9 Автоматизация управления транспортно-технологическими машинами и комплексами

9.1 Автоматизированный электропривод

Электропривод – электромеханическое устройство, посредством которого при­водятся в движение рабочие органы производственных механизмов; состоит из элек­тродвигателя, аппаратуры управления и защиты, механической передачи.

Аппаратура управления и защиты предназначена для управления режимами ра­ботой электродвигателя и связанного с ним производственного механизма, а также для защиты от различных аварий.

Управление электроприводом – процесс осуществления пуска, торможения, ре­версирования, регулирования скорости и поддержания такого режима работы, кото­рый требуется технологическим процессом. Бывает ручное и автоматическое.

При ручном управлении выполняется при помощи простейших аппаратов управления (рубильников, контролёров, реостатов), на которые воздействует опера­тор.

Управление автоматическое осуществляется без непосредственного участия че­ловека. При этом оператор подаёт первый импульс (нажатие кнопки) на автоматиче­ское выполнение необходимого режима работы привода и контролирует его выпол­нение. Различают следующие виды:

• релейно-контакторное при помощи реле и контакторов;

• электромашинное – при помощи электромашинных усилителей (схемы ЭМУ более надёжны в работе, сокращают количество применяемых аппаратов);

• электронно-ионное (в схемах применяют электронные и ионные приборы, в том числе выпрямители, усилители); в последнее время электронные прибо­ры заменяются полупроводниковыми, т.к. обладают повышенной чувстви­тельностью;

• при помощи электронных усилителей, обладающих высокой надёжностью, простотой эксплуатации.

Автоматизированное управление асинхронным электродвигателем трёхфазного тока с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя

Рис. 9.1. Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем

при помощи нереверсивного магнитного пускателя

Данная схема управления без возможности изменения направления вращения (реверсирования). Неревер­сивный магнитный пускатель состоит из трёх полюсного контактора и теп­лового реле.

Устройство

Силовые цепи. Трёхфазный ток к статору электродвигателя D поступает полюсный рубильник Р, который даёт возможность отключить электродвигатель в случае ремонта или выхода из строя магнитного пускателя.

Далее в силовой цепи находятся: предохранители 1П, обычно размещённые на групповом распределительном щетке и защищают цепи от коротких замыканий.

Главные контакты Л трёх полюсного линейного контактора включают или от­ключают обмотку статора двигателя; подключены таким образом, чтобы подвижные контакты располагались со стороны двигателя, а неподвижные, всегда находящиеся под напряжением, – со стороны сети: такое подключение повышает безопасность под­ключения.

Тепловые реле 1РТ и 2РТ включаются в две фазы, т.к. чрезмерно большой ток возможен не менее чем в двух проводах; служат для защиты двигателя от длительных перегрузок и от работы на двух фазах.

Применение в схеме наряду с тепловыми реле плавких предохранителей объяс­няется следующим. Силовые контакты магнитных пускателей допускают разрыв то­ков перегрузки не больше семикратной величины номинального тока электродвига­теля, мощность которого допустима в данном пускателе. На разрыв токов короткого замыкания эти контакты не рассчитаны. В силовую цепь включаются нагревательные элементы реле.

Цепи управления. Питание цепи управления осуществляется через рубильник и предохранители главной цепи, а также через свой предохранитель 2П, защищающий цепь управления от коротких замыканий.

В цепь управления включены кнопки: «стоп» и «пуск».

При помощи главных контактов Л в силовой цепи катушка линейного контак­тора с блок – контактом Л1 осуществляет включение и отключение электродвигателя О. Далее в цепь управления включены: размыкающие контакты тепловых реле 1РТ и 2РТ, нагревательные элементы которых включены в главную цепь.

Работа

После включения рубильника Р для пуска двигателя следует нажать кнопку «пуск». При этом замыкается цепь катушки контактора Л. Ток идёт по следующей це­пи: фаза Л1 – предохранители 1П, 2П – размыкающая кнопка «стоп» – кнопка «пуск» – катушка контактора Л – размыкающие контакты тепловых реле 1РТ и 2РТ – фаза Лз. По катушке контактора Л проходит ток, сердечник её намагничивается, якорь втяги­вается и включает свои главные контакты, выводы обмотки статора С1, С2, Сз при­соединяются к сети питания Л1, Л2, Лз и двигатель включается. Одновременно замы­кается блок – контакт Л1, теперь не нужно удерживать кнопку в нажатом состоянии; за счёт действия пружины она возвращается в исходное состояние.

Для отключения двигателя следует нажать кнопку «стоп», при этом питание катушки контактора Л прерывается, главные контакты под действием веса или пру­жины размыкаются и отсоединяют обмотку статора от сети.

Эта схема осуществляет и так называемую «нулевую» (или минимальную) за­щиту: при исчезновении или значительном снижении напряжения сети до 35...40 % но­минального значения контактор Л отключается и отключает электрический двигатель от сети. При восстановлении напряжения самопуска двигателя уже не произойдёт, т.к. кнопка «пуск» отпущена, а блок – контакт Л1 разомкнут.

В случае длительной перегрузки размыкающий контакт теплового реле 1РТ (2РТ) отключает контактор, а, следовательно, и двигатель. Тепловое реле защищает двигатель от перегрузок свыше 20...30 % от номинального значения тока, а также от обрыва одной фазы питающей линии, т.к. в этом случае в двух не повреждённых про­водах величина тока оказывается выше номинальной.

Рис. 9.2. Принципиальная схема включения теплового реле

Реле состоит из нагревательного элемента, например спирали 1, биметаллической пластинки 2, состоящей из двух полосок металла с различными коэффициентами линейного расширения.

Нагревательный элемент включается последовательно в силовую цепь двигателя (на схеме ток Г). При токах, превышающих номинальное, биметаллическая пластинка сильно нагревается и настолько изгибается, что её не закреплённый конец освобождает рычаг 3, который под действием пружины 4 поворачивается против часовой стрелки и размыкает контакт 5. Контакт 5 включается последовательно в цепь катушки контактора (на схеме ток i): при размыкании этого контакта происходит отключение контактора, который отключает ток от сети.

После срабатывания реле возврат его в исходное положение осуществляется при помощи кнопки возврата.

Магнитный пускатель представляет собой пусковой аппарат, состоящий из контактора, обычно помещаемого в защитном кожухе, управляемого дистанционно при помощи кнопок управления.

Магнитные пускатели переменного тока в основном предназначены для дис­танционного управления трёхфазными асинхронными электродвигателями с коротко-замкнутым ротором.

Изготовляются нереверсивные и реверсивные магнитные пускатели. Нереверсивный магнитный пускатель предназначен для управления электродви­гателем без возможности изменения направления вращения и состоит из одного кон­тактора.

Рис. 9.3. Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем

с возможностью реверсирования

Реверсивный магнитный пускатель даёт возможность изменять направление вращения электродвигателя, в котором имеются два контактора, расположенных ря­дом для «прямого» и «обратного» включения. Контакторы данного пускателя механи­чески или электрически сблокированы между собой (часто механическая и электриче­ская блокировки осуществляются одновременно для большей надёжности) так, чтобы при включе­нии одного из контакторов второй был обязательно отключён.

Магнитные пускатели надёжно работают при напряжениях сети 85...105 % номинального зна­чения; способны защищать двигатель от понижения напряжения и, как следствие, от само запуска. От­ключение магнитного пускателя происходит при снижении напряжения сети до 35...40 % номинально­го значения.

Схема, представленная на рис. 9.3, также допускает дистанционное управление, при этом можно пустить двигатель, изменить направление вращения, остановить его; кроме того, осуществляется защита установки от коротких замыканий, от перегрузки, от падения напряжения в сети (нулевая защита) и от самопуска. В этой схеме совмещаются две схемы: нереверсивного пуска и имеются некоторые особенности.

Схема снабжена двумя контакторами: контактором «вперёд» (катушка и её три главных контакта обозначены буквой В, а блок – контакты – В₁ и В₂) и контактором «назад» (катушка и три главных контакта обозначены буквой Н, а блок – контакты – Н₁ и Н₂). Главные контакты контакторов В и Н включены в силовую цепь таким об­разом, что когда замыкаются контакты В (контакты Н при этом разомкнуты), на об­мотку статора подаётся три фазы сети в одном порядке, а, когда замыкаются контак­ты Н, две фазы из трёх меняются местами. В связи с этим магнитное поле статора дви­гателя начинает вращаться в обратную сторону и двигатель реверсируется.

При включении контактов В фаза Л₁ сети подаётся на обмотку статора С₁, фаза Л₂ – на С₂, фаза Л3 - на С3; если же замыкаются контакты Н, то фаза Л₁ подаётся на обмотку С₃, фаза Л₂ – на С₂, фаза Л₃ – на С1; следовательно, фазы Л₁ и Л₃ меняются местами.

Работа

Для включения двигателя в направлении «вперёд» нажимается кнопка «вперёд»; при этом ток от фазы Л₁ идёт по цепи: 1-3-5-6-7-4-2-фаза Л3; катушка В замыкает свои главные контакты В и двигатель включается на движение «вперёд».

Для изменения направления вращения включается кнопка «стоп», а затем включается кнопка «назад», при этом ток идёт по цепи: фаза Л₁-1-3-9-11-6-4-2-фаза Л₃; катушка Н замыкает свои контакты и двигатель реверсируется.

Одновременное включение обоих контактов в этой схеме может привести к ко­роткому замыканию в силовой цепи. Если двигатель включить в направлении, напри­мер, «вперёд», и по ошибке нажать кнопку «назад», то катушка Я также включит свои контакты (контакты В были включены ранее, поскольку двигатель работал в направ­лении «вперёд»; в силовой цепи окажутся включёнными все шесть главных контактов, что приведёт к короткому замыканию в двух фазах Л₁ и Л₃).

Для предотвращения этого в схеме применяются двух сцепные кнопки «вперёд» и «назад»: при нажатии кнопки «вперёд» одновременно размыкается контакт «назад» в цепи катушки Н, наоборот. Это устройство называется механической блокировкой.

Для увеличения надёжности работы схемы механической блокировкой снаб­жаются также якори катушек контакторов, имеющих специальный рычаг: втягивание якоря одной катушки делает невозможным одновременное втягивание якоря второй катушки.

Кроме механической, применяется также электрическая блокировка: в цепь ка­тушки «вперёд» включён размыкающий контакт Н₂ контактора Н и, наоборот, в цепь катушки «назад» включён размыкающий контакт H₂ контактора В. Если нажать кнопку «назад», то ток пройдёт по катушке контактора H, контактор замкнёт свои замыкающие контакты Н₁ и разомкнёт свой размыкающий контакт H₂ в цепи катуш­ки В. Следовательно, пока включена катушка контактора Н, цепь катушки контакто­ра В будет разомкнутой и включить одновременно данные катушки будет невозмож­но.

Для увеличения надёжности работы схемы применяют эти блокировки одно­временно.

Автоматизированное управление и блокировка транспортёров.

На предприятиях строительных материалов широко применяются поточно-транспортные системы. Основными механизмами в поточно-транспортных системах являются механизмы непрерывного транспорта - транспортёры, элеваторы, конвейе­ры. В практике непрерывного транспорта груз переносится обычно рядом последова­тельно установленных транспортёров, от одного к другому. В управлении поточно-транспортными системами вообще и транспортёрами, в частности, обязательной яв­ляется блокировка механизмов.

Под блокировкой понимается электрическая или механическая связь между пусковыми аппаратами. Благодаря блокировки, действие одного сблокированного пускового аппарата находится в зависимости другого пускового аппарата.

Рис. 9.4. Схема дистанционного управления

и блокировки трёх транспортёров

Над электрической схемой рис. 9.4 приведена технологическая схема с указанием направления по­тока груза, а также порядка пуска и остановки.

Предположим, что в указанном направлении транспортируется песок. Песок поступает из бункера на третий транспортёр, с третьего – на второй, со второго – на первый и далее. Необходимо, чтобы в случае остановки транспортёра 1Т автоматически ос­тановились транспортёры 2Т и ЗТ, которые подают песок на транспортёр 1 Т. В противном случае первый транспортёр будет завален материалом, поэтому при остановке второго транспортёра автоматически дол­жен остановиться третий транспортёр. Первым дол­жен запускаться транспортёр 1Т, затем 2Т и ЗТ, этим будет предотвращён завал груза.

Для пуска схемы прежде всего включается автоматический выключатель А, затем нажимается кнопка «пуск» в цепи управления электродвигателем 1Д, включается контактор 1К, который своими главными контактами включает электродвигатель 1Д. Одновременно включаются три блок – контакта контактора 1К: одними блок – контактами шунтируется кнопка «пуск», другими – включается сигнальная лампа 1ЛС, сигнализирующая о пуске электрического двигателя 1Д, а третий, вклю­чённый в цепь управления электродвигателем 2Д, – подготавливает эту цепь к работе. Затем можно включить электродвигатель 2Д: для этого нажимают кнопку «пуск» в цепи управления электродвигателем 2Д.

О включении контактора 2К сигнализирует лампа 2ЛС, включаемая блок – контактом данного контактора. Аналогично включается электродвигатель ЗД. В контакторе ЗК управления электродвигателем ЗД используется только два блок – контакта – для шунтирования кнопки «пуск» и включения лампы ЗЛС.

Первым включить электродвигатель ЗД при отключённом электродвигателе 2Д не удастся, т.к. в цепи управления электродвигателем ЗД разомкнут контакт 2К. Ана­логично нельзя включить электродвигатель 2Д при отключённом электродвигателе 1Д.

Если по какой – либо причине, например, вследствие того, что сработает тепло­вое реле 1РТ, остановится электродвигатель 1Д первого транспортёра, то контактор 1К будет отключён. В связи с этим отключится блок – контакт 1К в цепи управления электродвигателем 2Д; контактор 2К потеряет питание и отключит электродвигатель 2Д. При отключении контактора 2К произойдёт размыкание блок – контактов контактора в цепи катушки ЗК, управляющей электродвигателем ЗД. Контактор отклю­чится и отсоединит электродвигатель ЗД третьего транспортёра.

Таким образом, выполненная блокировка обеспечивает автоматическое от­ключение электродвигателей 2Д и ЗД, как только отключится электродвигатель 1Д. Если же отключится электродвигатель 2Д, то электродвигатель ЗД тоже отключится, а электродвигатель 1Д будет работать.

Если необходимо остановить систему транспортёров, то, прежде всего, следует нажатием кнопки «стоп» остановить электродвигатель ЗД. Этим будет прекращена подача груза на транспортёры. Затем останавливается электродвигатель 2Д и послед­ним – 1Д.

Выключатели 1ВБ и 2ВБ в цепях управления электродвигателями 2Д и ЗД яв­ляются выключателями блокировки. В нормальном режиме работы сблокированных транспортёров эти контакты разомкнуты. Включаются эти выключатели тогда, когда необходимо отключить блокировку – при ремонте или наладке второго и третьего транспортёров. Это даёт возможность включать каждый из электродвигателей неза­висимо от работы других электродвигателей.