5. Общие принципы построения суим

Принципы построения СУИМ, как, впрочем, и любой другой системы управления, базируются на контроле текущего состояния объекта управления и применении обратных связей по контролируемым координатам.

Вместе с тем, для достаточно широкого класса объектов управления вполне допустимым является управление без обратных связей. К таким объектам управления относятся простейшие производственные механизмы, требующие реализации лишь алгоритмов двухпозиционного («вкл.-выкл.» или, иначе, «пуск-стоп») или трехпозиционного («пуск-стоп-реверс») регулирования. Это сверлильные и наждачные станки, электрический транспорт, подъемно-транспортные механизмы и др. СУИМ в этом случае строятся на основе контактных или бесконтактных пускателей. В случае применения АДФР или ДПТ в СУИМ реализуют параметрическое управление на основе типовых релейно-контакторных станций управления. Жестких требований к статическим и динамическим показателям таких СУИМ не предъявляется.

Принципы построения замкнутых СУИМ определяются характером задач управления. При этом различают:

– системы стабилизации какой-либо координаты ОУ;

– системы программного управления;

– следящие системы и системы воспроизведения движений.

В зависимости от требований к статическим и динамическим показателям управления применяют различные принципы организации обратных и компенсирующих связей в замкнутых СУИМ:

– по ошибке регулирования (с регулированием по отклонению выходной координаты от заданного значения);

– по вектору состояния ОУ (полному или редуцированному);

– по вектору возмущающих воздействий ОУ (с регулированием по возмущению);

– одновременно по векторам состояния и возмущающих воздействий (с комбинированным управлением).

5.1. Релейно-контакторные суим

Релейно-контакторные системы управления (РКСУ) реализуются по принципу разомкнутого управления и применяются для управления электроприводами производственных механизмов, к которым не предъявляются высокие требования к качеству управления и ограничению координат СУИМ на допустимых уровнях. Главное – возможность реализации пуско-тормозных режимов без применения силовых преобразователей энергии (СПЭ).

К ним относятся СУИМ, содержащие преимущественно приводы малой мощности как постоянного, так и переменного тока. В технологическом процессе такие приводы призваны работать по принципам «пуск-стоп» или «пуск-стоп-реверс» и относятся к приводам постоянной скорости. Применительно к СУИМ их часто называют двух- или трехпозиционными. Наибольшее применение в РКСУ нашли одно- и трехфазные асинхронные двигатели.

5.1.1. Рксу асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

Различают режимы пуска, торможения (остановки) и реверса (изменения направления вращения).

Наиболее простой способ пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя (АД, или, иначе, АДКР) – прямое включение обмотки статора в сеть с помощью коммутационной аппаратуры. Это реле (для маломощных АД), рубильники, контакторы, автоматические выключатели, тиристорные или симисторные пускатели, высоковольтные выключатели (для высоковольтных АД). Пуск двигателя при этом сопровождается броском тока (до 6-7 кратного по отношению к номинальному току статора). Очевидно, что максимально-токовые реле и автоматические выключатели должны быть настроены на эти пусковые токи.

При необходимости ограничения пускового тока АД средней и большой мощности используется реакторный пуск (рис. 5.1а), а для маломощных АД – реостатный пуск (рис. 5.1б). В последние годы стали широко применяться полупроводниковые системы плавного пуска.

Рис. 5.1. Реакторный пуск АД (а) и реостатный пуск АД (б)

При пуске вначале включается выключатель Q1. Пуск АД осуществляется в режиме ограничения тока статора за счет пускового реактора LR или пускового резистора R. После уменьшения пускового тока в процессе разгона двигателя включается выключатель Q2.

Торможение АД с короткозамкнутым ротором осуществляют в режиме свободного выбега (отключения от сети и остановки под действием момента сопротивления холостого хода) или в режиме динамического торможения. Режим динамического торможения реализуют либо подключением двух фаз АД к сети постоянного тока (с возбуждением постоянным током), либо подключением статора АД к батарее конденсаторов, включенных в звезду или треугольник (в режиме самовозбуждения двигателя). Недостатком второго способа торможения является возникновение тормозного эффекта внутри достаточно узкого диапазона скоростей и необходимость в использовании конденсаторов большой емкости. Достоинство этого способа – реализация режима компенсации реактивной мощности питающей сети в процессе динамического торможения.

Реверс АД осуществляют в режиме динамического торможения до нулевой скорости или, что чаще, с использованием режима противовключения.

Д ля управления типовыми производственными установками применяют универсальные станции и панели РКСУ, осуществляющих управление режимами пуска, торможения и реверса, а также реализующих необходимые функции блокировок и защиты АД. На рис. 5.2 приведена принципиальная электрическая схема станции ПУ-5522, осуществляющей пуск привода в выбранном ключом SA направлении, динамическое торможение АД с наложением механического тормоза при установке ключа SA в нейтральное положение (остановка АД), торможение АД противовключением с последующим разгоном в обратном направлении при переводе ключа SA из одного крайнего положения в противоположное положение.

Рис. 5.2. Принципиальная электрическая схема станции ПУ-5522

управления короткозамкнутым АД

В нейтральном положении ключа SA при поданном питании на силовую схему и схему управления срабатывает реле KТ1 и KSV, катушки реле KB и всех контакторов обесточены.

Конечные выключатели SQ1, SQ2 ограничивают ход исполнительного механизма в крайних положениях.

При повороте ключа SA в любое из положений 1 или 2 срабатывает один из контакторов KM2 или KM3, затем контактор KM1. Запитываются катушки реле KТ2 и контактора электромагнитного тормоза KM5. АД разгоняется до номинальной скорости.

При переводе ключа SA в нейтральное положение контакторы контакторов KM1, KM2 и KM3 переходят в обесточенное состояние и запитывается катушка контактора динамического торможения KM4. При этом срабатывает реле блокировки динамического торможения KB.

Блокировочное реле KB обеспечивает прерывание динамического торможения и повторное подключение АД к сети, если ключом SA выбрано одно из крайних положений 1 или 2. Это реле должно надежно втягиваться, запитываясь через последовательно включенную катушку контактора KM2 или KM3. Выдержка времени этого реле при отпадании должна быть на 20-30% больше времени включения контактора KM2 и KM3 (0,2-0,3 с).

Сопротивление резистора динамического торможения R выбирается из условия ограничения тока динамического торможения на уровне 3-4-кратного значения номинального тока.

При переводе ключа SA из одного крайнего положения в другое АД тормозится в режиме противовключения и разгоняется в обратном направлении.

Защиту АД от перегрузки выполняют максимально-токовые реле KА1 и KА2. В цепях питания катушек контакторов KM2, KM3 и KM4 включены блок-контакты, исключающие возможность одновременного включения любых 2-х из них.

На рис. 5.3 приведены механические характеристики АД, соответствующие реализуемым пуско-тормозным режимам. Момент статической нагрузки на валу АД принят реактивным.

Пуск АД производится из неподвижного состояния (начала координат) по характеристике 1 (см. направления стрелок) до точки А установившегося состояния. Торможение АД осуществляется в режиме динамического торможения из установившегося состояния (точка А) по характеристике 2 до неподвижного состояния (начало координат). Реверс АД происходит в режиме противовключения из установившегося состояния (точка А) по характеристике 3 с разгоном в обратном направлении до нового установившегося состояния (точка A).

Рис. 5.3. Механические характеристики короткозамкнутого АД

в пуско-тормозных режимах