15.5. Управление электроприводом

Управление электроприводом заключается в пуске и останове электродвигателя, регулировании частоты его вращения, торможении и реверсировании, т. е. сводится к непрерывному поддержанию режима, обусловленного технологическим процессом производства. Управление электроприводом может быть ручным или автоматическим.

Аппараты ручного управления в большинстве своем служат для включения и отключения электрических двигателей сравнительно не­большой мощности. Ручное управление мощными электроприводами осложняется необходимостью применять большие усилия, которые иногда превышают физические возможности человека. В этом случае управлять электроприводами можно только с помощью аппаратов автоматического управления.

Автоматическое управление позволяет удовлетворить многим требо­ваниям современного производства и поэтому является предпочтитель­ным в промышленности, а для некоторых видов производств — и единст­венным способом управления. Современные автоматизированные элект­роприводы позволяют управлять машинами на расстоянии, производить остановку производственной машины в определенном положении, изме­нять направление вращения двигателя, защищать двигатель и машину от перегрузок, осуществлять требуемую последовательность операций технологического процесса и т. д.

Автоматизация управления электроприводом требует широкого ис-пользования различных реле, контакторов, электромагнитных аппаратов, магнитных и электромашинных усилителей, электронных и ионных преобразователей, вычислительных машин и т. п. Это позволяет воздейст-вовать на электроприводы в соответствии с требованиями технологи-ческого процесса производства и переходить к программированному управлению электроприводом, при котором работа исполнительных механизмов осуществляется в соответствии с ранее установленной программой, определяемой последовательностью технологического про-цесса.

Электрические схемы управления отдельными производственными машинами составляют на основе изучения технологического процесса, выбора типа электродвигателя и использования принципов построения схем автоматизированного электропривода. Широкое распространение систем автоматического управления электроприводами привело к созда­нию ряда типовых схем управления. Все элементы аппаратов имеют установленные графические изображения и названия, часть из которых приведена в табл. 15.1. Положение контактов аппаратов, изображаемых на схемах управления, при отсутствии внешнего воздействия соответ­ствует их нормальному состоянию.

Таблица 15.1

Контакты аппаратов подразделяют на замыкающие, размыкающие и переключающие. В схемах управления электроприводом различают силовые или главные цепи, по которым подается электрический ток к электродвигателям, а также вспомогательные, к которым относятся цепи управления, защиты и сигнализации, В простых схемах управ­ления электрические схемы с небольшим числом соединений можно изображать совмещенными. В сложных схемах с большим числом соединений отдельные элементы аппаратов управления изображают разнесенными, т. е. не в соответствии с их действительным пространст­венным расположением, что делается для удобства вычерчивания и наглядности схемы.

При проведении монтажных, ремонтных или наладочных работ используют принципиальные (полные) схемы, а также схемы соединений (монтажные). На принципиальных схемах изображают полный состав элементов и связи между ними, необходимые для детального понима­ния принципа работы установки. Монтажные схемы составляются в соответствии с принципиальными схемами. На них изображают электрические аппараты и оборудование с разводкой проводов силовых цепей и цепей управления в полном соответствии с их действитель­ным территориальным расположением. Эти схемы даже в простейших случаях достаточно сложные.

Автоматизация управления электроприводами сводится в основном к автоматизации пуска, торможения и останова, постепенному переклю­чению резисторов при разбеге двигателя и изменению их параметров при регулировании частоты вращения в период работы и т. д.

Основные принципы автоматического управления электроприводами подразделяют по функциональной зависимости от различных величин: 1) управление как функция тока, т. е. в зависимости от значения тока, протекающего по обмоткам электродвигателя; 2) управление как функция времени, основанное на установлении наперед заданной выдержки времени между двумя соседними операциями по переключениям в цепи электродвигателя; 3) управление как функция частоты вращения электропривода; 4) управление как функция пути исполнительного механизма, приводимого двигателем.

Однако в одной и той же схеме управления часто применяют различные принципы автоматического управления. При этом формируют­ся весьма сложные схемы управления, причем в них всегда можно выделить схемы управления отдельными электроприводами.

Управление пуском короткозамкнутого асинхронного двигателя. На рис. 15.5, а показана совмещенная схема дистанционного управления пуском и остановом асинхронного короткозамкнутого двигателя с помощью магнитного пускателя МП и кнопок С (стоп) и П (пуск). В силовую цепь включены рубильник Р для снятия напряжения, предохранители Пр, главные контакты K₁ K₂, К₃ магнитного пускателя с искрогасительными камерами, тепловые реле РТ, служащие для защи­ты двигателя М от перегрева, вызванного перегрузками или другими причинами. На рис. 15.5,б показана схема цепи управления. Все элемен­ты магнитного пускателя (силовые контакты К₁, К₂, К₃ и дополнитель­ные контакты в цепи управления К₄, контакты тепловых реле РТ) показаны в нормальном положении, т. е. при выключенном магнитном пускателе. Элементы управления на рисунке показаны в одинаковой последовательности, но представленная на рис. 15.5,б схема управления читается проще.

При пуске двигателя нажимают кнопку П и в цепь управления подается напряжение (линии Л₁ и Л₂), через катушку магнитного пускателя МП проходит ток, замыкаются главные контакты K₁ K₂, К₃ пускателя и одновременно с ними дополнительные контакты К₄, шунтирующие кнопку пуска П. Цепь управления и после прекращения нажатия на кнопку «Пуск» не прерывается, и главные контакты магнитного пускателя остаются включенными. При останове двигателя нажимают на кнопку С вручную или автоматически, вследствие чего цепь управления разрывается и двигатель останавливается. При перегрузке двигателя срабатывают тепловые реле РТ, размыкающими контактами РТ отключается от сети цепь катушки магнитного пускателя МП, размыкаются главные контакты пускателя и двигатель, таким образом, отключается от сети.

Реверсивное управление трехфазными асинхронными короткозамкнутыми двигателями. Для управления трехфазными асинхронными короткозамкнутыми двигателями, которые должны в процессе работы изме­нять направление вращения, применяют магнитные пускатели с двумя трехполюсными контакторами, имеющие кнопки В (вперед), Н (назад), С (стоп) и два тепловых реле РТ (рис. 15.6).

В зависимости от требуемого направления вращения контакторы переключают две фазы (зажимы С1 и С3 электродвигателя). Например, для пуска двигателя в одном из направлений (условно названным «Вперед») необходимо нажать на двойную кнопку В, замыкающий кон­такт которой замкнет цепь катушки КВ. При этом замкнутся контакты трехполюсного контактора KB и двигатель начнет вращаться вперед. Одновременно кнопка В шунтируется блокировочными замыкающими контактами КВ.

Если требуется изменить направление вращения двигателя, то необходимо нажать на кнопкуH, размыкающий контакт которой разор­вет цепь катушки КB и отключит контактор KB, а замыкающий контакт кнопки Н замкнет цепь катушки КН и включит контакты трехполюсного контактора КН, вследствие чего двигатель изменит направление вращения. Одновременно замыкающий контакт кнопки Н шунтируется блокировочными замыкающими контактами КН. Блокиро­вочные замыкающие контакты KB и КН обеспечивают продолжение работы двигателя в выбранном направлении при возвращении контак­тов пусковых кнопок В и Н в исходное положение. Одновременное включение контакторов KB и КH недопустимо, так как в этом случае возникает короткое замыкание сети. Во избежание этого в схеме применяют две кнопки В и H с замыкающими и размыкающи­ми контактами.

Двигатель останавливают вручную путем нажатия на кнопку С или он останавливается автоматически при перегрузке за счет размыкания контактов тепловых реле РТ.