ступенями пускового сопротивления Для любой точки статических характеристик с координатами М, w (рис. П2) при пуске можно записать max max min н к н M M M M ; 69 max max min ( ) ( )к н н M M M M ; max min ( )к н dMd M M ; max min ( ) ( ) ( ) к н к н с J dM t M M M M . (П3) Если в интеграле (П3) к соответствует minM , а н соответ- ствует maxM , то: min max max min ( ) 1 ln Mк н M с J t M M M M min max min max ( ) lnк н с с J M M M M M M ; min max min max ( ) lnк н сi с J M M t M M M M . (П4) Домножим числитель и знаменатель на ic R : 2 max min ( ) ( ) к н i i i J e e R t c R I I ; 3 max 4 min н i к i U e I R U e I R . Tак как 3 4U U имеем: 70 max min( )к н ie e I I R max min 1 ( ) к н i e e I I R . Тогда: min min 2 max max ln lni с сi Mi с с J R M M M M t T c M M M M . (П5) Запишем уравнения равновесия электрической цепи для точек 1–7: 1. max 1U I R ; 2. 1 min 1U e I R ; 3. 1 max 2U e I R ; 4. 2 min 2U e I R ; 5. 2 max 3U e I R ; (П6) 6. 3 min 3U e I R ; 7. 3 max eU e I R . Из (П2)–(П7) следует: 1 min 1 1 max 2e I R e I R ; 1 2 3max max min min 2 3 e R R RI M I M R R R ; (П7) 3 eR R ; 2 2 eR R ; 3 1 eR R ; 71 3( ) 1 max max n e U U R I I R , (П8) где n – количество искусственных характеристик. Тогда количество ступеней рассчитывается: max log e U n I R и округляется до ближайшего большего целого числа. Из (П1)–(П6) следует: max 1 1 min 1I R e I R ; 1 1 max min 1( )e e I I R ; 1 max 2 2 min 2e I R e I R ; 2 2 max min 2( )e e I I R ; 2 max 3 3 min 3e I R e I R ; 3 3 max min 3( )e e I I R ; 1 2 31 2 2 3 2 3 ... e R R Re e e e R R R ; (П9) min max ln сi Mi с M M t T M M ; 1 21 2 1 2 2 3 2 3 2 3 ... ... ...M M M M R Rt t T T t t T T R R . (П10) 72 Из 1 2 3 2 3 e R R R R R R : 3 e e R R R ; 3 ( 1) eR R ; 22 2 3 2 3 3 ( 1) e R R R R R R R ; 3 1 ( 1) eR R . (П11) При cM и J const в пределах изменения скорости от 1 до 2 будем иметь: 2 1 1 1,2 1 2 2 ln M t J M M M . Обозначая собственное время срабатывания контактора или реле – срt для определения уставок реле времени получаем выражение: 1,2уст срt t t . В схемах постоянного тока широкое распространение получили электромагнитные реле времени. На рис. П3, а схематически пока- зано устройство такого реле. Когда управляющий контакт УК разо- мкнут, через катушку 5 реле протекает ток, и якорь 3 реле притянут к его сердечнику 4, как показано тонкой линией. Для получения вы- держки времени необходимо замкнуть контакт УК. При атом маг- нитное поле катушки, образованное протекавшим через нее током, исчезая, наводит в витках катушки ЭДС. самоиндукции. Под ее действием в замкнутом контуре, образованном катушкой и контак- том УК, потечет ток. Этот ток будет замедлять уменьшение магнит- ного потока, и якорь реле некоторое время удерживается в притяну- 73 том положении. Величина тока, протекающего в указанном конту- ре, непрерывно уменьшается, и через некоторое время якорь реле под действием сжатой пружины I отпадает, вызывая размыкание одного контакта и замыкание другого. Уставку реле регулируют изменением сжатия пружины I посредством гайки 2. Для исключения прилипания якоря к сердечнику вследствие остаточного магнетизма к якорю прикрепляют тонкую пластину из немагнитного материала, толщину которой можно изменять, меняя тем самым магнитный поток системы при притянутом якоре. При этом также изменяется уставка реле. Чем толще пластина, тем меньше выдержка времени. Рис. П3. Электромагнитные реле времени Если замыкание катушки в схеме нежелательно, применяют элек- тромагнитное реле с демпфером. Отличие этого реле от рассмотренно- го выше, заключается в том, что его катушка намотана на толстостен- ную медную трубку (демпфер) 6, служащую каркасом катушки. Управ- ляющий контакт УК включается последовательно с катушкой (рис. П3) медной трубке электродвижущую силу. В трубке, представляющей со- бой замкнутый контур, возникает ток, удерживающий якорь во втяну- том состоянии. Магнитный поток, как и ток в трубке, постепенно зату- хает, и при достаточном его уменьшении якорь реле отпадает. Вслед- ствие размагничивающего действия демпфера время включения этого реле больше, чем у электромагнитного реле без демпфера. Электромагнитные реле времени обеспечивают выдержки вре- мени до 5–12 с в зависимости от конструктивного исполнения. 74 Электромагнитное реле времени можно использовать в цепях пе- ременного тока, питая их через полупроводниковые выпрямители. Использование электромагнитных реле времени позволяет легко сочетать силовые цепи и цепи управления, что дает возможность уменьшить количество блок-контактов. Такое сочетание силовой цепи и цепей управления показано на рис. П4, а. Здесь обеспечива- ние катушек электромагнитных реле времени РУ1, РУ2 и начало отсчета выдержки времени осуществляется закорачиванием их при помощи силовых контактов ступеней пускового реостата. Недостатком такой схемы включения является наличие только одного разрыва в цепи якоря, так как включение контакта Л с другой стороны якоря лишило бы реле РУ1, РУ2 питания перед началом пуска. Устранить этот недостаток можно, включив обмот- ки реле РУ1, РУ2 по схеме, приведенной рис. П4, б. При этом необ- ходимо использовать дополнительно по одному блок-контакту кон- такторов Л, У1 для включения в цепи обмоток реле РУ1, РУ2. 75 Рис. П4. Электрические схемы автоматического управления двигателем Принцип времени успешно используется и при управлении схе- мы динамического торможения. На рис. П5 представлены типовые узлы электрической схемы автоматического управления двигателем параллельного возбуждения, обеспечивающие динамическое тор- 76 можение. Здесь же даны механические характеристики и кривые тормозного тока и скорости двигателя при торможении. Рис. П5. Типовые узлы электрической схемы автоматического управления двигателем параллельного возбуждения Предположим, что двигатель работает с установившейся скоро- стью. Тогда контакторы Л и У включены и реле торможения РТ за- мкнуло свой контакт, однако катушка тормозного контактора Т не обтекается током, так как в ее цепи разомкнут размыкающий блок- контакт контактора Л. Для динамического торможения нажимается кнопка КнС, от- ключающая контактор Л, который своим главным контактом от- ключает двигатель от сети. Замыкающий блок-контакт контактора Л размыкает цепь катушки РТ, и оно начинает отсчет выдержки времени торможения. Размыкающий контакт контактора Л замыка- ет цепь катушки контактора Т. Последний включается и замыкает якорь двигателя на тормозное сопротивление RT, что необходимо для начала динамического торможения. Уставка реле РТ должна быть приблизительно равна или немного превосходить время тор- можения . 77 Преимуществами управления пуском, торможением и реверсом по принципу времени являются примерные постоянство времени пуск, торможения и реверса даже при значительных изменениях момента статического сопротивления, момента инерции, напряже- ния питающей сети, температуры катушек ряда электромагнитных реле времени и пусковых сопротивлений, а также простота и надежность. Влияние изменений сопротивлений катушек реле на ход автома- тического пуска может быть в зависимости от типов примененных реле как значительным, так и малым. Нагрев, например, катушек электромагнитных реле серии РЭ-100 без гильз (демпферов) прак- тически не влияет на величину выдержек, так как эти реле имеют значительный запас по намагничивающей силе и магнитный поток насыщенного сердечника уменьшается всего на 5% при уменьше- нии н.с. на 50%. Нагрев же реле РЭ-500 или P3-180 с гильзой на ве- личину выдержки времени влияет существенно, так как эти реле имеют значительно меньший запас по н.с. Значит, по мере нагрева катушек реле времени этого типа их выдержки времени сокращают- ся, а динамические моменты при пуске возрастают. Изменение величины пусковых сопротивлений при их нагрева- нии может влиять на процесс пуска, особенно для чугунных сопро- тивлений. Если расчет пусковых сопротивлений выполнен без учета их нагревания, то динамические моменты при холодных сопротивле- ниях будут расчетными. При пуске же с нагретыми сопротивления- ми (фехраль, нихром, чугун) динамические моменты в начале пуска уменьшаются, а к концу возрастут, превысив расчетные. Рассмотренное влияние отклонений параметров на процессе пуска относится также к процессам пуска, торможения и реверса двигателей постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением. Положительным моментом управления по принципу времени является также возможность применения для управления пуском и торможением двигателей различной мощности однотипных, доста- точно надежных и серийно изготовляемых реле времени. Все это привело к тому, что управление по принципу времени получило наибольшее распространение в промышленности. 78 Недостатком управления по принципу времени является воз- можность значительного возрастания толчков пускового тока и мо- мента» при соответствующем увеличении статического момента или момента инерции на валу двигателя. 3. Управление по принципу скорости Управление по принципу скорости требует контроля скорости с последующим автоматическим воздействием на соответствующий аппарат управления. Скорость можно контролировать при помощи центробежных реле, однако в схемах управления пуском двигателей они применяются сравнительно редко. Объясняется это сложностью их конструкций, высокой стоимостью, недостаточной точностью и надёжностью работы. Можно измерять скорость электрическим пу- тем при помощи тахогенераторов, соединенных с валом двигателя. Однако и этот вариант для простой схемы управления не считается достаточно экономичным и надежным. В таких схемах скорость двигателя успешно контролируется косвенным путем: через его ЭДС – для машин постоянного тока или через ЭДС и частоту тока в роторе – для асинхронных и синхронных машин. Контролировать скорость двигателя постоянного тока через его ЭДС можно благодаря тому, что при постоянном магнитном пото- ке в якоре возникает ЭДС, пропорциональная скорости. Катушка контакторов или реле ускорения можно включать на напряжение якоря, превосходящее ЭДС, только на величину падения напряже- ния в якоре. При определенных значениях напряжения срабатывают пооче- редно контакторы ускорения, постепенно закорачивая ступени пускового сопротивления. На рис. П6 изображен узел электриче- ской схемы автоматического пуска двигателя постоянного тока параллельного или независимого возбуждения, работающий по принципу скорости. Каждый из контакторов ускорения, включенных в схему, настроен на определенное значение напряжения втягивания. Пуск двигателя начинается после включения линейного контактора Л. В начале пуска напряжение на катушках контакторов маю и равно падению напряжения на якоре. По мере увеличения скорости элек- 79 тродвигателя его ЭДС возрастает. При определенной скорости 1 , напряжение на зажимах катушки контакторов равно: 1 1 2y e яU c I r . Рис. П6. Узел электрической схемы автоматического пуска ДПТ параллельного или независимого возбуждения, работающий по принципу скорости Если оно достигает напряжения втягивания, то контактор У1 за- корачивает первую ступень пускового сопротивления R1. В таком же порядке происходит закорачивание второй и третьей ступеней пускового сопротивления при скоростях 1 2( )и . После закорачивания всего пускового сопротивления пуск заканчивается, и двигатель работает согласно естественной характеристике. Достоинства узла схемы на рис. П6 состоят в его простоте и де- шевизне, так как здесь отсутствуют реле. Недостатки состоят в том что, во-первых, практически двигатель пускается в различных усло- виях, что меняет скорости, при которых закорачиваются сопротив- ления. Например, сопротивления катушек в холодном и горячем состояниях при перегревах = 0 и = 50 °С могут относиться друг к другу, как 100% к 100 (I + )% = 100 (1 + 0,004 50) = 120%. Это приведет к тому, что при нагретых катушках срабатывание контакторов будет происходить при значительно больших скоро- стях. Во-вторых, к недостаткам узла следует отнести изменение 80 скоростей переключения ступеней пускового сопротивления и бросков тока при колебаниях подводимого к двигателю напряже- ния. В-третьих, недостатком этого узла является значительное различие напряжений втягивания контакторов ускорения, требующее раз- личной регулировки контакторов или даже различного исполнения их катушек. Последний недостаток можно частично устранить, если к зажиму якоря присоединить лишь одни концы катушек контакто- ров У1–УЗ, а другие – к различным точкам пускового сопротивле- ния. При этом напряжения втягивания контакторов ускорения ста- новятся более близкими друг к другу. Контроль скорости через ЭДС нашел некоторое применение, например, в схемах автоматического пуска электроприводов нажимных устройств прокатных станов. Значительно большее при- менение он имеет при автоматическом управлении торможением. Нa рис. П7 приведен узел схемы управления двигателем не- большой мощности с независимым возбуждением. При нажатии кнопки KнП включается контактор Л. Двигатель подключается к сети через пусковое сопротивление РУ и начинает разгоняться. В нужный момент включается контактор У, управление которым принципиально может производиться по любому из рассматрива- емых принципов. При нажатии кнопки КнС отключается контак- тор Л, включаются реле РТ и контактор Т. Начинается динамиче- ское торможение. Тормозной момент машины будет снижаться в этой схеме прямо пропорционально скорости двигателя, при низ- кой скорости величина ЭДС, станет равной напряжению отпуска- ния реле динамического торможения РТ. Последнее откроет свой контакт в цепи катушки контактора Т, контактор отключится ж дальнейшее замедление будет происходить под действием статиче- ского момента. Большое практическое значение имеет вопрос правильного вы- бора реле динамического торможения. Если исходить из необходи- мости получения минимального времени торможения при извест- ных RТ и Mс, то реле должно иметь минимальный коэффициент возраста. В этом случае, например, целесообразно выбирать реле типа РЭ-100, которое может быть настроено на отпадание при напряжении 0,1 – 0,15 нU , где нU – номинальное напряжение. 81 Рис. П7. Узел схемы управления двигателем с независимым возбуждением Рассмотрим принципы управления ступенью противовключения при торможении двигателей постоянного тока, принципиальная схема узла противовключения показана на рис. П8, а. Известно, что при тор- можении противовключением напряжение сети суммируется с ЭДС двигателя и поэтому к пусковым сопротивлениям RУ добавляется по- следовательно соединенная с ними ступень противовключения RП. Эта ступень обычно закорачивается контактором противовключения П. Рис. П8. Принципиальная схема узла противовключения а) б) 82 Роль реле противовключения в схеме на рис. П8, а заключается в том, чтобы при определенной скорости, близкой к нулю, дать им- пульс на прекращение торможения и закорачивание ступени проти- вовключения. Напряжения на катушке реле противовключения: РП Н XU U iR . Ток двигателя при противовключении: H еH U K ФU Ei R R . Из этих уравнений получаем выражение для напряжения на ка- тушке реле противовключения РПU : ( ) XРП H H е R U U U K Ф R . Для двигателя независимого и параллельного возбуждения вели- чины ,HU R и Ф постоянны, и получается прямолинейная зави- симость РПU от . Семейство характеристик ( )РПU для различных точек присо- единения реле, т.е. для разных XR , представлено на риc. П9. Харак- теристики сходятся в одной точке, отвечающей идеальному хо- лостому ходу 0( ) ,так как при этой скорости ток в силовой цепи равен нулю, и, следовательно, нет падения напряжения в сопротив- лении. Это видно непосредственно из приведенных уравнений. Если вместо подставить значение 0 H H e е U U C K Ф , то РП HU U при любых значениях XR , а это значит, что координаты точки пересечения характеристик есть 0 и HU . 83 Рис. П9. Характеристика напряжения на реле противовключения Для надежной работы реле противовключения полагают, что в начале торможения (при максимальной скорости) напряжение на реле противовключения должно быть равно нулю. Возможность отсутствия напряжения на катушке реле РП можно наглядно объяс- нить, воспользовавшись схемой (рис. П8, б), на которой сеть пред- ставлена в виде машины С, не имеющей внутреннего сопротивле- ния. Катушка РП включена в диагональ моста и, следовательно, при заданных ЭДС сети и двигателя всегда можно выбрать такую точку присоединения реле РП, чтобы напряжение на катушке равнялось нулю. Поэтому у: 0РП H Д ЯU U I R . Отсюда: H X Д U R I . Допустимый максимум тока: H M Д U E I R . 84 Подстановкой в предыдущее выражение получается расчетное уравнение: H X H M U R R U E . Для двигателей независимого и параллельного возбуждения во многих случаях H MU E , при этом 0,5XR R . Из условий надежности работы принимают, что напряжение втя- гивания реле противовключения должно быть на 15–20% меньше напряжения на реле при неподвижном якоре двигателя . 00,8РП ВТ РПU U . Если принять 0 и 0,5XR R , то 0 0,5РП HU U Следовательно, напряжение втягивания выражается формулой: . 0,8 0,5 0,4РП ВТ H HU U U . Изменения напряжения на реле противовключения при реверсе по- казаны на рис. П9 ломаной линией I. Очевидно, что реле противо- включения нужно выбирать на номинальное напряжение двигателя и настраивать так, чтобы напряжение втягивания составляло 0,4 HU . В отличие от принципа времени все рассмотренные выше откло- нения от расчетных cM , J , HU , релеr при управлении по принци- пу скорости влияют на продолжительность пуска и торможения. Достоинствами узлов схем, работающих по принципу скоро- сти, являются их простота и дешевизна. Недостатки их состоят в зависимости времени пуска и торможения от величины статиче- ского момента, момента инерции, напряжения питающей сети, температуры сопротивлений и катушек. К недостаткам можно отнести также возможность задержки процесса пуска на проме- жуточной скорости вращения и перегревания пусковых сопро- тивлений, а также трудность настройки контакторов на разные напряжения втягивания. 85 4. Управление по принципу тока На рис. П2 видно, что ток при пуске двигателя изменяется от значения 1I до 2I . Можно создать автоматическое устройство, ко- торое будет закорачивать ступени пускового сопротивления при токе переключения 2I . Аппаратом, дающим импульс на закорачи- вание сопротивления, здесь может являться как контактор, имею- щий токовую обмотку, так и токовое реле. Узел такой схемы (рис. П10) дан применительно к управлению двигателем последовательного возбуждения постоянного тока. По- сле замыкания контакта линейного контактора Л в главной цепи начинает протекать пусковой ток, постепенно уменьшающийся от значения 1I . Реле ускорения РУ имеет токовую катушку и срабаты- вает в начале пуска, размыкая свой размыкающий контакт в цепи катушки контактора ускорения. Ток втягивания этого реле меньше тока 1I а ток отпускания равен току переключения 2I . В цепь ка- тушки контактора ускорения У включен замыкающий контакт бло- кировочного реле РБ выбирается большим или равным собственно- му времени включения реле ускорения РУ. Контакт реле РУ закора- чивается контактом контактора У. Следовательно, при втором броске пускового тока контактор У остается включенным. Рис. П10. Узел схемы управления двигателем с последовательным возбуждением 86 Принцип тока нашел довольно широкое применение при управ- лении полем двигателя независимого возбуждения в режимах авто- матического пуска, торможения и реверсирования. Принцип тока применим также при пуске и торможении асин- хронных электродвигателей. Узел схемы автоматического тормо- жения противовключением двигателя с контактными кольцами представлен на рис. П11. Рис. П11. Узел схемы автоматического торможения противовключением двигателя Если, например, был включен контактор В, а затем включается контактор Н, то командоконтроллер в крайнем левом положении должен иметь замкнутым свои контакты КК4, КК5, КК6. Однако контактор противовключения П в первый момент включиться не может, так как реле противовключения РП замыкает свой контакт и 87 лишает питания весь изображенный узел схемы управления. Проис- ходит торможение противовключением. Реле РП замкнет свой контакт после того, как ток в роторе спа- дет до тока переключения 2I . Это приведет к включению контакто- ра П, который закоротит сопротивление противовключения RП. За- тем будет осуществляться пуск в обратную сторону по принципу времени при помощи встроенных в контакторы маятниковых реле времени. Достоинством принципа тока можно считать поддержание мо- мента двигателя на определенном уровне, а также отсутствие зави- симости процесса пуска и торможения от температуры катушек, реле. Однако принцип тока не обеспечивает постоянства времени пуска и торможения. Отклонения от расчетных значений Мс и UH приводят соответственно к отклонениям динамического момента. При чрезмерном возрастании Mс возможно «застревание» процесса пуска на одной из промежуточных искусственных характеристик и перегревание пусковых сопротивлений. 5. Главные цепи релейно-контакторных систем автоматического управления Главные цепи двигателей постоянного тока Пуск двигателей постоянного тока даже в самых простых случа- ях следует осуществлять так, чтобы токи якоря не превышали номи- нальный ток больше, чем в 2–3 раза. Такое ограничение определя- ется стремлением защитить от повреждений коллектор и щетки, которые вследствие больших пусковых токов в условиях ухудшенной коммутации не должны недопустимо перегреваться и подгорать. Существуют еще и дополнительные условия, снижающие этот пре- дел, например, в случаях, когда требуется выдержать заданные ускорения, если механизм допускает только небольшие толчки мо- мента, либо система электропривода обладает большим приведен- ным к валу двигателя моментом инерции и др. Поэтому только для сравнительно небольших серийных машин мощностью до 5 кВт с малыми моментам инерции на валу возмо- жен пуск непосредственным подключением к питающей сети. Это 88 объясняется тем, что малые машины обладают меньшей кратностью момента и током короткого замыкания. На рис. П12 показаны три практически встречающихся узла схем соединения пусковых сопротивлений и контакторов для двигателей постоянного тока смешанного возбуждения средней и большой мощности, пуск без которых без сопротивлений невозможен. Эти же схемы применяются для двигателей независимого и последова- тельного возбуждения. Три ступени пускового сопротивления пока- заны здесь условно. Число их может быть отличным от трех. В схеме на рис. П12, а все контакторы должны быть одной вели- чины, так как в длительном режиме по их контактам протекает один и тот же ток якоря. Приваривание контактов любого из контакторов ускорения в такой схеме не вызывает включения двигателя без пус- ковых сопротивлений при последующем его пуске. Схема применя- ется для двигателей мощностью приблизительно до Рн = 150 кВт и напряжением до HU = 220 В при небольшом числе ступеней пус- кового сопротивления. В схеме на рис. П12, б для длительного режима работы можно выбирать контакторы Л2, Л и У2 меньшей величины, чем контакто- ры Л1 и УЗ, контакты которых длительно обтекаются током. При повторно-кратковременных режимах такая рекомендация неправо- мерна, так как при включении любого контактора по его главному контакту протекает ток, эквивалентное значение которого может быть близким к эквивалентному тону якоря двигателя. В этой схеме контакторы Л2, У1 и У2 по окончании пуска можно отключать. Приваривание контакта контактора УЗ в состоянии вызвать в схеме на рис. П12, б пуск без сопротивления в якоре и привести к аварий- ному отключению и даже повреждению двигателя. Для предотвра- щения этой опасности следует использовать размыкающий блок- контакт контактора УЗ (или даже всех контакторов ускорения), за- прещающий повторный пуск двигателя, если этот контактор не от- ключится. Эта схема рекомендуется для мелких и средних двигате- лей (до Рн ~ 300 кВт и UH ~ 220 B). Для двигателей малой мощности она дает эффект в тех случаях, когда вместо части контакторов ускорения удается использовать реле управления. Для двигателей средней мощности она должна применяться при многоступенчатом пуске, при котором уменьшение величин контакторов ускорения 89 существенно сказывается на стоимости установки. Для повторно- кратковременных и кратковременных режимов работы схему на рис. П12, б применять не следует, так как уменьшения габаритов контакторов в этих режимах не произойдет, с надежность из-за воз- можности приваривания контакторов снижается. Рис. П12. Соединения пусковых сопротивлений В схеме на рис. П12, в для длительного режима работы контак- торы Л2, У1, У2 также могут выбираться меньших габаритов. Кон- такторы У1 и У2 могут быть выбраны меньшими. чем в схеме на 90 рис. П12, б; даже при повторно-кратковременном режиме работы, так как они пропускают только часть якорного тока. Выяснено, что стандартные ящики сопротивлений в схеме на рис. П12, в пополь- зуются хуже, чем в двух предыдущих, особенно для мелких двига- телей. Электрическая блокировка, предохраняющая от пуска с зако- роченными пусковыми сопротивлениями, здесь также необходима, как в схема на рис. П12, б. Контакторы Л2, У1 и У2 по окончании пуска могут отключаться. Схема на рис. П12, в применяется для двигателей средней и боль- шой мощности (от Рн = 150 кВт и выше и UH = 220 В). Она дает эко- номию на контакторах для средних двигателей при большом коли- честве пусковых сопротивлений и повторно-кратковременном ре- жима работы. Для крупных двигателей этой схеме следует отдавать предпочтение при любых режимах работы, ибо экономия на кон- такторах оказывается значительной. Роторные цепи асинхронных двигателей Автоматический пуск двигателей с контактными кольцами обычно производится с последовательным закорачиванием отдельных степе- ней сопротивлений, контактами контакторов. В автоматизированных электроприводах применяются узлы схем включения сопротивлений и контакторов, показанные на рис. П13. Эти узлы применяются для дви- гателей малой, средней и большой мощности, имеющих номинальный ток ротора до 900 А. Узел схему на рис. П13, а имеет наибольшее рас- пространение потому, что он требует минимального количества кон- тактов контактора и отличается простотой монтажа. Узел схемы на рис. П13, б обеспечивает при отклонении контак- торов У1 и 72 размыкание любой цепи двумя контактами. Количе- ство контактов здесь возрастает на 50%, Монтаж усложняется не- значительно. Схема применяется редко преимущественно при срав- нительно высоких напряжениях в роторе. Узел схемы на рис. П13, в также требует увеличения на 50% числа контактов контакторов в сравнении с узлом на рис. П13, а. Однако здесь через каждый контакт протекают меньшие токи по сравнению с токами в двух предыдущих узлах. Монтаж узла схемы более сложен. Применение этого узла можно рекомендовать лишь в том случае, если он позволит уменьшить размеры контакторов и 91 снизить стоимость панели управления. Последний узел обладает повышенной надежностью. Вследствие того, что каждые две точки сопротивления соединяются в две параллельные цепи. Рис. П13. Узлы схем включения сопротивлений и контакторов В рассматриваемых схемах при длительном режиме работы дви- гателя и редких пусках и реверсах для переключения промежуточ- ных ступеней могут быть применены контакторы меньшей величи- ны по сравнению с последним (У2),Можно также соединять контак- ты последнего контактора по схеме треугольника (рис. П13, в), а остальные – по схеме на рис. П13, а, выбирая контакторы одного и того же размера. Если роторный ток двигателя находится в преде- лах 900–1800 А, то в роторе применяются две одинаковые парал- лельно включенные схемы сопротивлений. 6. Асинхронные однофазные конденсаторные двигатели Большинство асинхронных двигателей малой мощности выпол- няется однофазными. Обычно в статоре помещаются две обмотки - рабочая и вспомогательная, или пусковая, так как одна обмотка не развивает начального вращающего момента при пуске. 92 В цепь рабочей обмотки постоянно включен конденсатор для со- здания вращающегося магнитного поля (рис. П14). Однофазные асинхронные двигатели со вспомогательной обмот- кой в статоре разделяются на следующие типы: — однофазные конденсаторные двигатели – с постоянно вклю- ченным в рабочую или вспомогательную обмотку конденсатором; — однофазные двигатели с конденсаторным пуском, т.е. с включением конденсатора во вспомогательную обмотку только на время пуска; — однофазные двигатели с реостатным пуском, т.е. с включени- ем добавочного активного сопротивления во вспомогательную об- мотку на время пуска; — однофазные двигатели с расщепленными или экранирован- ными полюсами. Первые три типа однофазных асинхронных двигателей выпол- няются с двумя отдельными распределенными обмотками в статоре, а четвертый тип – с явнополюсным статором, с сосредоточенной обмоткой и короткозамкнутым кольцом на полюсах. Рис. П14. Схема однофазного конденсаторного управляемого электродвигателя (а) и его механическая характеристика (б): 1 – рабочая обмотка, в цепь которой включен конденсатор; 2 – короткозамкнутый ротор; 3 – вспомогательная обмотка 93 7. Схемы соединений (Э4) Схема соединений определяет конструктивное выполнение элек- трических соединений элементов в изделии. Схема соединений составляется на основании принципиальной схе- мы, на которой все элементы изображают условными графическими обозначениями в соответствии со стандартами и им присваиваются условные буквенно-цифровые позиционные обозначения. Участки цепи, разделенные контактами аппаратов, обмотками реле, приборов, машин, резисторами и другими элементами должны иметь различную марки- ровку. На рис. П15 показан пример маркировки силовых цепей пере- менного тока и цепей управления на принципиальной схеме. Рис. П15. Схема электрическая принципиальная (а) и схема соединений (б) а) б) 94 На схеме соединений изображают все устройства и элементы, входящие в состав изделия, их входные и выходные элементы (соединители, платы, зажимы ит. и) и соединения между ними с указанием маркировки этих соединений. Устройства изображают в виде прямоугольников или упрощенных внешних очертаний, эле- менты – в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД прямоугольников или упрощенных внешних очертаний. Внутри прямоугольников или упрощенных внешних очертаний, изображающих элементы, допускается помещать их условные графические обозначения, а для устройств – их структур- ные, функциональные или принципиальные схемы. Входные и выходные элементы изображают условными графи- ческими обозначениями. Расположение изображений входных и выходных элементов или выводов внутри условных графических обозначений устройств и элементов должно примерно соответство- вать их действительному расположению в устройстве или элементе. Допускается взамен условных графических обозначений вход- ных и выходных элементов помещать таблицы с характеристиками цепей и адресами внешних подключений. Расположение графических обозначений устройств и элементов на схеме должно примерно соответствовать их действительному размещению в изделии. Допускается на схеме не отражать распо- ложение устройств и элементов в изделии, если схему выполняют на нескольких листах или размещение устройств и элементов на месте эксплуатации неизвестно. Элементы, используемые в изделии частично, допускается изоб- ражать на схеме неполностью. Около условных графических обозначений устройств и элемен- тов указывают позиционные обозначения, присвоенные им на принципиальной схеме. Около или внутри графического обозначе- ния устройства допускается указывать его наименование и тип или обозначение документа, на основании которого устройство приме- нено. При отсутствии принципиальной схемы изделия позиционные обозначения устройствам, а также элементам, не вошедшим в прин- ципиальные схемы составных частей изделия, присваивают по пра- вилам в соответствии с ГОСТ. На схеме следует указывать обозначения выводов (контактов) элементов (устройств), нанесенные на изделие или установленные в 95 документации изделия. Если в конструкции устройства или элемен- та и в его документации обозначения входных и выходных элемен- тов не указаны, то допускается условно присваивать им обозначе- ния на схеме, помещая соответствующее пояснение на поле схемы. Устройства с одинаковыми внешними подключениями изобра- жают на схеме с указанием подключений только для одного из них. Если устройства имеют самостоятельные схемы подключения, то на схеме изделия допускается не показывать присоединение прово- дов и жил кабелей к входным и выходным элементам. При изображении соединителей отдельные контакты допускает- ся не изображать, а заменять их таблицами с указанием подключе- ния контактов. Таблицы можно помещать около изображения со- единителя, на поле схемы или на последующих листах схемы. В последнем случае им присваивают позиционные обозначения со- ответствующих соединителей. В таблице допускается указывать дополнительные сведения, например, данные провода. 96 Учебное издание СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ Лабораторный практикум для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» В 3 частях Ч а с т ь 1 СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКОГО РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ С о с т а в и т е л ь МИХЕЕВ Николай Николаевич Технический редактор О.В. Песенько Подписано в печать 20.04.2012. Формат 60 841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 5,46. Уч.-изд. л. 4,27. Тираж 200. Заказ 745. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.