Указания и порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с электрооборудованием лабораторного стенда.

2. Собрать нереверсивные схемы управления асинхронным электродвигателем (рис. 6.2 а, б, в, г). Для каждой из этих схем осуще­ствить все возможные пуски и остановки двигателя, проверить дейст­вие блокировки от самозапуска.

3. Собрать реверсивные схемы управления асинхронным электродвигателем (рис. 6.3 а, б, в). Для каждой из этих схем осуществить все возможные пуски и остановки двигателя, проверить действие блокировок и работу при одновременном нажатии кнопок «Пуск влево» и «Пуск вправо».

4. Вычертить принципиальные электрические схемы управления - рис. 6.2 и 6.3. Изобразить в координатах  и М, как происходит реверс электродвигателя с использованием режима динамического торможения по схеме на рис. 6.3 в.

Лабораторная работа № 7 управление торможением асинхронного электро­двигателя при помощи репе контроля скорости

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить принцип управления асинхронным электродвигателем в функции скорости, ознакомиться с конструкцией и работой реле контроля скорости (РКС).

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучить устройство и принцип работы РКС.

2. Исследовать работу схем управления торможением асинхрон­ным электродвигателем в функции скорости.

Основные теоретические положения

При отключении электродвигателя от сети электропривод продолжает вращаться под действием сил инерции, а остановка вра­щающихся и поступательно движущихся частей рабочей машины (станка, кормораздатчика и т. д.) происходит за счет сил трения. При значительном моменте инерции системы «электродвигатель – рабочая машина» время остановки (самоторможения) может достигать не­скольких десятков секунд. Для станка, работающего с частыми пуска­ми и остановками, это будет означать значительную потерю рабочего времени, а для кормораздатчика или подъемника - остановку в слу­чайном месте пути.

Для уменьшения времени торможения электропривода и полу­чения точной позиционной остановки оборудования применяют раз­личные способы электрического торможения электродвигателей. Наи­более широко используется способ торможения противовключением с применением РКС. Он заключается в том, что после отключения об­моток статора электродвигателя от сети на них вновь подают напря­жение питания (практически при неизменной скорости вращения), но поменяв порядок чередования двух любых фаз. Это приводит к изме­нению направления вращения электромагнитного поля статора, вра­щающий момент электродвигателя изменяет свой знак и становится тормозным. Остановка рабочей машины происходит за счет тормозно­го момента электродвигателя и сил трения. Время остановки электро­привода составляет доли или единицы секунд. Однако при этом спо­собе в момент остановки ротора электродвигателя его обмотки стато­ра надо отключить от сети, иначе произойдет реверс электропривода, т. е. его вращение в обратном направлении. Для реализации способа торможения противовключением используют датчик частоты враще­ния, соединенный непосредственно с ротором электродвигателя в ви­де реле контроля скорости РКС.

РКС представляет собой индукционное реле, вал которого жест­ко соединен с ротором электродвигателя, его конструктивная схема дана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Индукционное реле контроля скорости (РКС)

1 - постоянный магнит; О - валик, соединенный с валом электродвигателя; 2 - алюминиевый цилиндр; 3 - упор; 4 – контакты; 5 – подстроечные винты.

РКС состоит из постоянного магнита 1, закрепленного на валике О, соединяемом с валом электродвигателя. Постоянный магнит NS помещен внутри алюминиевого цилиндра 2, который выполнен по типу обмоток ротора короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и может поворачиваться вокруг оси валика О на не­большой угол в обе стороны. При этом связанный с цилиндром 2 упор 3, преодолевая сопротивление пружин, переключает контакты 4. В за­висимости от направления вращения переключается либо левая, либо правая группа контактов. Условное обозначение, применяемое на электрических схемах для изображения переключающихся контактов 4 РКС, приведено на рис. 7.1 - BN.

Реле РКС работает по принципу асинхронного электродвигателя. При вращении магнита 1 уже при сравнительно низких скоростях на цилиндр 2 воздействует момент, достаточный для переключения в со­ответствии с направлением вращения одной пары контактов 4 (на­пример, правой). При изменении направления вращения происходит переключение другой пары контактов 4 (например, левой). Величина скорости, при которой переключаются контакты РКС, регулируется подстроечными винтами 5.

В конце процесса торможения при определенней низкой частоте вращения РКС возвращает свои контакты в исходное положение (рис. 7.1), подавая сигнал в схему управления электродвигателем на пре­кращение, торможения.

При торможении асинхронного электродвигателя с использова­нием РКС осуществляется управление электроприводом в функции угловой скорости. Реле РКС, исполняющее функции датчика угловой скорости, непосредственно воздействует на управляющий аппарат, включенный в силовой цепи обмоток статора двигателя.

Принципиальная электрическая схема нереверсивного управле­ния асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором и торможением противовключением с использованием реле РКС приведена на рис.7.2.

Временная диаграмма работы схемы приведена на рис. 7.3, а соответствующие ей механические характеристики электродвигателя – на рис. 7.4.

Рис. 7.2. Нереверсивная схема управления асинхронным

электродвигателем с торможением противовключением

Рис. 7.3. Временная диаграмма работы схемы управления с РКС

Рис. 7.4. Механические характеристики двигателя при торможении противовключением

Схема на рис. 7.2 содержит: М - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором; BN - реле РКС; КМ1, КМ2 - силовые контакты магнитных пускателей, подающих напряжение питания на обмотки статора и обеспечивающих вращение двигателя в рабочем направлении и его реверс соответственно; QF - автоматический вы­ключатель, защищающий электродвигатель от ненормальных и аварийных режимов работы; три фазы питающего напряжения перемен­ного тока - А, В, С; SB1, SB2 - кнопки управления, соответственно «Стоп» и «Пуск», включающие и отключающие катушку КМ1; блокиро­вочные контакты КМ1, КМ2, BN.

На временной диаграмме (рис.7.3) показаны состояния контак­тов всех элементов схемы управления (рис. 7.2) в различные моменты времени t, начиная с ее исходного состояния. Замкнутому положению контакта соответствует горизонтальная линия, проведенная над соот­ветствующей осью абсцисс. Моменты времени, соответствующие временам замыкания и размыкания контактов изображены в виде на­клонных линий. Пунктирные линии со стрелками отражают порядок переключений в схеме.

На рис. 7.4 изображены механические характеристики асинхрон­ного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при его работе в двигательном режиме - точка 1, правый верхний квадрант; в режиме торможения противовключением - от точки 2 до точки 3, левый верх­ний квадрант; в двигательном режиме с вращением в обратном на­правлении - точка 4, левый нижний квадрант.

Нереверсивная схема управления асинхронным электродвигате­лем с торможением противовключением с использованием реле РКС работает следующим образом (рис. 7.2, 7.3, 7.4):

- в исходном состоянии подано напряжение питания на фазы А, В, С; автоматический выключатель QF включен; кнопки SB1 (замкнута), SB2 (разомкнута) не нажаты; катушки КМ1, КМ2 пускателей обесточены; двигатель М отключен от сети (т. е. не вращается); контакты BN реле РКС разомкнуты;

- при кратковременном нажатии кнопки «Пуск» SB2 на катушку КМ1 через цепь SB1, SB2, КМ2 подается напряжение питания и она срабатывает; замыкающиеся блок-контакты КМ1 шунти­руют контакты кнопки SB2 и после этого ее можно отпускать; через силовые контакты КМ1 подается напряжение питания на обмотки статора электродвигателя М; одновременно размыкающиеся блок-контакты КМ1 разрывают цепь питания ка­тушки КМ2; при вращении электродвигателя М срабатывает реле РКС и его контакты BN замыкаются (включения катушки КМ2 не произойдет, так как в ее цепи питания разомкнуты контакты КМ1); электродвигатель работает в двигательном режиме - точка 1;

- при кратковременном нажатии кнопки «Стоп» SB1 производится разрыв по цепи питания катушки КМ1, она отключается, обесточивает электродвигатель М, размыкается блок-контакт KМ1 (включенный параллельно кнопке SB2, после этого кноп­ку SB1 можно отпускать) и замыкается блок-контакт КМ1 в це­пи питания катушки КМ2, поскольку электродвигатель про­должает вращаться под действием сил инерции, то контакты реле РКС BN замкнуты, поэтому по цепи BN, KM1 получает питание катушка КМ2 и она срабатывает; размыкающиеся блок-контакты КМ2 дополнительно разрывают цепь питания катушки КМ1 (этим предотвращается включение катушки КМ1 в случае нажатия кнопки SB2, что приведет к короткому замы­канию на зажимах статорных обмоток электродвигателя); че­рез силовые контакты КМ2 подается напряжение питания с изменением порядка чередования фаз на обмотки статора электродвигателя М; направление вращения электродвигате­ля под действием сил инерции не изменилось, но направле­ние вращения электромагнитного поля и момент на валу элек­тродвигателя изменили свой знак, т. е. электродвигатель пе­решел в тормозной режим - точка 2; за счет энергии электро­магнитного поля и сил трения электродвигатель эффективно затормаживается, переходя из точки 2 в точку 3; в окрестностях точки 3 контакты BN реле РКС размыкаются и отключают катушку КМ2, электродвигатель М отключается от сети и схе­ма возвращается в исходное состояние;

- если не отключить электродвигатель М в точке 3 от сети, то под действием вращающего момента он перейдет в двига­тельный режим - точка 4 и будет вращаться с той же скоро­стью w1, но в противоположенном направлении.

На рис. 7.5 приведена реверсивная схема управления асинхронным электродвигателем с торможением противовключением с исполь­зованием реле РКС. Она обеспечивает его переход в тормозной ре­жим при любом направлении вращения. Для этого используются пере­ключающиеся контакты реле РКС - BN1 и BN2, которые срабатывают при разных направлениях вращения ротора электродвигателя. Например, контакты BN1 действуют при вращении вправо, a BN2 - при вра­щении влево. В остальном работа этой схемы аналогична рассмот­ренной ранее (рис. 7.2).

Рис. 7.5. Реверсивная схема управления асинхронным

электродвигателем с торможением противовключением

Рассмотренные схемы (рис. 7.2 и 7.5) облегчают управление электродвигателями, устраняют возможные ошибки при пуске и оста­новке, ведут к повышению производительности оборудования. Для обеспечения режима торможения противовключением в этих схемах используется принцип управления электродвигателями в функции скорости. При этом требуется контролировать угловую скорость рото­ра электродвигателя и вырабатывать команды для схемы управления при ее строго определенных значениях. В качестве простейшего уст­ройства контроля скорости рассмотрено применение реле РКС Пре­имущества реле РКС заключаются в невысокой стоимости и простоте конструкции. К их недостаткам относятся низкая надежность в работе и невозможность изменять порог срабатывания в широком диапазоне. Эти устройства часто применяются для управления электроприводами в сельскохозяйственном производстве. В ряде случаев вместо реле РКС могут быть применены другие приборы для измерения угловой скорости ротора, например тахогенераторы. Однако их использование приводит к существенному удорожанию и усложнению схемы управления электродвигателем и применяются в ограниченных случаях.