2.2. Типовые узлы схем автоматического управления двигателями постоянного тока. Схема управления двигателем постоянного тока схема

Радиосхемы. - Управление двигателем постоянного тока

Электроника в быту

материалы в категории

 Во многих станках применяют электромоторы (ЭМ) постоянного тока. Они легко позволяют плавно управлять частотой вращения, изменяя постоянную составляющую напряжения на якорной обмотке, при постоянном напряжении обмотки возбуждения (0В).

Предлагаемая ниже схема позволяет управлять электромотором мощностью до 5 кВт.

Мощные ЭМ постоянного тока имеют несколько особенностей, которые необходимо учитывать:

а) нельзя подавать напряжение на якорь ЭМ без подачи номинального напряжения (обычно 180...220 В) на обмотку возбуждения;

б) чтобы не повредить мотор, недопустимо сразу подавать при включении номинальное напряжение на якорную обмотку, из-за большого пускового тока, превышающего номинальный рабочий в десятки раз.

Приведенная схема позволяет обеспечить необходимый режим работы - плавный запуск и ручную установку нужной частоты вращения ЭМ.

Направление вращения изменится, если поменять полярность подключения проводов на обмотке возбуждения или якоре (делается это обязательно только при выключенном ЭМ).

В схеме применены два реле, что позволяет выполнить автоматическую защиту элементов схемы от перегрузки. Реле К1 является мощным пускателем, оно исключает вероятность включения ЭМ при установленной резистором R1 не нулевой начальной скорости. Для этого на оси переменного резистора R1 закрепляется рычаг, связанный с кнопкой SB2, которая замыкается (рычагом) только при максимальном значении сопротивления (R1) - это соответствует нулевой скорости.

Когда замкнуты контакты SB2, реле К1 при нажатии кнопки ПУСК (SB1) включится и своими контактами К1.1 самоблокируется, а контакты К1.2 включат электропривод.

Реле К2 обеспечивает защиту от перегрузки при отсутствии тока в цепи обмотки возбуждения ЭМ. В этом случае контакты К2.1 отключат питание схемы.

Питается схема управления без трансформатора, непосредственно от сети через резистор R3.

Величина действующего значения напряжения на якорной обмотке устанавливается с помощью изменения резистором R1 угла открывания тиристоров VS1 и VS2. Тиристоры включены в плечи моста, что уменьшает число силовых элементов в схеме.

На однопереходном транзисторе VT2 собран генератор импульсов, синхронизированных с периодом пульсации сетевого напряжения. Транзистор VT1 усиливает импульсы по току, и через разделительный трансформатор Т1 они поступают на управляющие выводы тиристоров.

При выполнении конструкции тиристоры VS1, VS2 и диоды VD5, VD6 необходимо установить на теплоотводящую пластину (радиатор).

Часть схемы управления, выделенная на рисунке пунктиром, размещается на печатной плате .

Постоянные резисторы применены типа С2-23, переменный R1 - типа ППБ-15Т, R7 - СП--196, R3 - типа ПЭВ-25. Конденсаторы С1 и С2 любого типа, на рабочее напряжение не менее 100 В. Выпрямительные диоды VD1 ...VD4 на ток 10 А и обратное напряжение 300 В, например Д231 Д231А Д232,Д232А,Д245,Д246.

Импульсный трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце М2000НМ типоразмера К20х12х6 мм и намотан проводом ПЭЛШО диаметром 0,18 мм. Обмотка 1 и 2 содержат по 50 витков, а 3 - 80 витков.

Перед намоткой, острые грани сердечника нужно закруглить надфилем, чтобы исключить продавливание и замыкание витков.

При первоначальном включении схемы замеряем ток в цепи обмотки возбуждения (0В) и по закону Ома рассчитываем номинал резистора R2 так, чтобы срабатывало реле К2. Реле К2 может быть любым низковольтным (6...9 В) - чем меньше напряжение срабатывания, тем лучше. При выборе резистора R2 необходимо учитывать также рассеиваемую на нем мощность. -ная ток в цепи 0В и напряжение на резисторе, ее легко посчитать по формуле P=UI. Вместо К2 и R2 лучше применять выпускаемые промышленностью специальные токовые реле, но они из-за узкой области применения не всем доступны. Токовое реле несложно изготовить самостоятельно, намотав на большем герконе примерно 20 витков проводом ПЭЛ диаметром 0.7...1 мм.

Для настройки схемы управления вместо якорной цепи мотора подключаем лампу мощностью 300...500 Вт и вольтметр. Необходимо убедиться в плавном изменении напряжения на лампе резистором R1 от нуля до максимума,

Иногда, из-за разброса параметров однопереходного транзистора, может потребоваться подбор номинала конденсатора С2 (от 0,1 до 0,68 мкФ) и резистора R7 (R7 устанавливает при минимальном значении сопротивления R1 максимум напряжения на нагрузке).

Если при правильном монтаже не открываются тиристоры, то необходимо поменять местами выводы во вторичных обмотках Т1. Неправильная фазировка управляющего напряжения, приходящего на тиристоры VS1 и VS2, не может их повредить. Для удобства контроля работы тиристоров управляющее напряжение допустимо подавать сначала на один тиристор, а потом на другой - если регулируется резистором R1 напряжение на нагрузке (лампе), фаза подключения импульсов управления правильная. При работе обоих тиристоров и настроенной схеме напряжение на нагрузке должно меняться от 0 до 190 В.

Исключить вероятность подачи максимального напряжения на якорную обмотку в момент включения можно и электронным способом, воспользовавшись схемой, аналогичной приведенной на рис 6.17. (Конденсатор С2 обеспечивает плавное нарастание выходного напряжения в момент включения, а в дальнейшем на работе схемы не сказывается.) В этом случае включатель SB2 не нужен

2.2. Типовые узлы схем автоматического управления двигателями постоянного тока

Рассмотрим ряд типовых узлов схем управления электроприводами, реализующими вышеописанные принципы управления. На рис. 2.2, а приведен узел электрической схемы, обеспечиваю­щий автоматический пуск в функции времени двигателя М с двумя ступенями добавочного пускового сопротивления (вид возбуждения двигателя может быть любым, на рисунке показано независимое возбуждение).

Алгоритм работы приведенного узла схемы следующий. Сразу же после подачи напряжения на главные цепи и цепи управления включается реле времени первой ступени РУ1 и открывает свой размыкаю­щий контакт, не давая возможности преждевременно включиться контакторам ускорения КУ 1 и КУ 2.

Рис. 2.2. Схема реостатного пуска двигателя постоянного тока в функции времени

Нажатие на кнопку КнП («Пуск») приводит к включению линейного контактора КЛ, который замыкает свой главный контакт в цепи якоря двигателя, замыкающим блок-контактом шунтирует кнопку КнП (тем самым контактор КЛ становится на самопитание), а размыкающим блок-контактом разрывает цепь катушки реле РУ1. Двигатель начинает разгоняться по реостатной механической характеристике первой ступени пуска (рис. 2.2, б). При протекании по добавочному сопротивлению пускового тока мгновенно срабатывает реле времени второй ступени РУ2, так как к его катушке прикладывается достаточное по величине напряжение, равное падению напряжения на сопротивле­нии Rдоб.п.1. Размыкающий контакт реле РУ2 открывается в цепи катушки контактора КУ2.

Реле РУ1, начавшее отсчет выдержки времени, соответствующей времени t1 разгона двигателя на первой ступени пуска, по истечении ее замыкает свой контакт. Включается контактор КУ1, который своим силовым контактом закорачивает сопротивление Rдоб.п.1 и вместе с ним катушку реле РУ2. Начинается разгон двигателя согласно реостатной характеристике 2 второй ступени пуска. Реле РУ2 отсчитывает выдержку времени, соответствующую времени (t2 – t1) двигателя на второй ступени, и затем замыкает свой контакт. Включается контактор КУ2 и закорачивает сопротивление Rдоб.п.2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и разгоняется до уста­новившейся скорости ωс, соот­ветствующей моменту Мс. На этом пуск заканчивается.

На рис. 2.2, в показаны зависимости момента и ско­рости двигателя от времени, которые дополнительно иллюстрируют работу описанного узла схемы управления. Уставка реле времени РУ1 опре­делится как разность между временем t1 и собственным временем включения контактора КУ1: . Аналогично определится и уставка реле времениРУ2: . При этомt1 = Δt1 и t2 – t1 = Δt2 - расчетные значения времени разгона двигателя на первой и второй ступенях (см. формулу (2.1)).

Достоинством принципа управления в функции времени - это простота и надеж­ность реле времени, удобство регулировки их уставок, возможность применения однотипных реле для двигателей различной мощности. Кроме того, при изменениях статического момента, момента инерции привода, напряжения сети и т.д. время пуска практически не изме­няется. Например, при увеличении Мс до значения М'с (рис. 2.2, б) при сохранении той же выдержки времени реле РУ1 двигатель на первой ступени разгонится до меньшей скорости, но бросок момента при переключении будет большим. В результате процесс разгона пойдет в соответствии с графиком, показанным на рис. 2.2, б штрихпунктирными линиями, таким образом, что средний динамический момент при пуске останется приблизительно тем же. Поэтому почти не изменится и общее время пуска. Если же бросок момента (тока якоря) превысит допустимое значение, то двигатель отключится максимально-токовой защитой. При управлении в функции времени (в отличие от управления в функ­ции скорости или тока) полностью устраняется опасность «застревания» двигателя на первой ступени пуска при М'с > М2. Все это и обусловило широкое распространение управления пуском в функции времени.

На рис. 2.3, а приведен узел схемы автоматического управления пуском двигателя постоянного тока в функции скорости. Контроль скорости в приведенном узле схемы осуществляется косвенным образом. С этой целью в узле схемы, показанном на рис. 2.3, а, катушки контакторов ускорения КУ1 и КУ2 непосредственно подключены на зажимы якоря двигателя независимого возбуждения, т.е. на напряжение ия, отли­чающееся от ЭДС якоря ея только на величину падения напряжения в сопротивлении якоря Rя. Поскольку ЭДС якоря двигателя при постоянном маг­нитном потоке, в данном случае номинальном потоке Фном, про­порциональна скорости двигате­ля (), то рассматри­ваемый узел схемы осуществляет управление пуском в функции скорости с ее косвенным кон­тролем, т.е. в функции ЭДС.

При определенных значениях напряжения на якоре uя1 и uя2 контакторы КУ1 и КУ2 включаются, закора­чивая ступени пускового рео­стата.

Рис. 2.3. Схема реостатного пуска двигателя постоянного тока в функции скорости

Алгоритм работы приведенного узла схемы следующий. Пуск двигателя начинается после нажатия на кнопку КнП и включения линейного контак­тора КЛ. В самом начале пуска напряжение на катушках контакторов КУ1 и КУ2 мало и равно падению напряжения Δuя на якоре от начального броска пускового тока. Поэтому контакторы не могут сработать, и в цепь якоря введено сопротивление обеих ступеней Rдоб.п.1 и Rдоб.п.2. По мере увеличения скорости двигателя его ЭДС возрастает. При токе якоря I2 и скорости ω1 напряжение на катушке контактора КУ1 становится равным напряжению срабатывания контактора КУ1

(рис. 2.3,б)

Контактор КУ1 включается и закорачивает первую ступень сопротивления Rдоб.п.1. В конце разгона на второй ступени пуска, когда напряжение на якоре достигнет значения , включается контакторКУ2, и закорачи­вает вторую ступень сопротивления Rдоб.п.2, и двигатель выходит на естественную характеристику.

Очевидно, что значения напряжений срабатывания контакторов КУ1 иКУ2(uсраб.КУ1 и uсраб.КУ2) существенно отличаются друг от друга. Сами возможности регулировки напряжения срабатывания у контакторов весьма ограниченны. Поэтому практически всегда для контроляЭДСприменяют реле напряжения(РУ1 и РУ2), которые затем включают контакторыКУ1 иКУ2 (это показано на рис. 2.3, а штрих пунктирными линиями). Но тогда теряется основное положительное качество схемы - ее простота.

Как указывалось ранее, управление в функции тока применяется при разгоне двигателя независимого возбуждения путем ослабления магнитного потока. На рис. 2.4, а приведен узел схемы, реализующий этот принцип управления (на рисунке для упрощения не показаны цепи катушек контакторов КЛ, КУ1 и КУ2). Контроль тока якоря Iя осу­ществляется токовым реле РУП. Алгоритм работы данного узла с момента включения контактора КУ2, (т.е. с момента выхода дви­гателя на естественную характе­ристику) следующий. При замыкании глав­ного контакта КУ2 от броска тока якоря срабатывает реле РУП и замыкает свой контакт, шунтирующий реостат возбуж­дения Rдоб.в (до этого реостат был закорочен размыкающим контактом КУ2). Следовательно, магнитный поток двигателя Ф сохраняется равным номиналь­ному потоку Фном и двигатель продолжает разгон по естествен­ной характеристике. Когдатокякоря снизится до значения тока отпускания Iотп.РУП реле РУП, последнее размыкает свой контакт, и в цепь обмотки возбуждения вводится сопротивление R доб.в . Происходит процесс ослабления магнитного потока Ф и рост скорости двигателя ω (рис. 2.4, б). При этом ток якоря увеличивается и, когда он достигнет значения тока срабатывания Iсраб.РУП реле РУП, контакт реле закроется. Начнется усиление магнитного потока и снижение тока якоря. Скорость двигателя будет продолжать расти, так как за счет увели­ченного тока якоря момент двигателя превышает статический момент. При спадании тока якоря до величины Iотп.РУП вновь реле РУП откроет свой контакт, что повлечет за собой ослабление потока и т.д. Реле РУП срабатывает несколько раз, прежде чем двигатель достигнет скорости, заданной положением ползунка реостата R доб.в .

Таким образом, если пренебречь инерционностью реле РУП, можно считать, что в описанном процессе ослабления потока ток якоря двигателя колеблется в пределах от Iотп.РУП до Iсраб.РУП . Колебания тока тем меньше, чем выше коэффициент возврата реле РУП. Подобный процесс и способ управления называют вибрационным. Данный способ особенно удобен для управления разгоном двигателей с широким диапазоном регулирования скорости при Ф < Фном. Очевидно, что вибрационное управление обеспечивается и в процессе регулирования скорости двигателя в сторону ее увеличе­ния, когда ползунок реостата R доб.в быстро перемещается в новое положение.

Для определения времени процесса разгона двигателя при вибра­ционном управлении можно воспользоваться приближенным методом, основанным на допущении, что ток якоря в переходном процессе оста­ется неизменным и равным его среднему значению.

В этом случае для режима ослабления магнитного потока, когда якорь двига­теля подключен к сети с номинальным напряжением Uном можно запи­сать следующие уравнения переходного процесса:

.

Разрешая систему уравнений относительно t и интегрируя полученное выражение в пределах от Фнач до Фкон, найдем время разгона.

Рассмотрим теперь наиболее характерные узлы электрических схем управления торможением двигателей постоянного тока.

На рис. 2.5, а приведен узел схемы, обеспечивающий управление динамическим торможением нереверсивного двигателя независимого возбуждения в функции времени. На этом же рис. (2.5, б и 2.5, в) показаны механи­ческие характеристики и графики изменения во времени момента (тока якоря) и скорости двигателя при торможении.

Рис. 2.5. Узел схемы автоматического управления динамическим

торможением двигателя постоянного тока

Цепи включения кату­шек контакторов ускорения на схеме не изображены, и эти контакторы условно представляет один главный контакт КУ, шунтирующий сопротивление Rдоб.п. Алгоритм работы узла схемы можно описать в следующей последовательности. Предположим, что двигатель работает с установившейся скоростью ωс. Контакторы КЛ и КУ включены, реле торможения (реле времени) РДТ также включено и его контакт замкнут. Но катушка контактора торможения КДТ не обтекается током, посколь­ку в ее цепи разомкнут раз­мыкающий блок-контакт контактора КЛ.

После нажатия на кнопку КнС («стоп») контактор КЛ отключится и своим главным контактом отсоединит якорь двигателя от сети. Замыкаю­щий блок-контакт КЛ разом­кнет цепь катушки реле РДТ, и оно начнет отсчет времени торможения. Размыкающий блок-контакт КЛ закроется, катушка контактора КДТ получит питание. Контактор КДТ включится и своим главным контактом присоединит якорь двигателя к добавоч­ному тормозному сопротивлению Rд.т. Происходит динамическое торможение двигателя. В конце его реле РДТ, отсчитав заданную выдержку времени, своим контактом отключит контактор КДТ.

Управление в функции времени применяется только при реактив­ном статическом моменте Мс. Уставка реле РДТ должна быть приблизительно равной или немного большей времени торможения tд.т. При активном Мс увеличение его при соответственном уменьшении действительного времени торможения по сравнению с уставкой реле РДТ может привести к реверсу двигателя, прежде чем он будет отключен. Необходимо отметить, что при активном Мс по окончании торможения и отключении двигателя его вал всегда должен быть заторможен при помощи механического тормоза.

Узел схемы реализующий динамическое торможение в функции ЭДС отличается от схемы приведенной на рис. 2.5 тем, что катушка реле напряжения РДТ осуществляющего контроль ЭДС включается на зажимы якоря двигателя.

Для электроприводов, работающих в напря­женном повторно-кратковременном режиме, обычно применяют не кнопочное, а командо-контроллерное управление, более удобное для оператора. Кроме того, с целью уменьшения времени торможения, особенно в реверсивных приводах, используют часто торможение противовключением.

Узел схемы, обеспечивающий торможение противовключением реверсивного привода в функции ЭДС, приведен на рис. 2.6, а. Он пригоден для дви­гателей любого вида возбуждения. Пуск двигателя условно принят в одну ступень с управле­нием в функции времени. Реле напряжения РПВ и РПН управляют процессом торможения и называются реле противовключения. Доба­вочное сопротивление Rдоб.пр - ступень противовключения. Для иллюстрации работы схемы на рис. 2.6, б приведены соответствующие механические характеристики двигателя независимого возбуждения. Алгоритм работы узла схемы в режиме торможения сводится к следующему. Предположим, что двигатель работал в установившемся режиме в услов­ном направлении «вперед». При этом рукоятка командоконтроллера находится в положении В, и во включенном состоянии находятся контактор KB, реле РПВ и контакторы КУ и КП. Ступень сопротивления противовключения Rдоб.пр и пусковая ступень Rдоб.п закорочены.

Рис. 2.6. Узел схемы управления торможением противовключением

Для реверса двигателя рукоятка командоконтроллера переводится в положение Н («назад»). При этом контактор KB отключается, размыкаются его главные контакты и замыкающий блок-контакт. Теряют питание реле РПВ и контакторы КП и КУ. В цепь якоря вводится сопротивление Rдоб.п. + Rдоб.пр . Закрывшийся размыкающий блок-контакт KB подает питание в катушку контактора КН, который включается и своими главными контактами присоединяет якорь двигателя на напряжение противоположной полярности. Двигатель переходит в режим противовключения. Замыкающий блок-контакт КН в цепи катушки реле РПН также закрывается. Однако реле РПН не срабатывает, так как в начальный момент напряжение на его катушке будет близко к нулю. Это достигается соответствующим выбором точки присоединения реле по схеме вывода катушки РПН (выбором величины сопротивле­ния Rx). Поэтому контакт РПН остается разомкнутым, предотвращая включение контакторов КП и КУ, т.е. обеспечивая процесс торможе­ния при полностью введенных в цепь якоря добавочных сопротивле­ниях.

Таким образом, начало торможения будет отвечать точке 1, расположенной на соответствующей добавочному сопротивлению Rдоб.п. + Rдоб.пр искусственной механической характеристике двига­теля (рис. 2.6, б).

По мере снижения скорости двигателя возрастает напряжение на катушке реле РПН и при скорости, близкой к нулю, реле сработает. Его контакт замкнется и включит контактор КП, который закоротит своим главным контактом ступень противовключения Rдоб.пр. Двигатель перейдет на пусковую реостатную характеристику, его скорость снизится до нуля, а затем начнется разгон в функции времени в направлении «назад», т.е. двигатель реверсируется. Аналогично работает схема и при реверсе с направления «назад» на направление «вперед». Только здесь управляет процессом торможения реле РПВ. Точку присоединения реле противовключения (РПВ и РПН) выбирают из следующих соображений. Как видно из схемы на рис. 2.6, а, напряжение UРП на катушке реле меньше напряжения сети Uном на вели­чину падения напряжения от тормозного тока в сопротивлении Rx

.

Примем, что в начальный момент торможения напряжение UРП должно быть равно нулю. Тогда . Величина начального броска токаIя.т.нач не должна превышать допустимого значения I я.доп .

Напряжение срабатывания реле U сраб.РП выби­рают так, чтобы реле включалось не в самом конце торможения, а несколько раньше. Обычно принимают

.

Здесь U РП (ω=0,05) = Uном (1 –Rх /R Σ),

где RΣ суммарное сопротивление якорной цепи в режиме противовключения.

Необходимо отметить, что для двигателей независимого возбуждения, работающих с ослабленным потоком, применяют динамическое торможение с одновременным усилением потока. При этом процесс управление усиления по­тока реализуют вибрационным способом в функции тока якоря двигателя, а управ­ление самим динамическим торможением происходит так же, как и в схеме на рис. 2.5, а. Схемное решение узла управления усиления потока приведено на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Узел схемы управления динамическим торможением

двигателя постоянного тока в функции тока

Во время установившейся работы двигателя якорь реле РУП не притянут, и контакты реле находятся в состоянии, показанном на схеме. Блок-контакт КУ2 разомкнут, поле двигателя ослаблено. После подачи команды на торможение отключается контактор КУ2 и вклю­чается контактор КДТ. В цепях, шунтирующих реостат возбуждения Rдоб.в размыкается блок-контакт КДТ и за­мыкается блок-контакт КУ2. Начинается динамическое торможение, и при этом поле двигателя усиливается. Но от броска тормозного тока реле РУП срабатывает и открывает свой размыкающий контакт, что прерывает процесс усиления поля. На­оборот, оно теперь начнет ослабляться. В свою очередь это приведет к уменьшению тока якоря двигателя, в результате чего реле РУП закроет свой размыкающий контакт. Опять начнется усиление поля и т.д. до тех пор, пока ток возбуждения двигателя не станет равным номинальному. Ток якоря двигателя в вибрационном процессе усиления поля колеблется между значениями тока срабатывания Iраб.РУП и тока возврата Iотп.РУП реле РУП. Нетрудно убедиться в том, что узел схемы на рис. 2.7, а работает в режиме ослабления поля при разгоне двигателя аналогично узлу схемы на рис. 2.4, а. Вибрационный способ применяют также для управления торможе­нием двигателя при переводе его путем усиления поля с характеристики при Ф < Фном на естественную характеристику.

studfiles.net

3.2. Типовые узлы схем управления пуском двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Ω1

Рис. 3.1. Осциллограмма тока и скорости при пуске в три ступени двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором

Автоматическое управление торможением электродвигателей осуществляется по тем же принципам, что и управление пуском.

3.2.1. Управление в функции скорости

Управление в функции скорости требует контроля скорости двигателя с последующим воздействием на соответствующий аппарат. Устройства, контролирующие непосредственно скорость двигателя, например, центробежные регуляторы и тахогенераторы, применяются сравнительно редко, так как существенно усложняют схему управления и снижают её надёжность. Поэтому скорость двигателя часто контролируется косвенным путём – измерением других параметров, однозначно связанных со скоростью двигателя. Для двигателей постоянного тока таким параметром является ЭДС двигателя, которая при неизменном магнитном потоке двигателя пропорциональна его скорости.

Схема типового узла пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в две ступени в функции скорости приведена на

50

рис. 3.2. В этой схеме катушки контакторов ускорения КМ2 и КМ3 включены непосредственно на якорь двигателя и с помощью резисторов ry1 иry2 настроены на включение при определённой скорости.

r2 r1КМ1

М

КМ2

rу1

КМ3 rу2

КМ1.1

Рис. 3.2. Схема пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в две ступени в функции скорости

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки «ПУСК» – SВ1, что приводит к включению линейного контактора КМ1 и подключению двигателя к сети. Двигатель начинает разгоняться с полностью включённым пусковым резистором в цепи якоря r1 +r2. По мере разгона двигателя растёт его ЭДС и соответственно растёт напряжение на катушках контакторов КМ2 и КМ3. При скорости двигателяΩ1 включается контактор КМ2 и закорачивает первую ступень пускового резистораr1; при скоростиΩ2 включается контактор КМ3 и закорачивает вторую ступень пускового резистораr2. Двигатель выходит на естественную характеристику. Пуск заканчивается в точке установившегося режима, где момент двигателя равен статическому моменту при пуске.

51

Остановка двигателя происходит при нажатии на кнопку «СТОП» – SВ2. При этом отключается линейный контакт КМ1 и отключает двигатель от сети.

3.2.2. Управление в функции времени

Управление в функции времени требует контроля времени разгона двигателя на каждой ступени пуска с последующим воздействием на соответствующий аппарат. Контроль времени в таких схемах осуществляется с помощью реле времени, которые управляют контакторами ускорения. По принципу действия реле времени подразделяются на механические, электромагнитные, электронные, полупроводниковые, пневматические и т.д.

Для автоматизации пуска двигателей постоянного тока в функции времени чаще всего применяются электромагнитные реле времени двух типов: электромагнитные реле времени, выдержка времени которых создаётся за счёт спадания магнитного потока в катушке при закорачивании её после снятия напряжения, и электромагнитные реле времени, выдержка времени которых достигается за счёт применения медной гильзы, надеваемой на сердечник реле, играющей роль замкнутого контура, в котором наводится ток, препятствующий быстрому спаданию магнитного потока после снятия с катушки напряжения. Такие реле могут иметь контакты, имеющие выдержку времени только при отключении реле.

На рис. 3.3 показана схема типового узла пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в функции времени в две ступени. На схеме: КТ1 – реле времени с медной гильзой на сердечнике; КТ2 – без гильзы.

При подаче напряжения на схему происходит возбуждение двигателя

ивключение реле времени КТ1, которое размыкает без выдержки времени контакт в цепи контакторов ускорения КМ1–КМ2,исключая их включение

ивыведение пусковых резисторов r1,r2 до пуска двигателя.

52

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки «ПУСК» – SВ1, что приводитквключениюлинейногоконтактораКМ1 иподключениюдвигателяк сети.

КМ1.2

КТ1

КМ1.3

КМ2

КТ1

КМ3 КТ2

Рис. 3.3. Схема пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в две ступени в функции времени

Двигатель начинает разгоняться с полностью включённым пусковым резистором в цепи якоря r1 +r2. Кроме того, контактор КМ1 размыкает вспомогательный контакт КМ1.2 в цепи реле времени КТ1. Оно отключается и с выдержкой времени, равной времени разгона на первой ступени пуска, замыкает контакт в цепи контакторов ускорения КМ2, КМ3. Однако включается только контактор КМ2, закорачивает первую ступень пускового резистораr1, и двигатель переходит на вторую искусственную характеристику, продолжая разгоняться по ней. Контактор КМ3 не включается, так как

53

studfiles.net

Работа и схемы электродвигателей постоянного тока

Моторы, работающие на постоянном токе редко встречаются в домашнем хозяйстве. Но они всегда стоят во всех детских игрушках, работающих от батареек, которые ходят, бегают, ездят, летают и т. п. Двигатели постоянного тока (ДПТ) устанавливаются в автомобилях: в вентиляторах и различных приводах. Они почти всегда используются на электротранспорте и реже в производстве.

Преимущества ДПТ по сравнению с асинхронными моторами:

• Хорошо поддаются регулировке.
• Отличные пусковые свойства.
• Частоты вращения могут быть более 3000 об/мин.

Недостатки ДПТ:

1. Низкая надежность.
2. Сложность изготовления.
3. Высокая стоимость.
4. Большие затраты на обслуживание и ремонт.

Далее Я постараюсь кратко и доступно в одной статье изложить схемы, принципы работы, регулировки и реверса двигателей постоянного тока.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

Устройство двигателя аналогично синхронным двигателям переменного тока. Повторяться не буду, если не знаете, тогда смотрите в этой нашей статье.

Любой современный электромотор  работает на основе закона магнитной индукции Фарадея и «Правила левой руки».  Если к нижней части обмотки якоря подключить электрический ток в одном направлении, а к верхней- в обратном- он начнет вращаться. Согласно правилу левой руки, проводники, уложенные в пазах якоря, будут выталкиваться магнитным полем обмоток корпуса ДПТ или статора.

Нижняя часть будет выталкиваться вправо, а верхняя – влево, поэтому якорь начнет вращаться до момента пока части якоря не поменяются местами. Для создания непрерывного вращения необходимо постоянно менять местами полярность обмотки якоря. Чем и занимается коллектор, который при вращении коммутирует обмотки якоря.  Напряжение от источника тока подается на коллектор при помощи пары прижимных графитовых щеток.

Принципиальные схемы электродвигателя постоянного тока

Если двигатели переменного тока довольно просто подключаются, то с ДПТ все сложнее. Вам необходимо знать марку мотора, и затем в интернете узнавайте про его схему включения.

Чаще всего у средних и мощных моторов постоянного тока есть в клеммной коробке отдельные выводы от якоря и от обмотки возбуждения (ОВ). Как правило, на якорь подаётся полное напряжение электропитания, а на обмотку возбуждения -регулируемый ток реостатом или переменным напряжением. От величины тока ОВ и будут зависеть обороты ДПТ. Чем он выше, тем быстрее скорость вращения.

В зависимости от того как подключен якорь и ОВ, электродвигатели бывают с независимым возбуждением от отдельного источника тока и с самовозбуждением, которое может быть параллельным, последовательным и смешанным.

На производстве применяются двигатели с независимым возбуждением ОВ, которая подключается к отдельному от якоря источнику питания.  Между обмотками возбуждения и якоря нет электрической связи.

Схема подключения с параллельным возбуждением по своей сущности аналогична схеме с независимым возбуждением ОВ. С той лишь разницей, что отпадает необходимость в использовании отдельного источника питания.  Двигатели при включении по обоим этим схема обладают одинаковыми жесткими характеристиками, поэтому применяются в станках, вентиляторах и т. п.

Моторы с последовательным возбуждением применяются, когда необходим большой пусковой ток, мягкая характеристика. Они применяются а трамваях, троллейбусах и электровозах. По этой схеме обмотки возбуждения и якоря подключаются между собой последовательно.  При подаче напряжения токи в обоих обмотках будут одинаковы. Главный недостаток заключается в том, что при уменьшении нагрузки на вал меньше 25% от номинала, происходит резкое увеличение частоты вращения, достигающее опасных для ДПТ значений. Поэтому для безотказной работы необходима постоянная нагрузка на вал.

Иногда применяются ДПТ со смешанным возбуждением, при котором одна обмотка ОВ соединяется последовательно якорной цепи, а другая параллельно.  В жизни редко встречается.

Реверсирование двигателей постоянного тока

Что бы изменить направление вращение ДПТ с последовательным возбуждением необходимо поменять направления тока в ОВ или обмотке якоря. Практически, это делается изменением полярности: меняем плюс с минусом местами. Если же поменять одновременно полярность в цепях возбуждения и якоря, тогда направление вращения не изменится. Аналогично делается реверс и для моторов, работающих на переменном токе.

Реверсирование ДПТ с параллельным или смешанным возбуждением лучше производить изменением направления электрического тока в обмотке якоря. При разрыве обмотки возбуждения, ЭДС достигает опасных величин и возможен пробой изоляции проводов.

Регулирование оборотов двигателей постоянного тока

ДПТ с последовательным возбуждением проще всего регулировать переменным сопротивлением в цепи якоря. Регулировать можно только на уменьшение числа оборотов в соотношении 2:1 или 3:1. При этом происходят большие потери в регулировочном реостате (R рег). Данный метод используется в кранах и электрических тележках, у которых бывают частые перерывы в работе. В других случаях используется регулировка оборотов вверх от номинала при помощи реостата в цепи обмотки возбуждения, как показано на правом рисунке.

ДПТ с параллельным возбуждением так же можно регулировать частоту оборотов вниз при помощи сопротивления в цепи якоря, но не более 50 процентов от номинала. Опять же будет нагрев сопротивления из-за потерь электрической энергии в нем.

Увеличить же обороты максимум в 4 раза позволяет реостат в цепи ОВ. Самый простой и распространенный метод регулировки частоты вращения.

На практике в современных электромоторах данные методы регулировки из-за своих недостатков и ограниченности диапазона регулирования редко применяются. Используются различные электронные схемы управления.

jelektro.ru

Мостовая схема управления двигателем постоянного тока

Мостовая схема управления двигателем постоянного тока

При конструировании робота желательно наличие простой схемы управления его включением и выключением. Кроме того, необходима схема реверса направления вращения двигателя. Таким требованиям удовлетворяет мостовая схема управления.

Необходимо понимать, что термин «двигатель постоянного тока» относится также к двигателям, снабженным редукторами или имеющим редукторную головку.

Мостовая схема состоит из четырех транзисторов (некоторые используют МОП полевые транзисторы. Я использую биполярные Дарлингтоновские NPN транзисторы). В некоторых схемах используются транзисторы PNP и NPN проводимости. В любом случае транзисторы используются в ключевом режиме (см. рис. 4.16А). Когда ключи SW1 и SW4 закрыты, двигатель вращается в одном направлении. Когда закрыты ключи SW2 и SW3, двигатель вращается в противоположном направлении.

Рис. 4.16. Мостовая схема на переключателях

При правильной коммутации ключей мы можем изменить направление тока, протекающего через двигатель, на противоположное, что вызовет изменение направления вращения вала двигателя. Транзисторная схема моста, управляющего двигателем, показана на рис. 4.17. Подобная схема использована в гл. 5 в схеме сенсора робота-тестера.

Рис. 4.17. Мостовая схема на транзисторах

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

Типовые схемы управления приводами с двигателями постоянного тока

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Электрооборудование строительных машин

Схема управления двигателем постоянного тока с параллельным, возбуждением (рис. 74). Якорь двигателя включается контактами контакторов 1В и 2В или 1Н и 2Н. Последовательно с якорем включаются пусковые сопротивления, являющиеся в данной схеме одновременно регулировочными. Каждая пусковая ступень может быть зашун тирован а соответствующим контактом контакторов ускорения 1У, 2У и ЗУ. Включение якорной цепи осуществляется контактом линейного контактора Л. Параллельно якорю двигателя посредством з. к. контактора Т подключается сопротивление динамического торможения. Кроме того, параллельно якорю присоединяется катушка реле динамического торможения РДТ. Обмотка возбуждения двигателя ОВ при отключении от сети замыкается на разрядное сопротивле-

Пуск двигателя «Вперед» осуществляется путем включения контактов командоконтроллера К1, К2, К4, К5 и Кб. При этом включаются линейный контактор Л, контакторы 1В, 2В и двигатель подключается в сеть

через пусковое сопротивление. После срабатывания контактора Л катушка реле ускорения 1РУ теряет питание. Одновременно через замыкающий бло-7 кировочный контакт 1В подается питание на К4, К5 и Кб. Контактор ускорения 1У срабатывает через интервал, определяемый выдержкой времени реле 1РУ. После срабатывания контактора 1У накоротко замыкается, катушка реле ускорения 2РУ, которая находилась под напряжением, равным падению напряжения на первой ступени пускового со-контактах К5 и Кб времени замыкаются лучает питание. Контактор Т, сработав, замыкает якорь двигателя на сопротивление и двигатель переходит в режим динамического торможения, которое заканчивается при 10—20% номинальной скорости двигателя.

Рис. 74. Схема управления двигателем постоянного тока парал-лельного возбуждения

При замкнутых последовательно с выдержкой контакты 2РУ и ЗРУ, которые соответственно включают катушки контакторов ускорения 2У и ЗУ; эти контакторы шунтируют своими контактами ступени ускорения. Двигатель будет работать на естественной характеристике. Включение двигателя для работы «Назад» производится поворотом рукоятки командоконтроллера в направлении, противоположном направлению при пуске вперед. Процесс пуска при этом протекает аналогично.

Во время работы двигателя реле РДТ находится под напряжением, замыкающий контакт РДТ в цепи катушки контактора Т закрыт, но в это время один из размыкающих контактов 2Н или 2В открыт. При отключении двигателя от сети контакты 2В или 2Н закрываются и, так как закрыт контакт РДТ, катушка контактора Т по-

Защита двигателя осуществляется максимальным реле РМ и реле напряжения РН.

Схема управления двигателем постоянного тока, работающим в системе генератор — двигатель (рис. 75). Рассматриваемая схема обеспечивает работу двигателя для одного направления вращения и позволяет производить торможение в режиме генераторного торможения с отдачей энергии в сеть при остановке привода.

Пуск двигателя начинается с подключения цепи управления к источнику постоянного тока. Вследствие подачи питания к цепи управления реле РОП срабатывает и закрывает свои замыкающие контакты в цепи кнопки «Пуск». Далее включается приводной двигатель АД генератора Г. Для включения рабочего двигателя Д нажимают на кнопку «Пуск». При нажатии на эту кнопку замыкается цепь, в которой находятся реле 1РП, реле РМ, контакт реле РОП и кнопка «Стоп»

Обмотка контактора 2Л включается автоматически (поскольку обмотка реле 1РП замкнет свой контакт в цепи катушки 2Л), в результае чего включается и контакты контактора 2Л. Одновременно под напряжением окажется обмотка реле РУП.

Контактор 2Л подключает обмотку возбуждения генератора ОВГ к источнику постоянного тока. В обмотке ОВГ возникает ток, а на зажимах генератора э. д. с. В Цепи якорей двигателя и генератора будет проходить ток. Двигатель разгоняется до скорости, обусловленной положением движка реостата РВГ, регулирующего величину тока возбуждения генератора.

Реле РУП имеет две обмотки: одну — последовательную, включенную в цепь якоря двигателя, и другую — параллельную, подключенную к источнику постоянного тока. Намагничивающие силы, создаваемые этими обмотками, направлены встречно. Пока ток в цепи якоря не превосходит допустимого значения, якорь реле удерживается за счет действия параллельной обмотки; при этом замыкающие контакты реле замкнуты и в цепи ОВГ включена только часть сопротивления РВГ, заключенная между точками а и б. Если ток якоря превосходит допустимое значение, то н. с. (намагничивающая сила) последовательной обмотки нейтрализует н. с. параллельной обмотки и якорь реле отпадает. Замыкающие контакты реле РУП ра‘змыкаются, в цепь обмотки возбуждения вводится все сопротивление реостата РВГ. В результате этого уменьшается темп нарастания э. д, с. генератора, дальнейшее увеличение тока якоря предотвращается.

Рис. 75. Схема управления двигателем постоянного тока в системе Г—Д

Для остановки двигателя нажимают на кнопку «Стоп». При этом параллельная катушка реле РУП теряет питание. Контакты реле размыкаются, и в обмотку возбуждения генератора вводится все сопротивление РВГ. Поскольку обмотка возбуждения остается включенной (питание катушки контактора 2JJ осуществляется в этом случае через контакты реле 2РП), ток в ней начинает убывать. Электродвижущая сила генератора уменьшается и, когда она окажется меньше э. д. с. двигателя, возникнет режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть. Двигатель начнет останавливаться. При снижении напряжения генератора до определенного значения отпадает якорь реле 2РП. Его замыкающие контакты отключают обмотку контактора 2Л, что приводит к тому, что замыкающие контакты 2Л отключат ОВГ от сети постоянного тока, а размыкающие Замыкаются и подсоединяют эту обмотку к якорю генератора. Вследствие изменения полярности напряжения на обмотке ОВГ ток возбуждения и э. д. с. генератора уменьшаются до нуля и двигатель останавливается.

Ограничение тока якоря в допустимых пределах при торможении осуществляет реле РУП. При опасных значениях тока это реле срабатывает и своими замыкающими контактами в цепи обмотки возбуждения генератора замыкает накоротко часть сопротивления РВГ.

Разрядное сопротивление Rp предохраняет обмотку возбуждения от перенапряжений в момент ее отключения. Реле максимального тока РМ отключает двигатель при возникновении в цепи яморя токов короткого замыкания.

Читать далее: Блокировочные связи в схемах управления электроприводами

Категория: - Электрооборудование строительных машин

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Схемы управления двигателями постоянного тока

Типовые схемы релейно-контакторного управления (РКУ) двигателями постоянного тока (ДПТ) обеспечивают ав­томатический пуск, реверсирование и ступенчатое регулирова­ние скорости вращения ДПТ, автоматическое электрическое торможение.

На рис. 17.17 представлена типовая схема РКУ, обес­печивающая пуск ДПТ в функции независимой выдержки времени в три ступени, регулирование скорости ослаблением магнитного потока, динамическое торможение в функции ЭДС, защиту от коротких замыканий, обрыва поля ДПТ, от само-шпуска после исчезновения и появления напряжения. Управ­ляется схема командоконтроллером SA, имеющим секции и четыре положения — нулевое и три рабочих.

Типовые ЭП с силовыми промежуточными магнитными усилителями (ПМУ) используются для САР механизмов по­дачи металлорежущих станков и иных механизмов, требующих обеспечение диапазона регулирования скорости до 100:1. ПМУ (рис. 17.18, а) включает пары силовых обмоток w, встречно-параллельно включенные в каждую фазу вентили В1, к которым подключается мостовой выпрямитель В2. Обмотка якоря Д подключена к зажимам выпрямителя В2, а обмотка возбуж­дения питается от отдельного выпрямителя, не показанного в схеме. Фазные силовые обмотки располагаются на отдельных замкнутых сердечниках, охваченных обмотками управления и обратных связей wi и смещения щ.

Регулирование напряжения происходит путем намагничива­ния сердечников ПМУ, что изменяет индуктивное сопротивле­ние рабочих обмоток. Чем больше намагничивающий ток об­мотки управления, тем меньше сопротивление рабочих обмоток и больше выходное напряжение ПМУ, т.е. напряжение на якоре и, следовательно, скорость двигателя.

Принцип действия замкнутой САР сводится к следующему. Задающее напряжение Uj снимается с задающего потен­циометра ПЗ, сравнивается с напряжением Uqq тахоге-нератора 77". Результирующее напряжение подается на вход транзисторного усилителя с диодным ограничителем Д1, Д2. Выходной сигнал усилителя поступает на обмотку управления, ток которой определяет величину выходного постоянного напряжения ПМУ. Обмотка смещения служит для линеариза­ции начального участка характеристики ПМУ «вход-выход», т.е. зависимости тока рабочей обмотки от тока управления усилителя.

Механические характеристики замкнутой САР с ПМУ пред­ставлены на рис. 17.16, 6.

Тиристорные ЭП постоянного тока. Используются для ме­ханизмов с широким диапазоном регулирования скорости, не­обходимостью ограничения моментов и токов двигателя и др. На рис. 17.19 представлена схема комплектного тиристорного ЭП серии ЭТЗР с ДПТ серии ПБСТ либо 4ПО (4ПФ). Замкнутая САР с отрицательной обратной связью по скорости и нелиней­ной — по току обеспечивает высокую жесткость механических характеристик в диапазоне регулирования 2000:1, ограничение тока якоря и момента на валу ДПТ.

Силовые цепи реверсивного тиристорного преобразователя ТП состоят из двух вентильных групп (Т1,ТЗ, Г5) и {Т2,Т4,Т6}, уравнительных реакторов Др1 и Др2, сглаживающего дрос­селя ДрЗ.

Задающее напряжение U подается на узел сравнения с диодным ограничителем Д302, куда подается также напряже­ние обратной связи по скорости U. Результирующее напряже­ние поступает на вход усилителя БУ, куда подается также пилообразное напряжение блока БУК Их разность определяет угол управления тиристорами, выходное напряжение ТП и, следовательно, скорость вращения ДПТ.

Необходимая жесткость механических характеристик во всем диапазоне обеспечивается жесткой отрицательной обрат­ной связью по скорости, осуществляемой посредством тахогенератора ТП В схеме предусмотрены токовая отсечка (реле РП1 и РП2) и упреждающее токоограничение, что обеспечивает пуск ЭП с неизменным током якоря, равным току упора (1,5—2 I), и максимальную токовую защиту.

ЭП постоянного тона с микропроцессорным управлением

Для перемещения и точного позиционирования рабочих органов робототехнических механизмов используются электроприводы с микропроцессорным управлением (ЭПМПУ). Схема типового ЭПМПУ с аналогово-цифровыми узлами представлена на рис. 17.20.

ДПТ М питается от реверсивного преобразователя на тиристорах VS1—VS6 и VS7—VS12. М связан с рабочим орга­ном, тахогенератором ТГи датчиком положения ДП. Контроль тока якоря осуществляется датчиком тока ДТ.

Рис. 17.19, Схема комплектного тиристорного ЭП серии ЭТЗР

ЭПМПУ построен по принципу подчиненного регулирования координат рабочего органа. Имеет обратные связи по скорости {ТГ и регулятор скорости PQ и току {ДТ и регулятор тока РТ). Стабилитроны VD1,VD2 обеспечивают ограничение сис­темой тока и момента ДПТ.

Микропроцессорная система включает микропроцессор МП, устройства памяти ОЗУ и ПЗУ, устройства сопряжения УС1— УСЗ, цифровой датчик положения ДП, цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, обеспечивающий выходной сигнал за­дания скорости. Сигнал задания положения подается с терми­нала положения Г через УСЗ. Оптимальный график движения ЭП записывается в ПЗУ и определяет работу цифрового регу­лятора.

Выходное напряжение управления U регулятора поступает на систему импульсно-фазового управления СИФУ, которая определяет напряжение 777 и скорость вращения М.

В качестве МП-системы используются серийные микроЭВМ, либо программируемые контроллеры типа «Электроника К1-20»

и Др.

www.proelectro2.ru

• 
  Шестерня ведомая
• 
  Устройство козлового крана
• 
  Специальный горный трактор
• 
  Характеристики асинхронного двигателя
• 
  Система охлаждения это
• 
  Правила получения и подачи воздушно механической пены
• 
  Мерседес віто
• 
  Резина из чего сделана
• 
  Устройство гидромотора
• 
  Культиватор кон 2 8
• 
  Даф хф