Релейно-контакторные системы управления

Под термином «релейно-контакторные системы управления» (РКСУ) понимают логические системы управления, построенные на релейно-контакторной элементной базе и предназначенные для автоматизации работы двигателей. С помощью РКСУ автоматизируют следующие операции: включение и отключение двигателя; выбор направления и скорости вращения; пуск и торможение двигателя; создание временных пауз в движении; защитное отключение двигателя и остановка механизма. Данные операции необходимы для выполнения движения рабочего органа механизма по технологическим условиям.

Непосредственный объект управления для РКСУ — это двигатель, питаемый от сети. Электропривод, выполненный на такой основе, представляет собой простой нерегулируемый электропривод, в основном общепромышленного применения (например, электропривод кранов, тихоходных лифтов, конвейеров, компрессоров, вентиляторов, насосов, некоторых транспортных устройств и т. п.). Некоторые технические характеристики релейно-контакторной аппаратуры приведены далее:

Быстродействие:

время срабатывания, с 0,005…0,1.

частота включений, ч^-1:

для контакторов 600…1200.

для реле 1200…3600.

Потребляемая мощность, В • А:

для контакторов 5…50.

для реле 0.2…5.

Срок службы (общее число включений) 10⁶…10⁷

Достоинства РКСУ —наличие гальванической развязки цепей; значительная коммутационная мощность; высокая помехоустойчивость; возможность использования единого источника питания для силовых и управляющих цепей.

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

В составе РКСУ можно выделить по функциональному назначению две части: управляющую (формирующую алгоритм управления, включающую различные реле) и исполнительную, непосредственно осуществляющую управляющие воздействия на двигатель (контакторы, магнитные пускатели). В РКСУ входят типовые узлы, выполняющие определенные функции. Помимо них участвуют нетиповые узлы для решения конкретной технологической задачи, например узел защиты рабочего органа от пробуксовки приводного шкива, превышения скорости и т. п.

Рис. 3.6. Схема силовой части узла пуска по принципу времени.

Рис. 3.7. Схема цепей управления узла пуска по принципу времени.

На рисунке 3.6 приведен пример выполнения силовой части типового узла пуска в три ступени, реализующего принцип времени. Пусковые резисторы Rl, R2, R3 якорной цепи двигателя постоянного тока коммутируются контакторами К М3−1, КМ3−2, КМ3−3. Электромагнитные реле времени постоянного тока КТ1, КТ2, КТЗ создают рассчитанные выдержки времени для переключения пусковых резисторов, обеспечивая поддержание постоянным требуемого ускорения.

В схеме управления узла пуска по принципу времени (рис. 3.7) блок-контакты КМ1 и КМ2 замкнуты, обеспечивая срабатывание реле времени КТ1, которое размыкает свой контакт в цепи катушки магнитного пускателя КМЗ-1, подготавливая схему автоматическому пуску по принципу времени при срабатывании одного из магнитных пускателей КМ1 или КМ2.

На рисунке 3.8 приведен пример выполнения узлов пуска и торможения противовключением по принципу тока. В силовую.

Рис. 3.8. Схема узлов пуска и торможения по принципу тока цепь двигателя включены токовые реле пуска КЛ1 и торможения КА4. При включении контактора КМ1 или КМ2 в первую очередь вступает в работу узел торможения включением контактора КМ4, шунтирующего тормозной резистор R1 и реле КА4. Замыкание контакта КМ4 в цепи пусковых контакторов дает разрешение на работу узла пуска. Промежуточные реле КО и К1 исключают подачу напряжения на катушки контакторов КМ4 и КМ3−2 до момента полного отпускания реле КЛ4 и КА1.

Важнейшая типовая функция РКСУ — защита электрической и механической частей электропривода от аварийных режимов. Задача узла защиты — отключить двигатель от источника питания и остановить рабочий орган производственной машины. Аварийные режимы в электрических цепях двигателя были рассмотрены ранее.

Аварийные режимы в механической части электропривода. К. числу аварийных режимов в механической части электропривода относят: превышение допустимого момента в механической передаче (заклинивание механизма); расцепление рабочего органа (РО) с валом двигателя; превышение допустимой скорости двигателя или РО; выход РО за пределы зоны допустимых перемещений.

Перечень типовых аварийных режимов и соответствующих средств защиты от них приведен в таблице 3.3.

3.3. Аварийные режимы и средства защиты.

Электрическая часть

Короткие замыкания; перегрузка сиБыстродействующие автоматы; плавкие ловых цепей по нагреву предохранители; реле максимального тока; тепловое реле Перебои в электроснабжении; недоНулевая блокировка; реле минимальнопустимое снижение напряжения в го напряжения; реле минимального тока сети.

Механическая часть

Перегрузка механизма по моменту Муфта предельного момента; предохра- (заклинивание) нительная шпонка Расцепление рабочего органа с валом Двойная тормозная система двигателя Превышение допустимой скорости Реле максимальной скорости рабочего органа Выход рабочего органа за пределы Защитные путевые выключатели зоны допустимых перемещений В подъемно-транспортных установках с активным моментом нагрузки защиту от аварийного режима выполняют установкой тоомозной системы непосредственно на РО.

Рис. 3.9. Принципиальная электрическая схема реверса асинхронного двигателя.

Остановимся на некоторых часто встречающихся в практике схемах.

Реверс асинхронного двигателя. Принципиальная электрическая схема для этого случая приведена на рисунке 3.9. Особенность схемы — наличие электрической блокировки, которая выполнена на размыкающихся блокконтактах К1:2 и К2 :2 в цепи питания катушек магнитных пускателей К1 и К2. При срабатывании пускателя Kit го размыкающий блок-контакт К1:2 разрывает цепь катушки пускателя К2, исключая их совместную работу. Чтобы двигатель выполнил реверс, следует нажать кнопку S1, тогда обесточится катушка пускателя К1 и блок-контакт К1:2, замыкаясь, подготовит электрическую цепь для питания катушки пускателя К2. При нажатии кнопки S3 сработает магнитный пускатель К2 и силовыми контактами подключит электродвигатель Ml к трехфазной сети переменного тока, предварительно изменив чередование двух фаз. Блок-контакты К2:2 выполняют в схеме функции, аналогичные К1:2.

Динамическое торможение асинхронного двигателя. Работу электрической схемы (рис. 3.10) можно разделить на два этапа: пуск асинхронного двигателя и динамическое торможение. На первом этапе включают автомат QF1, нажимают кнопку S2 (пуск), при этом срабатывает пускатель К1 и подключает двигатель Ml к трехфазной сети, приводя его во вращение. Замыкающий блок-контакт К1: 1 шунтирует кнопку S2, размыкающий блок-контакт К1:2 рвет цепь катушки пускателя К2, осуществляя электрическую блокировку, а третий блок-контакт К1: 3 подключает катушку реле времени КЗ к источнику постоянного тока. Реле срабатывает и замыкает контакт КЗ: 1 в цепи катушки К2, включения пускателя К2 не произойдет из-за открытого размыкающего контакта К1:2.

На втором этапе нажимают кнопку 57 (стоп), при этом обесточивается катушка пускателя К7, который отключает двигатель от сети переменного тока. Одновременно блок-контакт К1:1 дешунтирует кнопку S2. Размыкающий блок-контакт К1:2, замыкаясь, включает пускатель К2_У подсоединяющий обмотку статора к источнику постоянного тока. С этого момента начинается режим динамического торможения, длительность которого определяется выдержкой времени реле КЗ. Катушка реле времени КЗ обесточивается блок-контактом К1:3. По истечении выдержки времени контакт КЗ: 7 откроется и разорвет цепь катушки пускателя К2, который отключит источник постоянного тока от статорной обмотки и динамическое торможение прекратится.

В схеме предусмотрена защита от короткого замыкания в силовой цепи автоматом QF1, в цепях управления — предохранителями FI, F2, в цепи источника постоянного тока — предохранителями F3, F4. Защита от перегрузки выполнена на тепловом реле К4. Электрическая блокировка выполнена на размыкающихся блокконтактах К1:2 и К2:7. Резистор R1 предназначен для регулирования постоянного тока в режиме динамического торможения.

Рис. 3.10. Принципиальная электрическая схема динамического торможения асинхронного двигателя

Следует учесть, что в обмотку статора подается пониженное напряжение постоянного тока из расчета, чтобы для получения максимального момента максимальный ток возбуждения достигал трехкратного значения трехфазного тока холостого хода. Тогда напряжение возбуждения будет определяться произведением максимального тока возбуждения на активное сопротивление элементов цепи возбуждения.