Κυκλώματα αυτόματου ελέγχου για την εκκίνηση και τη διακοπή κινητήρων συνεχούς ρεύματος

Η εκκίνηση οποιουδήποτε κινητήρα συνοδεύεται από ορισμένους διακόπτες στο κύκλωμα ισχύος και στο κύκλωμα ελέγχου. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιούνται συσκευές ρελέ-επαφέα και συσκευές χωρίς επαφή. Για κινητήρες DC για περιορισμό ρεύματα εκκίνησης Στο κύκλωμα του ρότορα και του οπλισμού των κινητήρων περιλαμβάνονται αντιστάσεις εκκίνησης, οι οποίες απενεργοποιούνται όταν οι κινητήρες επιταχύνονται σταδιακά. Όταν ολοκληρωθεί η εκκίνηση, οι αντιστάσεις εκκίνησης παρακάμπτονται πλήρως.

Η διαδικασία πέδησης των κινητήρων μπορεί επίσης να αυτοματοποιηθεί. Μετά την εντολή διακοπής, με τη βοήθεια του εξοπλισμού ρελέ-επαγωγέα γίνονται οι απαραίτητοι διακόπτες στα κυκλώματα ισχύος. Όταν πλησιάζει μια ταχύτητα κοντά στο μηδέν, ο κινητήρας αποσυνδέεται από το δίκτυο. Κατά την εκκίνηση, τα βήματα απενεργοποιούνται σε τακτά χρονικά διαστήματα ή ανάλογα με άλλες παραμέτρους. Αυτό αλλάζει το ρεύμα και την ταχύτητα του κινητήρα.

Ο έλεγχος εκκίνησης κινητήρα εκτελείται ως συνάρτηση του EMF (ή της ταχύτητας), του ρεύματος, του χρόνου και της διαδρομής.

Τυπικά υποσυστήματα και κυκλώματα για αυτόματο έλεγχο εκκίνησης κινητήρων συνεχούς ρεύματος

Η εκκίνηση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος με παράλληλη ή ανεξάρτητη διέγερση γίνεται με μια αντίσταση που εισάγεται στο κύκλωμα οπλισμού. Απαιτείται μια αντίσταση για τον περιορισμό του ρεύματος εισόδου. Καθώς ο κινητήρας επιταχύνει, η αντίσταση εκκίνησης κλιμακώνεται. Όταν ολοκληρωθεί η εκκίνηση, η αντίσταση θα παρακαμφθεί εντελώς και ο κινητήρας θα επιστρέψει στα φυσικά μηχανικά χαρακτηριστικά του (Εικ. 1). Κατά την εκκίνηση, ο κινητήρας επιταχύνει σύμφωνα με το τεχνητό χαρακτηριστικό 1, μετά 2 και μετά τον ελιγμό της αντίστασης - σύμφωνα με το φυσικό χαρακτηριστικό 3.

Ρύζι. 1. Μηχανικά και ηλεκτρομηχανικά χαρακτηριστικά κινητήρα συνεχούς ρεύματος με παράλληλη διέγερση (ω — γωνιακή ταχύτητα περιστροφής· I1 M1 — ρεύμα και ροπή αιχμής του κινητήρα· I2 M2 — ρεύμα και ροπή μεταγωγής)

Εξετάστε τον κόμβο του κυκλώματος εκκίνησης του κινητήρα DC (DCM) στη συνάρτηση EMF (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Ο κόμβος του κυκλώματος εκκίνησης του DCT παράλληλης διέγερσης στη συνάρτηση EMF

Η λειτουργία EMF (ή ταχύτητας) ελέγχεται από ρελέ, τάσεις και επαφές. Τα ρελέ τάσης έχουν διαμορφωθεί ώστε να λειτουργούν σε διαφορετικές τιμές emf οπλισμού. Όταν ο επαφέας KM1 είναι ενεργοποιημένος, η τάση του ρελέ KV τη στιγμή της εκκίνησης δεν είναι αρκετή για λειτουργία. Όταν ο κινητήρας επιταχύνει (λόγω της αύξησης του emf του κινητήρα), ενεργοποιείται το ρελέ KV1, τότε το KV2 (οι τάσεις ενεργοποίησης του ρελέ έχουν αντίστοιχες τιμές). περιλαμβάνουν τους επαφές επιτάχυνσης KM2, KMZ και οι αντιστάσεις στο κύκλωμα οπλισμού είναι διακλαδισμένες (τα κυκλώματα μεταγωγής επαφέα δεν φαίνονται στο διάγραμμα, το LM είναι η περιέλιξη διέγερσης).

Ας δούμε το σχήμα για την εκκίνηση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος στη λειτουργία EMF (Εικ. 3). Η γωνιακή ταχύτητα του κινητήρα συχνά καθορίζεται έμμεσα, δηλ.μέτρηση μεγεθών που σχετίζονται με την ταχύτητα. Για έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος, μια τέτοια τιμή είναι το EMF. Η εκκίνηση πραγματοποιείται ως εξής. Ο διακόπτης κυκλώματος QF ανάβει, το πεδίο του κινητήρα είναι συνδεδεμένο στην παροχή ρεύματος. Το ρελέ ΚΑ ενεργοποιείται και κλείνει την επαφή του.

Οι υπόλοιπες συσκευές του κυκλώματος παραμένουν στην αρχική τους θέση. Για να ξεκινήσετε τον κινητήρα, πρέπει πάτα το κουμπί SB1 «Έναρξη», μετά την οποία ενεργοποιείται ο επαφέας KM1 και συνδέει τον κινητήρα στην πηγή ισχύος. Ο επαφέας KM1 είναι αυτοτροφοδοτούμενος Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος επιταχύνεται με την αντίσταση κυκλώματος οπλισμού κινητήρα R.

Καθώς η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνεται, το emf του και η τάση στα πηνία των ρελέ KV1 και KV2 αυξάνονται. Στην ταχύτητα ω1 (βλ. Εικ. 1.) ενεργοποιείται το ρελέ KV1. Κλείνει την επαφή του στο κύκλωμα επαφέα KM2, το οποίο ενεργοποιεί και βραχυκυκλώνει το πρώτο στάδιο της αντίστασης εκκίνησης με την επαφή του. Στην ταχύτητα ω2 ενεργοποιείται το ρελέ KV2. Με την επαφή του κλείνει το κύκλωμα τροφοδοσίας του επαφέα KMZ, το οποίο όταν ενεργοποιηθεί, με μια επαφή, βραχυκυκλώνει το δεύτερο στάδιο εκκίνησης της αντίστασης εκκίνησης. Ο κινητήρας φτάνει τα φυσικά του μηχανικά χαρακτηριστικά και τερματίζει την απογείωση.

Ρύζι. 3. Σχηματικό σχέδιο εκκίνησης DCT παράλληλης διέγερσης στη συνάρτηση EMF

Για τη σωστή λειτουργία του κυκλώματος, είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε το ρελέ τάσης KV1 να λειτουργεί στο EMF που αντιστοιχεί στην ταχύτητα ω1 και το ρελέ KV2 να λειτουργεί στην ταχύτητα ω2.

Για να σταματήσετε τον κινητήρα, πατήστε το κουμπί Stop SB2. Για να αποσυνδέσετε το ηλεκτρικό κύκλωμα, ανοίξτε τον διακόπτη κυκλώματος QF.

Η τρέχουσα λειτουργία ελέγχεται από ένα ρελέ ρεύματος. Εξετάστε τον κόμβο κυκλώματος εκκίνησης κινητήρα συνεχούς ρεύματος στη συνάρτηση ροής. Στο διάγραμμα που φαίνεται στο σχ.4, χρησιμοποιούνται ρελέ υπερέντασης, τα οποία ανεβαίνουν στο ρεύμα εισόδου I1 και πέφτουν στο ελάχιστο ρεύμα I2 (βλ. Εικ. 1). Ο χρόνος εσωτερικής απόκρισης των ρελέ ρεύματος πρέπει να είναι μικρότερος από τον χρόνο απόκρισης του επαφέα.

Ρύζι. 4. Ο κόμβος του κυκλώματος εκκίνησης του DCT παράλληλης διέγερσης ανάλογα με το ρεύμα

Η επιτάχυνση του κινητήρα ξεκινά με την αντίσταση πλήρως τοποθετημένη στο κύκλωμα οπλισμού. Καθώς ο κινητήρας επιταχύνει, το ρεύμα μειώνεται, με το ρεύμα I2 εξαφανίζεται το ρελέ ΚΑ1 και με την επαφή του κλείνει το κύκλωμα τροφοδοσίας του επαφέα KM2, το οποίο παρακάμπτει την πρώτη επαφή της αντίστασης εκκίνησης με την επαφή του. Ομοίως, το δεύτερο στάδιο εκκίνησης της αντίστασης είναι βραχυκυκλωμένο (ρελέ KA2, επαφέας KMZ). Τα κυκλώματα ισχύος του επαφέα δεν φαίνονται στο διάγραμμα. Στο τέλος της εκκίνησης του κινητήρα, η αντίσταση στο κύκλωμα οπλισμού θα γεφυρωθεί.

Θεωρήστε το κύκλωμα για την εκκίνηση ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος ως συνάρτηση ροής (Εικ. 5). Οι αντιστάσεις των βημάτων της αντίστασης επιλέγονται έτσι ώστε τη στιγμή που ο κινητήρας είναι ενεργοποιημένος και οι βαθμίδες διακόπτονται, το ρεύμα I1 στο κύκλωμα οπλισμού και η στιγμή M1 να μην υπερβαίνουν το επιτρεπόμενο επίπεδο.

Εκκίνηση κινητήρα DC εκτελείται ενεργοποιώντας τον διακόπτη κυκλώματος QF και πατώντας το κουμπί «Έναρξη» SB1. Σε αυτήν την περίπτωση, ο επαφέας KM1 ενεργοποιείται και κλείνει τις επαφές του. Το ρεύμα εισόδου I1 διέρχεται από το κύκλωμα ισχύος του κινητήρα, υπό την επίδραση του οποίου ενεργοποιείται το ρελέ υπερέντασης KA1. Η επαφή του ανοίγει και ο επαφέας KM2 δεν λαμβάνει ρεύμα.

Ρύζι. 5. Σχηματικό σχέδιο παράλληλης διέγερσης εκκίνησης DCT ως συνάρτηση του ρεύματος

Όταν το ρεύμα πέσει στην ελάχιστη τιμή I2, το ρελέ υπερέντασης KA1 πέφτει και κλείνει την επαφή του.Ο επαφέας KM2 ενεργοποιείται και μέσω της κύριας επαφής του διακλαδίζει το πρώτο τμήμα της αντίστασης εκκίνησης και του ρελέ KA1. Κατά την εναλλαγή, το ρεύμα ανεβαίνει στην τιμή I1.

Όταν το ρεύμα αυξάνεται ξανά στην τιμή I1, ο επαφέας KM1 δεν ανάβει, επειδή το πηνίο του παρακάμπτεται από την επαφή KM2. Υπό την επίδραση του ρεύματος I1, το ρελέ KA2 ενεργοποιείται και ανοίγει την επαφή του. Όταν στη διαδικασία της επιτάχυνσης το ρεύμα πέφτει ξανά στην τιμή I2, το ρελέ KA2 πέφτει και ο επαφέας KMZ ανάβει. Η εκκίνηση έχει ολοκληρωθεί, ο κινητήρας λειτουργεί με τα φυσικά του μηχανικά χαρακτηριστικά.

Για τη σωστή λειτουργία του κυκλώματος, είναι απαραίτητο ο χρόνος απόκρισης του ρελέ KA1 και KA2 να είναι μικρότερος από τον χρόνο απόκρισης των επαφών. Για να σταματήσετε τον κινητήρα, πατήστε το κουμπί «Stop» SB2 και απενεργοποιήστε τον διακόπτη QF για να αποσυνδέσετε το κύκλωμα.

Ο έλεγχος χρόνου πραγματοποιείται με τη χρήση ενός ρελέ χρόνου και των αντίστοιχων επαφών που βραχυκυκλώνουν τις βαθμίδες της αντίστασης με τις επαφές τους.

Θεωρήστε τον κόμβο του κυκλώματος εκκίνησης κινητήρα DC ως συνάρτηση του χρόνου (Εικ. 6) Το ρελέ χρόνου KT ενεργοποιείται αμέσως όταν εμφανιστεί τάση στο κύκλωμα ελέγχου μέσω της επαφής ανοίγματος KM1. Μετά το άνοιγμα της επαφής KM1, το ρελέ χρόνου KT χάνει την τροφοδοσία του και κλείνει την επαφή του με χρονική καθυστέρηση. Ο επαφέας KM2 μετά από ένα χρονικό διάστημα ίσο με τη χρονική καθυστέρηση του ρελέ χρόνου λαμβάνει ισχύ, κλείνει την επαφή του και εκτρέπει την αντίσταση στο κύκλωμα οπλισμού.

Ρύζι. 6. Ο κόμβος κυκλώματος εκκίνησης DCT παράλληλης διέγερσης σε συνάρτηση με το χρόνο

Τα πλεονεκτήματα του ελέγχου στη συνάρτηση του χρόνου περιλαμβάνουν ευκολία ελέγχου, σταθερότητα της διαδικασίας επιτάχυνσης και επιβράδυνσης, έλλειψη καθυστέρησης της ηλεκτρικής κίνησης σε ενδιάμεσες ταχύτητες.

Θεωρήστε το κύκλωμα για την εκκίνηση μιας παράλληλης διέγερσης κινητήρα συνεχούς ρεύματος σε συνάρτηση με το χρόνο. Στο σχ. Το σχήμα 7 δείχνει ένα διάγραμμα μη αναστρέψιμης εκκίνησης κινητήρα παράλληλης διέγερσης DC. Η εκτόξευση πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Το κύκλωμα χρησιμοποιεί κουμπιά SB1 «Start» και SB2 «Stop», επαφές KM1 ... KMZ, ηλεκτρομαγνητικά χρονικά ρελέ KT1, KT2. Ο διακόπτης QF ανάβει. Σε αυτή την περίπτωση, το πηνίο του ρελέ χρόνου KT1 λαμβάνει ισχύ και ανοίγει την επαφή του στο κύκλωμα του επαφέα KM2. Ο κινητήρας τίθεται σε λειτουργία πατώντας το κουμπί «Έναρξη» SB1. Ο επαφέας KM1 λαμβάνει ισχύ και με την κύρια επαφή του συνδέει τον κινητήρα σε μια πηγή ισχύος με μια αντίσταση στο κύκλωμα οπλισμού.

Ρύζι. 7. Σχηματική μη αναστρέψιμη εκκίνηση κινητήρα συνεχούς ρεύματος σε συνάρτηση με το χρόνο

Το ρελέ ΚΑ χρησιμεύει για την προστασία του κινητήρα από διακοπή του κυκλώματος διέγερσης. Κατά την κανονική λειτουργία, το ρελέ ΚΑ ενεργοποιείται και η επαφή του στο κύκλωμα του επαφέα KM1 κλείνει, προετοιμάζοντας τον επαφέα KM1 για λειτουργία. Όταν σπάσει το κύκλωμα διέγερσης, το ρελέ ΚΑ σβήνει, ανοίγει την επαφή του, μετά σβήνει ο επαφέας KM1 και ο κινητήρας σταματά. Όταν ενεργοποιείται ο επαφέας KM1, η επαφή μπλοκαρίσματος του κλείνει και ανοίγει η επαφή KM1 στο κύκλωμα ρελέ ΚΤ1, η οποία σβήνει και κλείνει την επαφή του με χρονική καθυστέρηση.

Μετά από ένα χρονικό διάστημα ίσο με τη χρονική καθυστέρηση του ρελέ KT1, το κύκλωμα τροφοδοσίας του επαφέα επιτάχυνσης KM2 κλείνει, το οποίο ενεργοποιείται και με την κύρια επαφή του βραχυκυκλώνει ένα στάδιο της αντίστασης εκκίνησης. Ταυτόχρονα, ενεργοποιείται το ρελέ χρόνου KT2. Ο κινητήρας επιταχύνει. Μετά από ένα χρονικό διάστημα ίσο με την καθυστέρηση του ρελέ KT2, η επαφή KT2 κλείνει, ο επαφέας επιτάχυνσης KMZ ενεργοποιείται και με τις κύριες επαφές του το δεύτερο στάδιο της αντίστασης εκκίνησης στο κύκλωμα οπλισμού. Η εκκίνηση έχει ολοκληρωθεί και ο κινητήρας επιστρέφει στα φυσικά του μηχανικά χαρακτηριστικά.

Τυπικές μονάδες κυκλώματος ελέγχου φρένων DC

Τα συστήματα αυτόματου ελέγχου κινητήρα συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούν δυναμική πέδηση, αντίθετη πέδηση και αναγεννητική πέδηση.

Στο δυναμικό φρενάρισμα, είναι απαραίτητο να κλείσετε το τύλιγμα του οπλισμού του κινητήρα σε πρόσθετη αντίσταση και να αφήσετε το τύλιγμα διέγερσης ενεργοποιημένο. Αυτό το φρενάρισμα μπορεί να γίνει ως συνάρτηση της ταχύτητας και ως συνάρτηση του χρόνου.

Ο έλεγχος ως συνάρτηση της ταχύτητας (EMF) κατά τη δυναμική πέδηση μπορεί να γίνει σύμφωνα με το σχήμα που φαίνεται στο σχήμα. 8. Όταν ο επαφέας KM1 είναι απενεργοποιημένος, ο οπλισμός του κινητήρα αποσυνδέεται από το δίκτυο, αλλά υπάρχει τάση στους ακροδέκτες του τη στιγμή της αποσύνδεσης. Το ρελέ τάσης KV λειτουργεί και κλείνει την επαφή του στο κύκλωμα του επαφέα KM2, το οποίο με την επαφή του κλείνει τον οπλισμό του κινητήρα στην αντίσταση R.

Σε ταχύτητες κοντά στο μηδέν, το ρελέ KV χάνει ισχύ. Περαιτέρω επιβράδυνση από την ελάχιστη ταχύτητα στην πλήρη διακοπή λαμβάνει χώρα υπό τη δράση μιας στατικής ροπής αντίστασης.Για να αυξηθεί η απόδοση πέδησης, μπορούν να εφαρμοστούν δύο ή τρία στάδια πέδησης.

Ρύζι. 8. Κόμβος του κυκλώματος για αυτόματο έλεγχο της δυναμικής πέδησης στη λειτουργία EMF: α — κύκλωμα ισχύος. β — κύκλωμα ελέγχου

Δυναμική πέδηση σταθερή ανεξάρτητη διέγερση κινητήρα σε συνάρτηση με το χρόνο πραγματοποιείται σύμφωνα με το σχήμα που φαίνεται στο σχήμα. εννέα.

Ρύζι. 9. Κόμβος του κυκλώματος δυναμικής πέδησης DCT ανεξάρτητης διέγερσης σε συνάρτηση με το χρόνο

Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, το ρελέ χρόνου KT είναι ενεργοποιημένο, αλλά το κύκλωμα του επαφέα φρένου KM2 είναι ανοιχτό. Για να σταματήσετε, πρέπει να πατήσετε το κουμπί "Stop" SB2. Ο επαφέας KM1 και το ρελέ χρόνου KT χάνουν ισχύ. ο επαφέας ΚΜ2 ενεργοποιείται γιατί η επαφή ΚΜ1 στο κύκλωμα του ρελέ ΚΜ2 κλείνει και η επαφή του ρελέ χρόνου ΚΤ ανοίγει με χρονική καθυστέρηση.

Για τον χρονισμό του ρελέ χρόνου, ο επαφέας KM2 λαμβάνει ισχύ, κλείνει την επαφή του και συνδέει τον οπλισμό του κινητήρα με την πρόσθετη αντίσταση R. Πραγματοποιείται δυναμική διακοπή του κινητήρα. Στο τέλος του, το ρελέ ΚΤ, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, ανοίγει την επαφή του και αποσυνδέει τον επαφέα KM2 από το δίκτυο. Περαιτέρω φρενάρισμα μέχρι την πλήρη διακοπή πραγματοποιείται υπό την επίδραση της στιγμής αντίστασης Ms.

Στο φρενάρισμα αντίστροφης ενέργειας, το EMF του κινητήρα και η τάση δικτύου ενεργούν σύμφωνα. Για να περιοριστεί το ρεύμα, εισάγεται μια αντίσταση στο κύκλωμα.

Έλεγχος διέγερσης κινητήρων συνεχούς ρεύματος

Η περιέλιξη πεδίου του κινητήρα έχει σημαντική αυτεπαγωγή και εάν ο κινητήρας σβήσει γρήγορα, μπορεί να εμφανιστεί μια μεγάλη τάση πάνω του, η οποία θα προκαλέσει τη διάσπαση της μόνωσης της περιέλιξης. Για να το αποτρέψετε αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους κόμβους κυκλώματος που φαίνονται στο σχ.10. Η αντίσταση κατάσβεσης ενεργοποιείται παράλληλα με το πηνίο διέγερσης μέσω της διόδου (Εικ. 10, β). Επομένως, μετά την απενεργοποίηση, το ρεύμα διέρχεται από την αντίσταση για μικρό χρονικό διάστημα (Εικ. 10, α).

Ρύζι. 10. Κόμβοι κυκλωμάτων για την ενεργοποίηση των αντιστάσεων σβέσης: α — η αντίσταση σβέσης συνδέεται παράλληλα. β — η αντίσταση σβέσης ενεργοποιείται μέσω της διόδου.

Η προστασία από τη διακοπή του κυκλώματος διέγερσης πραγματοποιείται με τη χρήση ρελέ υπορροής σύμφωνα με το σχήμα που φαίνεται στο σχήμα. έντεκα.

Ρύζι. 11. Προστασία έναντι διακοπής του κυκλώματος διέγερσης: α — κύκλωμα διέγερσης ισχύος. β — κύκλωμα ελέγχου

Σε περίπτωση διακοπής του πηνίου διέγερσης, το ρελέ ΚΑ απενεργοποιεί και αποσυνδέει το κύκλωμα του επαφέα KM.