Указания и порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с электрооборудованием лабораторного стенда и конструкцией реле РКС.

2. Собрать нереверсивную схему управления асинхронным электродвигателем с торможением противовключением (рис. 7.2). Проверить работу схемы и ее соответствие временной диаграмме (рис. 7.3).

3. Собрать реверсивную схему управления асинхронным электродвигателем с торможением противовключением (рис. 7.5). Проверить работу схемы и ее соответствие временной диаграмме.

4. Вычертить принципиальные электрические схемы управления – рис. 7.2. и 7.5, их временные диаграммы работы.

Лабораторная работа № 8

УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ В

ФУНКЦИИ ПУТИ С ПОМОЩЬЮ КОНЕЧНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить принцип управления асинхронным электродвигателем в функции пути, ознакомиться с конструкцией ко­нечных выключателей и режимами управления электроприводами.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучить принципы управления и режимы работы схем для ра­зомкнутых систем управления электроприводами.

2. Изучить устройство конечных выключателей.

3. Исследовать работу схемы управления асинхронным электродвигателем в функции пути.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Управление электроприводами заключается в осуществлении пуска, регулирования скорости, торможения, реверсирования, а также поддержания режима работы электродвигателя в соответствии с требованиями технологического процесса.

Автоматическое управление электроприводами является одним из основных, условий повышения производительности механизмов и производства продукции высокого качества. Системы автоматического управления подразделяются на разомкнутые и замкнутые. В сельском хозяйстве более 90 % систем автоматического управления электро­приводами являются разомкнутыми. В основном это объясняется их низкой стоимостью, большой распространенностью и простотой обслуживания.

В разомкнутых системах управления электроприводами в основ­ном осуществляется автоматическое управление работой электродви­гателя при пуске, остановке, реверсе, торможении, ступенчатом регу­лировании скорости и т. д. В схемах управления используются раз­личные приборы и аппараты: магнитные пускатели, реле, кнопочные станций, конечные выключатели, регуляторы, бесконтактные логиче­ские элементы, вспомогательные электрические машины и аппараты.

Разомкнутые автоматические системы используют различные принципы управления электроприводами. Наибольшее распростране­ние получили в них принципы управления в функции скорости, пути, времени и тока. При реализации каждого из этих принципов управле­ния в схеме применяются соответствующие датчики и устройства:

• при управлении в функции скорости это реле РКС или тахогенераторы;

• при управлении в функции пути это конечные выключатели или датчики положения;

• при управлении в функции времени это реле выдержки времени;

• при управлении в функции тока это датчики величины тока.

Основное назначение перечисленных схем – обеспечить правильную работу электродвигателя и рабочей машины во всех техно­логических режимах эксплуатации. В частности, сюда относятся: пози­ционированная остановка, пуск и реверс с заданными временами работы, ограничение углового или линейного перемещений, ограничение величины токов и моментов при пуске и торможении и др.

Принцип управления электроприводом в функции пути использу­ется в сельском хозяйстве в установках для подачи воды, подъемно-транспортных устройствах, кормораздатчиках, скреперных установках для уборки навоза и др. В этих устройствах для ограничения передви­жения рабочего органа установки применяются конечные и путевые выключатели различной конструкции. Широкое распространение по­лучили конечные выключатели при автоматизации процессов кормораздачи на животноводческих фермах. В электрифицированных рель­совых кормораздатчиках, платформенных кормораздатчиках, бункер­ных навесных кормораздатчиках и др. при помощи конечных выключа­телей осуществляют автоматическое изменение направления движе­ния или остановку в заданном месте. При помощи конечных выключа­телей ограничивают перемещение фермы мостового крана по цеху грузоподъемной тележки по ферме и предельный подъем груза. Они являются основными элементами автоматизации башенных и безбашенных водокачек.

Конечные и путевые выключатели предназначены для получения управляющих сигналов в определенных точках пути перемещающего­ся рабочего органа. В зависимости от типа коммутирующего устройст­ва различают контактные и бесконтактные конечные выключатели. В сельском хозяйстве широко используются контактные конечные и путевые выключатели.

Рис. 8.1. Конечный выключатель прямого действия.

Принцип действия и работа подвижных частей конечного выключателя прямого действия серии ВПК-2000 показаны на рис. 8.1. Ком­мутирующее устройство выключателя состоит из пластмассового што­ка 1, на котором расположены два контакта мостикового типа, обра­зующих размыкающиеся 2 и замыкающиеся 3 контактные пары. В пазу штока между мостиковыми контактами находится цилиндрическая пружина 5, создающая контактное нажатие. Вторая пружина 4 установления между штоком и корпусом выключателя и предназначена для самовозврата коммутирующего устройства в начальное положе­ние после прекращения внешнего воздействия. Внешнее воздействие, например в виде упора 6, расположенного на движущемся элементе, перемещает толкатель 8 с роликом 7 на величину прямого хода А в положении прямого срабатывания, при котором происходит замыка­ние контактов 3 выключателя. Однако в этом положении контактное нажатие мало и требуется еще некоторый дополнительный ход Б для того, чтобы сжать пружину 4 и обеспечить номинальное контактное нажатие. Величина дополнительного хода должна быть не менее 3-5 мм. Сумма ходов А и Б дает полный ход приводного элемента В, ко­торый должен быть обеспечен перемещающимся упором. После прохода управляющего упора 6 пружина 4 возвращает контактную систе­му в первоначальное положение. Ролик приводного элемента 7 сколь­зит по поверхности упора 6. После перемещения штока на величину обратного хода Г в положении обратного срабатывания замкнутся размыкающиеся контакты 2. Затем шток переместится на величину дополнительного обратного хода, и выключатель возвратится в пер­воначальное положение. Разность положений прямого и обратного срабатываний определяет дифференциал выключателя.

Для рассмотренного конечного выключателя такты работы замыкающихся и размыкающихся контактов смещены во времени. Размыкающиеся контакты 2 размыкаются несколько раньше, а замыкаются позже, чем замыкаются и размыкаются замыкающиеся контакты 3. Такой порядок работы выключателя называется прямым.

Рассмотрим примеры использования конечных выключателей для управления асинхронными двигателями в функции пути.

На рис. 8.2. показаны принципиальная электрическая (а) и техно­логическая (b) схемы управления электродвигателем транспортера, подающего продукцию в бункер.

Технологическая схема содержит (рис. 8.2, b): 1 - асинхронный двигатель; 2 — транспортер; 3 — бункер; 4 — весоизмерительный меха­низм; 5 - возвратную пружину; 6 - конечный выключатель. После включения двигателя 1 транспортером 2 осуществляется подача про­дукции (например кормов или зерна) в бункер 3. При его заполнении измерительный механизм 4 воздействует на выключатель 6, который подает сигнал на отключение двигателя 1. При опорожнении бункера 3 за счет воздействия пружины 5 механизм 4 приводится в первоначальное положение и выключатель 6 возвращается в исходное состояние.

Рис. 8.2. Схемы управления транспортером:

а – принципиальная электрическая; b - технологическая

Принципиальная электрическая схема управления транспортё­ром содержит (рис. 8.2, а): М - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором; КМ - силовые контакты магнитного пускате­ля, подающего напряжение питания на обмотки статора; QF - автома­тический выключатель, защищающий электродвигатель от ненор­мальных и аварийных режимов работы; SB1, SB2 - кнопки управле­ния, соответственно «Стоп» и «Пуск», включающих и отключающих катушку КМ; замыкающийся блокировочный контакт — KM; SQ - раз­мыкающийся контакт конечного выключателя.

Схема управления асинхронным электродвигателем с использо­ванием реле конечного выключателя работает следующим образом (рис. 8.2 а):

• в исходном состоянии подано напряжение питания и автоматический выключатель QF включен; кнопки SB1 (замкнута), SB2 (разомкнута) не нажаты; катушка КМ пускателя обесточена; двигатель М отключен от сети (т. е. не вращается); контакты SQ конечного выключателя замкнуты;

• при кратковременном нажатии кнопки «Пуск» - SB2 на катушку КМ через цепь SB1, SB2, SQ подается напряжение питания и она срабатывает; замыкающиеся блок-контакты КМ шунтируют контакты кнопки SB2 и после этого ее можно отпускать; через силовые контакты КМ подается напряжение питания на обмотки статора электродвигателя М; при вращении электродвигателя М и наполнении бункера срабатывает выключатель SQ и его контакты размыкаются; катушка КМ обесточивается и электродвигатель М отключается;

• при кратковременном нажатии кнопки «Стоп» - SB1 произво­дится разрыв по цепи питания катушки КМ, она отключается, обесточивает электродвигатель М независимо от срабатыва­ния выключателя SQ.

На рис. 8.3. показаны принципиальная электрическая (а) и техно­логическая (b) схемы управления электродвигателем подвесной те­лежки, служащей для раздачи кормов (аналогичную технологическую схему имеет облучательная установка).

Рис. 8.3. Схемы управления подвесной тележкой:

а – принципиальная электрическая; b - технологическая

Технологическая схема содержит (рис. 8.3 Ь): 1 - асинхронный двигатель; 2 - барабан; 3 - транспортный трос; 4 - тележку; 5 — конеч­ные выключатели, ограничивающие величину перемещения тележки соответственно влево (SQ1) и вправо (SQ2). Принцип работы установ­ки следует из рисунка. По командам выключателей 5 осуществляются реверс двигателя 1 - конечный выключатель SQ1 или его остановка - конечный выключатель SQ2.

Принципиальная электрическая схема управления подвесной тележкой содержит (рис. 8.3 а): М - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором; 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, SB3 - кнопки управления, соответственно «Стоп», «Пуск влево» и «Пуск вправо», включающих и отключающих катушки КМ1 и КМ2; блокировочные контакты - КМ1, КМ2; SQ1, SQ2 размыкающиеся и замыкающийся контакты конечных выключателей, ограничивающих перемещение соответственно влево и вправо.

Схема управления асинхронным электродвигателем подвесной тележкой с использованием конечных выключателей работает сле­дующим образом (рис. 8.3, а):

• в исходном состоянии подано напряжение питания на фазы А,В,С; автоматический выключатель QF включен; кнопки SB1 (замкнута), SB2 (разомкнута), SB3 (разомкнута) не нажаты; катушки КМ1, КМ2 пускателей обесточены; двигатель М от­ключен от сети (т. е. не вращается); выключатели SQ1, SQ2 находятся в исходном состоянии (оно соответствует изображенному на схеме);

• при кратковременном нажатии кнопки «Пуск влево» - SB2 на катушку КМ1 через цепь SB1, SB2, КМ2, SQ1 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; электродвигатель М включается и перемещает тележку влево;

• при достижении тележкой, крайнего левого положения и сра­батывании выключателя SQ1 его размыкающиеся контакты обесточивают катушку КМ1, отключая электродвигатель М от сети; замыкается блок-контакт КМ1 в цепи питания катушки КМ2; по цепи SB1, SQ1, КМ1, SQ2 подается напряжение пита­ния на катушку КМ2 и она срабатывает; замыкающиеся блок-контакты КМ2 шунтируют контакты SB1, SQ1; размыкающиеся блок-контакты КМ2 разрывают цепь питания катушки КМ1; электродвигатель М включается на реверс и перемещает те­лежку вправо;

• при достижении тележкой крайнего правого положения и сра­батывании выключателя SQ2 его размыкающиеся контакты обесточивают катушку KМ2, отключая электродвигатель М от сети; замыкается блок-контакт КМ2 в цепи питания катушки КМ2; схема возвращается в исходное состояние;

• при кратковременном нажатии кнопки «Стоп» - SB1 произво­дится разрыв по цепи питания катушки КМ1 (или КМ2), она от­ключается, обесточивает электродвигатель М, размыкается блок-контакт КМ1 (или КМ2) и замыкается блок-контакт КМ1 (или КМ2) в цепи питания катушки КМ2 (или КМ1); эта команда используется, как правило, при аварийной остановке тележки;

• в случае аварийной остановки тележки ее возврат в исходное состояние осуществляется вручную - при помощи кнопки «Пуск вправо», т.е. SB3; работа схемы в этом случае аналогична срабатыванию выключателя SQ1.

На рис. 8.4 приведена принципиальная электрическая схема управления кормораздатчиком. Она содержит: М - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором; 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 и нулевой провод - N; SВ1, SB2, SB3 - кнопки управле­ния, соответственно «Стоп», «Пуск влево» и «Пуск вправо», вклю­чающих и отключающих катушки КМ1 и КМ2; блокировочные контакты - КМ1, КМ2; SQ1, SQ2 - размыкающиеся и замыкающийся контакты конечных выключателей, ограничивающих перемещение соответст­венно влево и вправо; КТ - реле выдержки времени, обеспечивающее работу схемы в циклическом режиме.

Рис. 8.4. Схема управления кормораздатчиком

Работа схемы управления кормораздатчиком (рис.8.4) в целом аналогична работе схемы управления подвесной тележкой (рис. 8.3). Только по завершении полного цикла работы (автоматическое отклю­чение электродвигателя М) по цепи КМ1, SQ2 получает питание ка­тушка электромеханического реле времени КТ. Через заданное время (например 3 часа) реле КТ сработает и замкнет свои контакты в цепи катушки КМ1, что равносильно нажатию кнопки «Пуск влево», и пол­ный цикл работы автоматически повторится вновь.