диапазон регулирования скорости и жесткость механических характеристик двигателей.

Система СУЭП верхнего уровня выполняет задачу автоматизации работы стана: вырабатывает команды взаимодействия электроприводов механизмов стана, обеспечивает совместный разгон и торможение, поддержание заданной толщины и натяжения прокатываемого металла и т.п.

Различаясь функционально, СУЭП верхнего и ни жнего уровней конструктивно могут быть выполнены из ра зных блоков, но могут и объединяться в общей панели управления или в едином универсальном управляющем устройстве — программируемом контроллере.

Контрольные вопросы.

1.Дайте определение «системы управления электропривода».

2.По каким признакам классифицируют СУЭП?

3.Какой из классификационных признаков является главенствующим и почему?

4.Что входит в состав СУЭП?

5.В чем отличие замкнутых и разомкнутых систем регулирования?

6.Какой основной принцип управления лежит в основе замкнутых систем регулирования?

7.Чем отличаются системы регулирования прямого и косвенного действия?

8.Что такое адаптивная система управления?

9.Что входит в понятие «комплектный электропривод»?

10.Чем различаются СУЭП верхнего и нижнего уровней?

11.Какие основные функции выполняет СУЭП верхнего уровня?

12.Какие основные функции выполняет СУЭП нижнего уровня?

ГЛАВА 1. РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Широкое применение во всех отраслях промышленности получили электроприводы с питанием электродвигателей от сети с неизменным напряжением. Управление такими электроприводами осуществляется релейно-контакторной аппаратурой. Релейно-контакторные системы

11

управления (РКСУ) - это логические системы управления, выполненные на релейно-контакторной элементной базе и осуществляющие автоматические пуск, торможение, реверсирование и останов электродвигателя, а также обеспечивающие его защиту.

Электропривод, выполненный на основе РКСУ, представляет собой простой, как правило, нерегулируемый электропривод постоянного или переменного тока, в основном общепромышленного применения, например, электропривод кранов, лифтов, конвейеров, вентиляторов, насосов, некоторых транспортных устройств и т. п. В таблице представлены параметры, характеризующие современную релейноконтакторную аппаратуру [2]:

Таблица 1 Технические характеристики релейно-контакторной аппаратуры

Время срабатывания tСР, с	0,005 – 0,4
Число включений в час, N	600 … 1200 для контакторов,
	1200 … 3600 для реле
	40 000	для герконов
Потребляемая мощность SП, ВА	5 … 50 для контакторов
	0,2 …5 для реле
Срок службы (общее число	106 … 107
включений в час)
Масса m, кг	0,03 … 5

Кдостоинствам РКСУ можно отнести: наличие гальванической развязки силовых цепей от цепей управления; значительную коммутационную мощность (до нескольких кА); высокую помехоустойчивость.

Кнедостаткам РКСУ относятся: контактная коммутация, требующая соответствующего ухода за аппаратурой и ограничивающая срок ее службы; ограниченное быстродействие; повышенные массогабаритные показатели и энергопотребление.

Электротехническая промышленность поставляет релейноконтакторные схемы в виде законченных изделий – станций управления, на которых собраны типовые схемы для управления движением электропривода, а также необходимые защиты.

1.1 Условные обозначения и правила построенияэлектрических схем

Электротехнические устройства и их элементы в электрических схемах изображают в виде условных графических обозначений,

регламентируемых государственным стандартом.

12

Обозначения наиболее распространенных электротехнических элементов и устройств приведены в приложении А (таблица А1).

Буквенные коды электрических элементов приведены в таблице А2 (приложение А). Первая латинская буква кода отражает укрупненные функциональные признаки элемента схемы. Более детально признаки элемента могут быть отражены двухбуквенным кодом. Во многих учебниках и учебных пособиях для наглядности и легкости восприятия применяют буквенно-цифровые обозначения на русском языке, что не противоречит ГОСТу, который разрешает применение обозначений на русском языке в дополнение к основному латинскому коду, если это способствует лучшему пониманию схемы (приложение А, табл. А2). В данном учебном пособии применяется комбинированная система буквенных обозначений.

Электротехнические устройства, промышленные установки и технологические комплексы могут работать совместно с устройствами питания, защиты, сигнализации и управления. Комплекс устройств и элементов, соединенных электрическими проводами, изображают на чертежах в виде электрических схем.

По назначению электрические схемы разделяют на структурные, функциональные, принципиальные, соединений и подключения (или внешних соединений).

Принципиальные схемы дают полное представление о составе входящих в данную электроустановку элементов, связях между ними и работе всех электрических цепей. При изображении электрической принципиальной схемы необходимо соблюдать следующие правила:

-указывать элементы на схеме в соответствии с условным графическим изображением;

-для получения наиболее простого начертания схемы выполнять линии связи под углом 900 или кратных ему (иногда используют угол

450);

-изображать элементы устройств в обесточенном (отключенном) состоянии;

-использовать разнесенный способ изображения, когда элементы одного аппарата (катушка пускателя, контактора, реле и их контакты) могут находиться в разных частях схемы;

-при начертании схемы широко использовать строчный способ изображения (в каждой строке элементы находятся последовательно один за другим);

-присваивать каждому элементу в схеме уникальное «имя» в виде буквенно-цифрового изображения.

13

Таким образом, в основу принципиальной схемы в первую очередь заложено удобство чтения схемы.

Рассмотрим в качестве примера принципиальную схему включения асинхронного короткозамкнутого двигателя М в сеть с помощью магнитного пускателя КМ (рис. 1.1). Пуск и отключен ие двигателя осуществляется с помощью кнопок SB2 («Пуск») и SB1 («Стоп»).

Рис. 1.1. Принципиальная схема включения асинхронного

двигателя

Всхеме предусмотрена защита двигателя от коротких замыканий

спомощью предохранителей FU и от перегрузок с помощью тепловых реле КК1 и КК2, встроенных в магнитный пускатель. Магнитный пускатель КМ состоит из катушки, трех силовых контактов и одного вспомогательного (блокировочного) контакта в цепи управления. Все элементы пускателя имеют одно и то же «имя» КМ. Тепловые реле, хотя и встроены в один конструктивный узел с магнитным пускателем, имеют свое собственное «имя» - КК1 и КК2.

Если в схеме установлены несколько однотипных элементов (контакторов, пускателей, реле), то в этом случае им присваиваются номера, например, КМ1, КМ2 и т.д.

Внекоторых случаях для удобства восприятия схемы нумеруют контакты, принадлежащие одному и тому же электрическому аппарату. Например, буквенное обозначение КМ1-2 (или КМ1.2) следует читать так: второй контакт контактора номер один.

1.2.Принципы управления пуско – тормозными режимами в РКСУ

Вэлектроприводах с электродвигателями средней и большой мощности при пуске и торможении требуется ограничить пусковой ток,

14

исходя из перегрузочной способности двигателя. Для этой цели в якорную цепь двигателя (или роторную асинхронного двигателя) включаются пусковые резисторы.

Рассмотрим алгоритм работы системы управления при пуске в две ступени двигателя постоянного тока независимого возбуждения по схеме, изображенной на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема силовой цепи пуска двигателя в две ступени

При пуске стремятся получить правильную пусковую диаграмму, когда все броски тока I1 равны между собой и все токи переключения I2 одинаковы (рис.1.3).

Перед началом пуска обмотка возбуждения двигателя должна быть подключена к источнику питания для создания магнитного потока двигателя.

15

Рис. 1.3. Электромеханические характеристики и переходные процессы припуске двигателя в две ступени

Для ограничения пускового тока допустимой величиной включены два пусковых резистора R1 и R2. Поэтому, при подключении якоря двигателя к напряжению питающей сети, по якорной цепи станет протекать пусковой ток I1, определяемый следующей зависимостью:

	I1	=	Uн		≤ λIн ,
			R1+ R2	+ Ra

где λ- перегрузочная способность двигателя (2 … 2,5); Iн – номинальный ток двигателя;

R1 и R2 – сопротивление пусковых резисторов;

Ra =β(rяо+ rдп + rко)– сопротивление якоря двигателя, включающее в себя сопротивление обмоток якоря rяо, добавочных полюсовдвигателяr;дп и компенсационной rко, приведенное к рабочей температуре

β= 1,24…1,32 – коэффициент приведения к рабочей температуре 800С.

16

При линейных электромеханических (механических) характеристиках двигателя переходные процессы (изменение параметров во времени) будут экспоненциальными, и соответствовать уравнениям

[9,14]:

ω(t) = ω

устi

+(ω

начi

−ω

устi

)exp(−

t

)

Tмi

I(t) = Iустi +(Iначi −Iустi )exp(−

t

)

Tмi

M(t) = Mустi +(Mначi −Mустi )exp(−

t

)

Tмi

где ωначi

- начальное значение скорости двигателя, с которой

начинается расчет переходного процесса для i-той характеристики, 1/с;

ωустi -

установившееся

значение

скорости, соответствующее

нагрузке двигателя (Iс), до которой разогнался бы двигатель на i-той характеристике, 1/с;

T	=	JΣRi	- электромеханическая постоянная времени
мi		(kФн )2
электропривода для i-той характеристики, с;
JΣ -	суммарный приведенный момент инерции электропривода,
кгм2;
Ri -	суммарное сопротивление якорной цепи на i-той
характеристике;

kФн = Uн − Iн Ra - постоянная двигателя, Вс,

ωн

k = p2пπNa - конструктивный коэффициент двигателя, зависящий от

числа пар главных полюсов pп, числа активных сторон якорной обмотки N и числа пар параллельных ветвей якорной обмотки a.

17

Например, для первого этапа пуска по реостатной характеристике

1:

ω

= 0

,

ω

уст1

= Uн −Iс (R1+ R2 + Ra)

,

нач1

kФн

T

=

JΣ (R1+ R2 + Ra)

, I

нач1

= I

, I

= I

.

(kФн )2

м1

1

уст1

с

Под действием пускового тока (момента) двигатель начнет разгоняться по реостатной характеристике 1 (рис.1.3) с динамическим током (моментом), равным разности между действительным током двигателя и током статическим (Ia – Ic).

При увеличении противоЭДС двигателя ток якорной цепи уменьшается (следовательно, уменьшается динамический ток, соответственно, уменьшается и ускорение) и в момент времени t1 двигатель разгонится до скорости ω1, а ток уменьшится до величины I2 (рис. 1.3.), определяемой соотношением:

	I2	=	Uн − kФω1
			R1+ R2 + Ra

В этот момент необходимо выключить пусковой резистор R1, для чего нужно замкнуть контакт КМ1. Поскольку скорость двигателя не может измениться мгновенно, то двигатель с величиной скорости ω1 переходит на реостатную характеристику 2, при этом ток скачком возрастает до величины I1, в соответствии с выражением:

I1 = Uн − kФω1 .

R2 + Ra

Для этапа разгона по второй реостатной характеристике справедливы соотношения:

ω	= ω = Uн − I2 (R1+ R2 + Ra)		=	Uн − I1(R2	+ Ra)	,
нач2	1	kФн		kФн
		18

ωуст2 = Uн−Iс (R2 + Ra) , Tм2

kФн

Iнач2 = I1 , Iуст2 = IС .

Двигатель продолжает разгон характеристике и в момент времени t2 уменьшается до величины I2, равной:

= JΣ(R2 + Ra) ,

(kФн )2

по второй реостатной достигает скорости ω2, а ток

I2 = Uн − kФω2 .

R2 + Ra

В этот момент необходимо выключить пусковой резистор R2, для чего нужно замкнуть контакт КМ2. Поскольку скорость двигателя не может измениться мгновенно, то двигатель с величиной скорости ω2 переходит на естественную характеристику (е), при этом ток скачком возрастает до величины I1, в соответствии с выражением:

I1 = Uн −kФω2 . Ra

Двигатель продолжает разгон по естественной характеристике до скорости ωс, соответствующей статическому току IС, при этом установившееся значение якорного тока будет определяться соотношением:

Ia = Uн −kФωc = IС

Ra

Таким образом, на основании анализа переходных процессов пуска двигателя (рис. 1.3), можно сделать вывод о том, что выключение пусковых резисторов должно происходить в определенные моменты времени (t1, t2), при определенной величине скорости вращения (ω1, ω2) и при определенной величине якорного тока (I2).

Поэтому управление пуско – тормозными режимами двигателей в РКСУ осуществляется:

19