СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Защиты в электроприводе

Защитой называют аппарат или узел схемы, который отклю­чает электропривод после возникновения в нем каких-либо ава­рийных режимов. Опишем работу некоторых из наиболее часто применяемых в системах электропривода защит.

Максимально-токовая защита главных цепей в схемах управления двигателями постоянного и переменного тока служит для отключения от сети главной цепи при появлении в ней токов короткого замыкания или ненормально больших токов, а также при длительных перегрузках.

Основными причинами появления токов короткого замыкания и опасно больших токов могут быть повреждение изоляции дви­гателя или подводящих проводов, выход из строя аппаратов на станции управления или пусковых резисторов, механическая пе­регрузка двигателя ненормально большим статическим момен­том.

Для осуществления максимально-токовой защиты применя­ют:

- автоматические воздушные выключатели (автоматы) с электромагнитными или комбинированными (тепловыми и элек­тромагнитными) расцепителями;

- предохранители:

- электромагнитные токовые реле (с воздействием на ли­нейный контактор);

- тепловые реле.

Автоматы устанавливаются для защиты от коротких замыка­ний на ответвлении к одному или к группе двигателей.

Предохранители применяют главным образом для защиты от токов короткого замыкания в схемах управления мелкими двига­телями. В электроприводах средней и большой мощности при­менять предохранители избегают, что связано как с неудобства-

Электроприводы с релейно-контакторными

ми обслуживания из-за необходимости менять плавкие вставки, так и опасностью применения некалиброванных плавких вставок. В статорных цепях асинхронных двигателей применение предо­хранителей влечет за собой опасность работы двигателя на двух фазах при перегорании одного из предохранителей. Использова­ние предохранителей оправдано для неответственных потреби­телей (бытовая техника) или в тех случаях, когда по своим вре­менным характеристикам автомат не может обезопасить защи­щаемый аппарат (например, быстродействующие предохраните­ли в цепях вентилей тиристорных агрегатов).

Максимальные токовые реле обычно выполняются с воздей­ствием на реле напряжения, при отключении которого отключа­ется и линейный контактор. Они отключают токи перегрузки, а их уставка срабатывания выбирается на 10% больше допустимого тока перегрузки. В электроприводах повторно-кратковременного режима эти реле выполняются с самовозвратом, что позволяет оператору после срабатывания этой защиты вновь пускать дви­гатель без вызова электрика. Воздействие максимального токо­вого реле непосредственно на линейный контактор с целью от­ключения токов короткого замыкания встречается реже и приме­няется в относительно простых схемах (нереверсивные магнит­ные пускатели асинхронных двигателей малой мощности).

Нулевая защита (защита минимального напряжения) от­ключает главную цепь при исчезновении (или снижении ниже до­пустимого уровня) напряжения так, что она после восстановле­ния напряжения самопроизвольно включиться не может. Для большинства технологических механизмов самозапуск электро­привода недопустим, поэтому они имеют такую защиту. Сказан­ное особенно актуально для подъемно-транспортных механиз­мов (подъемных кранов), где отсутствие или неисправное со­стояние такой защиты опасно для обслуживающего персонала

Работу нулевой защиты иллюстрирует схема (рис. 1.8 а). В исходном состоянии схемы реле FV включается через верхнюю цепочку командоаппарата. которая замкнута при нулевом поло­жении ручки этого аппарата. В дальнейшем реле FV самоблоки- руется своим нормально открытым контактом, через который происходит питание также катушек силовых контакторов направ

ления КМ1 и КМ2- Если при вращении привода вперед или на­зад. когда ручка командоаппарата SМ стоит в положении В или Н, произойдет исчезновение напряжения, то реле FV отпадет, а запитать цепи катушек КМ1 и КМ2 после восстановления напря­жения не удастся до тех пор, пока ручку командоаппарата не по­ставят в нулевое положение (т. е. включат реле FV).

Минимально-токовая защита (защита от потери возбуж­дения) двигателей постоянного тока (рис. 1.8 б) осуществляется реле нулевого тока KF, катушка которого включается в цепь об­мотки LM возбуждения двигателя, а контакт этого реле включает­ся з цепь катушки реле напряжения FV нулевой защиты электро­привода. При обрыве цепи возбуждения двигателя реле KF от­ключает реле напряжения FV, а оно - контакторы силовой цепи двигателя.

Для защиты крупных электродвигателей от чрезмерного по - зышения скорости применяют также центробежные реле скорости, которые дополняют действие нулевой токовой защи­ты.

Защита обмотки возбуждения двигателя от перена­пряжений, возникающих при ее отключении, обеспечивается разрядным резистором Rp (рис. 1.8 б). Диод VD обеспечивает протекание по резистору только разрядного тока, что уменьшает потребление тока из сети. Сопротивление разрядного резистора зыбирают с учетом допустимых перенапряжений, определяемых классом изоляции, и достигающих нескольких сотен вольт.

Конечная защита реверсивных механизмов выполняется с помощью конечных (путевых) выключателей (рис. 1.8 в). Здесь приведен вариант схемы с двумя конечными выключателями SQ1 и SQ2 для ограничения хода механизма (например, тележки мостового крана) в направлении вперед и назад. С учетом выбе­га электропривода при торможении флажок конечного выключа­теля устанавливается на определенном расстоянии от конечного положения механизма.

СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПУСКА В РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ

Оптимальные кривые переходных процессов разгона и торможения электропривода

Проектируя систему электропривода, инженер всегда заинте­ресован в наибольшей производительности электрифицируемого механизма. Но возможности электропривода и, в первую оче­редь, двигателя ограничены. Так, в двигателе постоянного тока независимого возбуждения приходится учитывать следующие ог­раничения:

- ограничение по максимально допустимому из условий коммутации току якоря

•я £ їм. (2.1)

- ограничение по максимально допустимой скорости

п < пм, (2.2)

- ограничение по максимально допустимому напряжению на якоре

1)я ^ Um, (2.3)

- ограничение по нагреву, которое можно оценить величи­ной, пропорциональной потерям в цепи якоря,

«м

Q = I 1я 2 dt < QM. (2.4)

О

где ц - время цикла.

Могут быть и другие ограничения, связанные, например, со свойствами элементов системы управления (максимально допус­тимые ток, напряжение), механической части электропривода (прочность деталей) или вопросами экономики (стоимость уста­новки). Ограниченность ресурсов, которая, в частности, проявляется в существовании неравенств (2.1)...(2.4), ставит задачу наиболее эффективного и экономного их использования. Отсюда и возни­кает проблема оптимального (наилучшего в каком-то смысле), управления электроприводом.

Посмотрим, какими должны быть оптимальные переходные процессы в системе электропривода, когда необходимо обеспе­чить наибольшую возможную производительность механизма, не нарушив при этом условий (2.1)...(2.4). Остановимся на следую­щих трех случаях.

1- й случай. Необходимо выполнить только ограничение

(2.1) . Случай этот характерен для электроприводов механизмов, имеющих невысокую продолжительность включения (ПВ), но требующих интенсивной отработки сравнительно небольших пе­ремещений, при которых двигатель не успевает разогнаться до полной скорости.

Очевидно, для получения минимального времени отработки заданного перемещения при Мс = 0 следует сначала двигатель разгонять с максимально допустимым ускорением, определяе­мым величиной 1М (участок 0... ti, рис. 2.1 а), а затем, когда при­вод отработает половину пути, - тормозить двигатель с макси­мальным замедлением (участок ti...1г). Этому случаю соответст­вует прямоугольная диаграмма тока якоря с треугольной диа­граммой скорости вращения двигателя.

2- й случай. Необходимо учитывать ограничения (2.1) и

(2.2) , Здесь по сравнению с первым случаем двигателю необхо­димо отработать большее перемещение, так что в процессе ус­корения он успевает достигнуть максимально допустимой вели­чины скорости (момент времени ti, рис. 2.1 б). После момента времени ti допустить увеличения скорости уже нельзя, поэтому ток якоря уменьшают до нуля (при Мс = 0), из-за чего скорость поддерживается на постоянном уровне пм (участок ti рис. 2.1

б). Лишь при подходе к конечному положению резко тормозят двигатель, для чего увеличивают тормозной ток до величины - Ь, і (участок t2 рис, 2.1 б).