Управление электродвигателями сводится к их пуску, регулированию скорости, изменению направления вращения, торможению, поддержанию заданного режима работы и остановки двигателей. В зависимости от назначения схемы управления выполняют те или иные перечисленные функции и обеспечивают защиту электродвигателей от различных неисправностей. Основой любой электрической схемы управления являются электрические аппараты.
Рассмотрим применение, работу и функциональные задачи электрических аппаратов в некоторых схемах управления.
СХЕМА ПУСКА В ФУНКЦИИ ТОКА асинхронного двигателя с фазным ротором (рис. 88) предназначена для автоматизированного пуска и остановки двигателя, а также его нулевой защиты. Схема работает следующим образом.
При нажатии кнопки КП срабатывает линейный контактор Л, включающий питание на статор электродвигателя и на катушку блокировочного реле РБ. Это реле замыкает свои контакты с некоторым запаздыванием, необходимым для размыкания контактов реле ускорения 1РУ и 2РУ под действием пускового тока. Сработав, реле ускорения размыкает свои размыкающие контакты 1РУ и 2РУ в цепях питания катушек контакторов ускорения 1У и 2У. В результате этого двигатель разгоняется с полностью введенными сопротивлениями в цепи фазного ротора, что снижает пусковые токи и повышает пусковой момент двигателя.
По мере разгона пусковой ток в роторе уменьшается и при определенном значении его, равном току уставки, реле ускорения 1РУ отпускает свой якорь, контакты 1РУ замыкаются и срабатывает первый контактор ускорения 1У, шунтируя первую ступень пусковых сопротивлений вместе с катушкой 1РУ. При дальнейшем снижении пускового тока размыкаются контакты 2РУ и включается контактор 2У, шунтирующий вторую ступень сопротивления вместе с катушкой 2РУ. Шунтирование катушек 1РУ и 2РУ необходимо для предотвращения их повторного срабатывания при бросках тока.
В качестве реле ускорения в схеме используется реле максимального переменного тока. Функции блокировочного реле выполняет реле напряжения. Линейный контактор осуществляет включение, отключение и нулевую защиту электродвигателя.
Контроллерная схема управления двигателем постоянного тока (рис. 89) позволяет производить пуск, регулирование скорости, реверс, торможение, остановку и обеспечивает максимальную, грузовую и нулевую защиту электродвигателя. Схема предназначена для привода якорно-швартовного шпиля и укомплектована двигателем типа ДМП-32 с пристроенным дисковым тормозом типа ТДП-3, ящиками сопротивления типов СКФ-2 и СКФ-3, кулачковым контроллером типа КВ-2500 с одним нулевым и шестью рабочими положениями в каждую сторону.
Схема работает следующим образом.
После подачи питания на схему включаются съемной рукояткой линейные кулачковые элементы Л, которые удерживаются в этом положении получившей питание катушкой Л. Контакты Л могут замкнуться только в нулевом положении контроллера, что предотвращает возможность включения двигателя в промежуточном положенин рукоятки. Одновременно с катушкой Л получают питание катушка контактора грузовой защиты КГ, который замыкает свои контакты, и через сопротивление 1ДС — параллельная обмотка возбуждения. Падение напряжения на сопротивлении 1ДС увеличивается параллельной ветвью Ш1—Ш3 и пусковым сопротивлением (точки Р1—Р5).
Для подъема якоря маховичок контроллера поворачивают в направлении «Выбирать». На первом положении замыкаются контакты направления вращения VI и VII, размыкается контакт II и остаются замкнутыми контакты I и IV. Благодаря этому двигатель растормаживается и подключается к сети через полностью введенное сопротивление (точки Р1—Р5). Параллельно якорю остаются включенными сопротивления (точки Р6—Р7 и Р7—Р8), что обеспечивает малую (ползучую) скорость вращения якоря. Размыкание контакта II вызывает усиление магнитного потока полюсов.
При переводе контроллера во второе положение контактом IV разрывается цепь сопротивлений, шунтирующих якорь, и двигатель вращается с большой скоростью. Дальнейшее перемещение маховичка контроллера вызывает последовательное выведение сопротивлений (точки Р1—Р5) и разгон двигателя до максимальной скорости. В последнем положении кроме шунтирования ступени сопротивления (точки Р5—Р6) замыкается контакт II и включает сопротивление цепочки Ш1—Ш3, которое уменьшает ток возбуждения, чем добавочно увеличивается скорость вращения.
Работа схемы в сторону «Травить» аналогична, только замыкаются контакты направления вращения V и VIII, не ослабляется магнитный поток и якорь остается зашунтированным во всех положениях «Травить», что уменьшает скорость двигателя.
Минимальная и нулевая защита осуществляется контактором Л, освобождающим защелку, удерживающую контакты Л в замкнутом состоянии. Максимальная защита осуществляется максимальным токовым реле РМ, разрывающим цепь катушек контактора Л.
Грузовая защита обеспечивается грузовым реле РГ и контактором КГ- При увеличении тока выше уставки реле РГ срабатывает и разрывает цепь катушки контактора КГ, который вводит сопротивление (точки Р2—Р5) последовательно с якорем электродвигателя. Если перегрузка исчезла, то возврат схемы в исходное состояние возможен лишь после перевода контроллера в третье положение и замыкания контакта I.
Для управления судовыми электроприводами мощностью от 11 до 60 квт получили широкое распространение релейно-контакторные схемы. Они относятся к полуавтоматическим схемам управления и обеспечивают плавный пуск, быстрое торможение, ограничение пусковых и тормозных токов, широкую регулировку скорости и различные виды защиты двигателей.
Релейно-контакторная схема управления электроприводом подъемного механизма поворотного крана типа КЭ-26М (рис. 90) состоит из трехскоростного электродвигателя типа МАП, тормозного устройства с электрогидравлическим толкателем серии ТГ, магнитной станции и командоконтроллера с одним нулевым и тремя рабочими положениями в обе стороны.
Рассмотрим работу схемы.
При включении выключателя цепей управления ВУ подается напряжение через выпрямитель ВС и сопротивление ДС на реле ускорения 1РУ и 2РУ, которые, сработав, подают питание тормозному реле 2РП через свои замыкающие контакты 1РУ и 2РУ. Реле 2РП замыкает свои контакты в цепи тормозного контактора КТ и нулевого реле РН. Если рукоятка командоконтроллера находится в нулевом положении, то реле РН срабатывает и своими замыкающими контактами РН шунтирует контакты КЗ, обеспечивая подачу напряжения на цепи управления в рабочих положениях командоконтроллера.
В первом положении командоконтроллера «Подъем» замыкаются контакты К6, К4 и К7. В результате этого срабатывает контактор направления вращения В, контактор торможения КТ и контактор скорости 1КС. Двигатель растормаживается и начинает работать на малой скорости. Если командоконтроллер переводится во второе и третье положения постепенно, с выдержкой времени работы на каждом положении, то это вызывает включение во втором положении контакторов средней скорости 2 КС и 21 КС, а на третьем — контакторов большой скорости ЗКС.
При быстром переводе командоконтроллера в третье положение срабатывает защита от неправильного пуска, который может вызвать поломку механизма. Защита осуществляется с помощью реле ускорения 1РУ и 2РУ, которые получают питание в нулевом положении командоконтроллера. Быстрый перевод рукоятки в третье положение «Подъем» приводит к замыканию контактов К6, К4 и К11, в результате чего срабатывают контакторы: направления В, тормозной КТ и средней скорости 2КС и 21КС. Одновременно размыкающий блок-контакт В разрывает цепь питания реле 1РУ, которое с выдержкой времени отпустит свой якорь, обесточивая катушки контакторов средней скорости и замыкая цепь питания контактора большой скорости ЗКС. Таким образом реле 1РУ обеспечивает выдержку времени разгона на второй скорости.
Схема предусматривает защиту от неправильного реверса, который получается при резком переводе рукоятки командоконтроллера, например из третьего положения «Спуск» в третье положение «Подъем» с помощью реле 1РУ, 2РУ и 1РП. В этом случае размыкаются контакты К5 и К9 командоконтроллера, а замыкаются К4, К6 и К11. Однако, несмотря на отключение контакта К5, контактор H будет продолжать некоторое время получать питание через контакт реле 1РП, срабатывающее с выдержкой времени. При размыкании контакта 1РП двигатель отключается и механически затормаживается. Только после этого получит питание контактор В и двигатель начнет разгоняться в направлении «Подъем» с выдержкой времени работы на второй скорости, получаемой с помощью реле 1РУ.
При резком переводе рукоятки с третьего положения «Подъем» в третье положение «Спуск» размыкаются контакты К5 и К11 и замыкаются контакты К5, К4 и К9. В течение выдержки срабатывания реле 1РП двигатель не подключается к сети и затормаживается. После срабатывания реле 1РП получает питание контактор H и двигатель разгоняется в направлении «Спуск» в обычном порядке.
Наличие реле 1РУ, 2РУ и 1РП одновременно обеспечивает защиту от неправильного торможения, которое может получиться при быстром переводе рукоятки командоконтроллера с третьего положения в нулевое. В этом случае обеспечивается автоматическое переключение на вторую скорость, выдержка времени работы на ней, а затем отключение и затормаживание двигателя.
Реле 2РП исключает возможность работы схемы с неисправным контактором скорости. Если один из контакторов скорости не сработает, то он своим замыкающим блок-контактом обесточит катушку реле 2РП, которое с выдержкой времени разорвет цепь нулевого реле РН, и двигатель отключится от сети. Защита от коротких замыканий осуществляется автоматом на щите питания.
Тепловые реле 1РТ—4РТ, закрытые контакты которых установлены в цепи нулевого реле РН, обеспечивают защиту от перегрузки на любой скорости. Минимальная и нулевая защита обеспечивается с помощью реле напряжения РН, разрывающего своими контактами цепь питания схемы управления при чрезмерном уменьшении или исчезновении питающего напряжения.
Конечные выключатели КВГ и КНГ ограничивают подъем и опускание гака. Выключатель ОГ срабатывает в случае подъема груза, превышающего номинальное значение.
Для повышения надежности работы в схеме применяются электромагнитные реле времени постоянного тока 1РП, 2РП, 1РУ и 2РУ, катушки которых питаются от специального выпрямителя.
Развитие бесконтактных силовых приборов — магнитных усилителей и тиристоров — позволило широко использовать их для управления электродвигателями постоянного и переменного токов. Примером бесконтактных схем управления могут служить схемы с магнитными усилителями.
На рис. 91 изображены схемы возможных включений дроссельных магнитных усилителей для регулирования скорости вращения асинхронными электродвигателями. Во всех схемах дроссельный магнитный усилитель с уменьшением тока управления Iу увеличивает индуктивное сопротивление статорной или роторной обмотки двигателя, что уменьшает его момент и скорость вращения. С увеличением тока управления происходит обратный процесс.
Достоинствами схем управления с магнитными усилителями являются плавность регулирования скорости, относительно малые токи управления, надежность в работе, низкая стоимость аппаратуры управления, возможность практически бесконтактного управления электроприводом. Вместе с тем схемы с магнитными усилителями имеют и ряд существенных недостатков. Дроссель насыщения является дополнительным индуктивным сопротивлением и снижает cos φ установки. Включение дросселя в цепь питания асинхронного короткозамкнутого двигателя значительно снижает его перегрузочные способности, поэтому необходимо завышать мощность электродвигателя. Регулирование скорости сопровождается потерей энергии в дросселе, двигателе или в дополнительных сопротивлениях. По этим причинам применение таких схем управления ограничено.
Литература
Судовая электрическая аппаратура - Бляхман И.А. и др. [1973]
