Недостатки предохранителей

1) непригоден для защиты от перегрузки из-за слишком большого времени перегорания плавкой вставки при токах перегрузки.

2) разброс защитных характеристик из-за неточности калибровки плавких вставок;

3) при коротком замыкании в трехфазных линиях возможно перегорание одного из трех предохранителей, что может привести к перегрузке трехфазного АД.

Реле максимального тока, их позиционное обозначение FA, катушки этих реле включаются в две фазы трехфазных АД или в один полюс ЭДПТ, размыкающие контакты - в цепь управления пуском двигателя, см. рис. 165. Уставки^* реле максимального тока выбираются так, чтобы не происходило отключение электродвигателей при их пуске или при других переходных процессах, когда токи в силовых цепях в несколько раз превышают номинальные.

Для АД с короткозамкнутым ротором ток срабатывания (уставка тока) определяется:

Іср = (1,2....,1,3) Іп, (344)

где Іп - пусковой ток АД

Для АД с фазным ротором и ЭДПТ:

Іср = (2,....,2,5) Іном, (345)

где Іном - номинальный ток двигателя.

Для защиты цепей управления:

Іср = 2,5 І_åкат (346)

где І_åкат - суммарный ток катушек одновременно работающих

аппаратов управления.

________________________________________________________________

*) Уставка аппарата по воздействующей величине - заданное значение величины срабатывания или несрабатывания, на которое отрегулирован аппарат [ГОСТ 17703-72]

Рисунок 165

6.2.3.2 АППАРАТЫТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ

(ЗАЩИТЫОТ ПЕРЕГРУЗКИ)

Эта защита служит для отключения ЭД или другого потребителя от источника питания, если ток в цепи превышает номинальный на 30-40% и более. В ЭД такие токи приводят к более высокому нагреву изоляции, что может привести к ее разрушению.

Защита от перегрузки при продолжительном режиме работы ЭД может осуществляться с помощью тепловых реле.

Тепловое реле имеет позиционное обозначение КК, его чувствительный элемент (биметаллическая пластина и нагревательный элемент) включается в две фазы трехфазного АД или в один полюс ЭДПТ непосредственно или через трансформатор тока (если ток ЭД превышает номинальный ток теплового реле).

Размыкающие контакты теплового реле включаются в цепь управления ЭД, т.е. схема такая же, как на рис. 165. Действие теплового реле основано на эффекте изгибания биметаллической пластины при ее нагревании за счет различных температурных коэффициентов линейного расширения образующих ее металлов. Наиболее часто в ЭП применяются тепловые реле типа ТРН, ТРП, ТРТП, РТЛ.

Цифра, стоящая в марке после букв, обозначает наибольший номинальный ток сменного нагревателя, который может быть установлен в тепловом реле. Например, в ТРН-40 могут быть установлены сменные нагреватели на разные номинальные токи, но не более чем на 40 А. Максимальный ток продолжительного режима работы реле по отношению к номинальному току обычно от 1 до 1,25.

Ток уставки (ток несрабатывания) теплового реле может регулироваться либо специальным регулятором, либо сменой нагревательного элемента.

Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле должен быть равным или несколько большим номинального тока двигателя:

Ін.э. = (1,...,1,15) Іном (347)

При токе 1,2 Іном время срабатывания теплового реле около 20 мин. Более чувствительная защита ЭД от перегрузки осуществляется терморезисторами, которые встраиваются между витками обмотки статора.

При работе ЭП в повторно-кратковременном режиме S3 процессы нагрева теплового реле и двигателя различны и поэтому защита ЭД от перегрузок должна осуществляться при помощи реле максимального тока FA.

Рисунок 166

Ток срабатывания реле максимального тока выбирается из соотношения:

Іср.рмт = (1,2...,1,3) Іном (348)

где Іном - номинальный ток ЭД.

Однако поскольку ток уставки (срабатывания) реле максимального тока в этом случае меньше пускового тока ЭД, то при его пуске контакты токового реле должны на время пуска шунтироваться контактами реле времени, как показано на рис.166. Реле времени КТ должно быть настроено так, чтобы его контакт КТ размыкался после окончания процесса пуска двигателя, когда ток двигателя упадет и реле максимального тока отпустят,т.е. их контакты в цепи управления замкнутся.

6.2.3.3 АППАРАТЫКОМБИНИРОВАННОЙ ЗАЩИТЫ

К этим аппаратам относятся автоматические воздушные выключатели (установочные автоматы), они служат для коммутации электрических цепей находящихся под нагрузкой и для отключения их при нормальном и аварийных режимах.

Воздушными они называются потому, что в них, в отличие от предохранителей, не применяется какой-либо специальной среды для гашения электрической дуги (дуга гасится в воздухе).

Автомат может отключаться вручную или дистанционно с помощью электромеханического привода. Защита от токов короткого замыкания осуществляется специальным реле максимального тока, которое называется электромагнитным расцепителем.

При коротком замыкании в цепи подвижный сердечник в катушке расцепителя под действием тока большего тока уставки расцепителя нажимает на защелку и под действием пружины контакты автомата размыкаются (см.рис.167), т.е. происходит отсечка.

ТР - тепловой расцепитель; ГК - главные (силовые) контакты;

Rш - шунт; П - пружина;

НЭ - нагревательный элемент РМН - расцепитель минимального напряжения;

БП - биметаллическая пластина; З - защелка;

ЭМР - электромагнитный расцепитель; НР - независимый расцепитель.

ВК - вспомогательные контакты;

Рисунок 167 - Упрощенное устройство автомата.

При протекании в электрической цепи защищаемой автоматом тока перегрузки, нагревательный элемент (НЭ) теплового расцепителя (см.рис. 167) нагревает биметаллическую пластину БП, которая изгибается и нажимает на защелку 3, через которую происходит размыкание контактов автомата как главных ГК, так и вспомогательных ВК.

Еще в автоматах может применяться расцепитель минимального напряжения РМН, в катушку которого втягивается сердечник при подаче на нее напряжения. Если напряжение уменьшится до (0,3-0,5)Uном, то под действием пружины П сердечник РМН нажимает на защелку, т.е. размыкаются контакты автомата.

Независимый расцепитель НР устанавливается в некоторые автоматы и служит для дистанционного отключения автомата кнопкой SB.

Позиционное обозначение автомата в силовой цепи - QF, в цепях управления, сигнализации - SF.

Ток срабатывания ЭМР выбирается из условия недопустимости срабатывания расцепителя при пусковых токах ЭД.

Для защиты одиночных ЭД: Іср. эмр = 1,2 Іп; (349)

где Іп - пусковой ток ЭД

Для защиты группы ЭД: Іср. эмр = 1,5 Іпик; (350)

где Іпик - см. (340)

Для защиты цепей управления см. (346)

Номинальный ток теплового расцепителя (ток уставки ТР) определяется из соотношения

Іном тр = (1 - 1,15) Іном (351)

где Іном - номинальный ток защищаемой цепи.

Если в автомате имеется два и более расцепителей, то он называется автоматом с комбинированным расцепителем (универсальные автоматы).

Под установочными понимают автоматы, которые имеют лишь ТР и ЭМР, т.е. предназначены лишь для защиты электроустановок от перегрузок и коротких замыканий.

6.2.3.4 АППАРАТЫНУЛЕВОЙ ЗАЩИТЫ

Нулевая защита служит для предотвращения самозапуска ЭД при внезапном исчезновении напряжения сети или при его значительном уменьшении.

Если схема управления ЭД и его силовая схема запитываются от одного источника электроэнергии, то нулевая защита обеспечивается самими аппаратами управления.

Если же схема управления ЭД питается от отдельного источника, то при пропадании напряжения только в силовой цепи ЭД, линейный контактор КМ (см.рис.168) останется включенным, т.е. его силовые контакты будут оставаться замкнутыми, и тогда при появлении напряжения в силовой цепи ЭД самозапустится, чего не должно быть по соображениям техники безопасности.

В этом случае нулевая защита выполняется с помощью реле напряжения FU, катушка которого подключается между линейными проводами питания силовой цепи, а замыкающие контакты этого реле ставятся в цепь управления. При пропадании напряжения в силовой цепи эти контакты размыкают цепь управления.

Рисунок 168 - Нулевая защита.

6.2.3.5 АППАРАТЫБЛОКИРОВКИ И СИГНАЛИЗАЦИИ

Электрические блокировки в схемах ЭП необходимы для предотвращения нештатных и аварийных ситуаций, неправильных действий оператора, для обеспечения заданной последовательности операций.

Электрические блокировки осуществляются либо с помощью специальных электрических аппаратов (например с помощью конечных выключателей, двухцепных кнопок управления и др.), либо с помощью отдельных элементов аппаратов управления (замыкающих или размыкающих контактов, гальванических связей и др.), либо специальными схемными решениями.

Конкретные виды блокировок будут рассматриваться далее в изучаемых схемах управления ЭП.

Сигнализация в схемах управления ЭП осуществляется для контроля хода технологического процесса, состояния защиты ЭП, наличия напряжения питания или какого-либо электрического сигнала.

Сигнализация может быть световой (когда для индикации состояния ЭП применяются такие оконечные устройства как сигнальные лампы HL, табло, светодиоды), звуковой (для индикации состояния ЭП применяются звонки, сирень), визуальной (для информации о состоянии ЭП применяются указательные реле, измерительные приборы).

Подача напряжения на вышеприведенные оконечные устройства сигнализации может производиться как непосредственно, так и через контакты промежуточных реле либо через вспомогательные контакты контакторов.

6.3 ВЫБОР АППАРАТУРЫАСУ ЭП

6.3.1 ВЫБОР АППАРАТУРЫРУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ производится:

1) по мощности из условия Рном ап. > Рраб.ц. (352)

где Рном ап. - номинальная мощность аппарата;

Рраб.ц. - мощность передаваемая по рабочей цепи;

2) по роду и величине напряжения из условия

Uном ап. > Uраб.ц. (353)

3) по роду и величине тока из условия:

Іном ап. > Іраб.ц. (354)

при этом следует учитывать, что Uном ап. и Іном ап -предельные значения, поэтому в первую очередь необходимо исходить из условия мощности (352).

6.3.2 ВЫБОР АППАРАТУРЫДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

осуществляется:

1) по роду и величине напряжения (тока) главной (силовой) цепи;

2) по роду и величине напряжения (тока) цепи управления;

3) по коммутационной способности контактов (гарантированному числу размыканий и замыканий) и их количеству;

4) по допустимой частоте включения;

5) по климатическому исполнению, категории размещения, режиму работы, степени защиты (ІР);

6) по роду входной воздействующей величины (ток, напряжение, мощность);

7) по времени срабатывания и отпускания;

8) по выдержке времени (для реле времени).

Необходимые для расчета тока в цепи управления величины полных сопротивлений катушек некоторых контакторов и электромагнитных реле указаны в табл.8.

Таблица 8

Тип	Zкат Ом	Rкат Ом	Силовые контакты	Напряжение катушки, В
			ток, А	напряжение, В
ПМЕ-011					~220
ПМЕ-111					~220
ПМЕ-211					~220
ПМЕ-211					~220

Продолжение таблицы 8

ПМА-310					~380
ПМЛ-15010					~220
РПУ-2					~220
РВ245 (анкерное)					~220
РВП2			~4 -4	~380 -200	~220

6.3.3 ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ

Выбор аппаратов защиты осуществляется по величине тока и напряжения их главных (силовых) контактов, а также по токам срабатывания или номинальным токам несрабатывания, определяемым из соотношений указанных в подразделе 6.2.3, в зависимости от вида аппарата защиты.

6.3.4 ВЫБОР ПРОВОДОВ

Выбор монтажных проводов осуществляется либо по электротехническим справочникам, например [11,12], либо приближенным методом, который заключается в следующем.

Если провод медный, то при его площади сечения до 4мм², каждый 1мм² провода выдерживает ток 10 А. Если площадь сечения провода более 4мм², то в каждом следующем стандартном сечении допустимый ток снижается на 1 А на каждый мм² сечения. Если провод алюминиевый, то каждый его мм² выдерживает ток 8 А при сечении до 4 мм², а далее допустимый ток уменьшается по той же закономерности, что и для медного.

6.4 СХЕМЫРЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

6.4.1 ВЫПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Электрическая схема объекта управления - это схема показывающая соединения между собой всех входящих в него элементов: ЭД, преобразователей, аппаратов, приборов, усилителей и т.д.

Указанные элементы на схеме обозначаются условными графическими обозначениями (УГО) и позиционными обозначениями, вид и написание которых оговорены в государственных стандартах (ГОСТах) единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Механические детали и сложные кинематические связи в электрических схемах не показываются.

Схемы бывают нескольких видов:

электрические (обозначаются буквой Э),

энергетические (обозначаются - Р),

пневматические (П), гидравлические (Г),

комбинированные (С) и др.

Каждый из видов схем делится на типы. Поскольку в данном предмете рассматриваются лишь электрические схемы, то приводятся типы электрических схем.

Структурная - Э1;

Функциональная - Э2;

Принципиальная (полная) - Э3;

Соединений (монтажная) - Э4;

Подключений (внешних соединений) - Э5;

Общие - Э6;

Расположения - Э7;

Объединенная - ЭО.

УГО вычерчиваются для отключенного положения схемы, т.е. без напряжения на катушках аппаратов и без механических воздействий на аппараты (начальное положение схемы).

Позиционные обозначения, в виде букв и порядкового номера, проставляются рядом с УГО элемента с правой стороны или над ним.

Механические связи, в случае необходимости, показывают штриховыми или двумя параллельными линиями.

6.4.2 ТИПОВЫЕ СХЕМЫРЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Если система управления электроприводом состоит, в основном, из электромеханических аппаратов (реле, контакторов, пускателей), то такая система называется релейно-контакторной.

В основу всего разнообразия релейно-контакторных схем (систем) управления ЭП положены типовые схемы нереверсивного и реверсивного пуска ЭД.

При необходимости выполнения системами управления ЭП все более сложных функций по управлению его координатами, типовые схемы усложняются введением в них все новых элементов (аппаратов, усилителей, датчиков и т.п.)

6.4.2.1 ТИПОВАЯ СХЕМА НЕРЕВЕРСИВНОГО ПУСКА ЭД

Схемы нереверсивного пуска двигателей идентичны как для ЭДПТ, так и для АД. Поскольку асинхронные двигатели составляют примерно 70% от всех применяемых в народном хозяйстве двигателей, то далее будут рассматриваться лишь схемы управления АД.

Рисунок 169 - Типовая схема нереверсивного пуска АД.

Схема изображенная на рис. 169 состоит из двух частей:

1) силовой цепи - в нее входят линии питающие непосредственно фазные обмотки статора АД;

1) цепи управления - по ней подается напряжение на катушку линейного контактора КМ1.

Автомат QF1, имеющий электромагнитный расцепитель, служит для защиты силовой цепи от токов короткого замыкания. Тепловое реле КК (состоит из двух нагревательных элементов) своим размыкающим контактом в цепи управления отключает катушку контактора КМ1 от питания в случае появления в силовой цепи токов перегрузки, т.е. служит для защиты АД от перегрузки.

Контакты линейного контактора КМ1.2, КМ1.3, КМ1.4 - силовые контакты, служат для подачи трехфазного переменного напряжения на обмотку статора АД.

Контакт КМ1.1 - блокировочный, т.е. ставит контактор КМ1 на самоблокировку путем шунтирования кнопки SB2 “Пуск” в момент срабатывания контактора КМ1. Предохранитель FU1 служит для защиты цепи управления от короткого замыкания.

Пуск АД осуществляется нажатием кнопки SB2, при этом ее контакт замыкается и по цепи фаза С - размыкающий контакт кнопки SB1 - замкнутый контакт кнопки SB2 - катушка линейного контактора КМ1 - размыкающий контакт теплового реле КК - предохранитель FU1 - фаза В потечет ток (при условии, что контакты автомата QF1 замкнуты, т.е. на схему подано напряжение). При протекании тока через катушку КМ1, линейный контактор срабатывает, т.е. замкнутся его силовые контакты КМ1.2, КМ1.3, КМ1.4 и подадут ток на обмотку статора АД и двигатель заработает, замкнется также блокировочный контакт КМ1.1, что даст возможность отпустить кнопку SB2 и не смотря на то, что ее контакт разомкнется под действием возвратной пружины, но ток все равно будет поступать на катушку контактора КМ1 через его же блокировочный контакт КМ1.1

Для остановки АД необходимо нажать на кнопку SB1 “Стоп”, ее контакт разомкнется и обесточит цепь управления, линейный контактор КМ1 отпустит, т.е. все его контакты придут в исходное состояние (разомкнутся) из-за чего обмотка статора обесточится и АД остановится.

6.4.2.2 ТИПОВАЯ СХЕМА РЕВЕРСИВНОГО ПУСКА ЭД

Рисунок 170 - Типовая схема реверсивного пуска АД.

Для обеспечения вращения ротора АД как в одну (“Вперед”), так и в другую (”Назад”) сторону, т.е. для обеспечения реверса АД, к типовой схеме нереверсивного пуска добавляется еще один линейный контактор КМ2, напряжение на катушку которого подается через контакт дополнительной кнопки SB3, см.рис. 170. Силовые контакты этого контактора (КМ2.2, КМ2.3, КМ2.4) включаются в силовую цепь так, что при срабатывании КМ2, они меняют местами две любые фазы напряжения подаваемого на обмотку статора АД по сравнению с фазами напряжения подаваемого контактами контактора КМ1. Из-за этого и происходит реверс АД.

Для защиты схемы от нажатия сразу двух кнопок SB2 и SB3 служит электрическая блокировка, реализуемая размыкающими контактами КМ1.5 и КМ2.5.

Действительно, при срабатывании одного из линейных контакторов, другой контактор сработать не может даже при нажатой соответствующей кнопке “Пуск”, поскольку цепь питания его катушки уже разомкнута контактами сработавшего линейного контактора. На английском языке такая блокировка называется fool proof (“фулл-пруф”), что дословно переводится как “защита от перегрузок”. Иногда такая блокировка может реализоваться с помощью двухцепных кнопок когда замыкающий контакт кнопки ставится в цепь одного линейного контактора, а размыкающий в цепь другого и наоборот. В этом случае нажатие одной из кнопок приводит к замыканию цепи одного контактора и одновременному размыканию цепи другого линейного контактора.

В остальном работа типовой реверсивной схемы пуска АД не отличается от работы нереверсивной схемы.

6.4.2.3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С АД, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ПРЯМОЙ ПУСК И ДИНАМИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ

Иногда возникает необходимость быстрой остановки ЭД вращающего исполнительный орган с большим моментом инерции, в этом случае может быть применен метод ввода ЭД в режим динамического торможения. Система управления, обеспечивающая такой режим показана на рис. 171. Здесь типовая схема нереверсивного пуска АД дополняется схемой динамического торможения, в которую входят контактор КМ2, реле времени КТ, диодный мост VД1,...,VД4.

Пуск АД осуществляется нажатием кнопки SB2 (после включения автомата QF1), при этом срабатывает контактор КМ1, подключая своими силовыми контактами АД к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контакта КМ1.3 вызовет срабатывание реле времени КТ, что приведет к замыканию его контакта в цепи контактора торможения КМ2, однако КМ2 не сработает, т.к. перед этим разомкнулся контакт линейного контактора КМ1.2.

Рисунок 171

Для остановки АД с торможением необходимо нажать кнопку SB1, при этом катушка линейного контактора КМ1 обесточится и контактор КМ1 отпустит, т.е. его силовые контакты разомкнутся и отключат обмотку статора АД от сети переменного тока. Одновременно с этим замкнется контакт КМ1.2 в цепи катушки контактора торможения КМ2 и разомкнется контакт КМ1.3 в цепи катушки реле времени КТ. Это приведет к срабатыванию контактора КМ2, поскольку контакт КТ еще будет замкнут, т.к. он разомкнется с выдержкой времени. Замыкание контакта КМ2.2 приведет к подаче в обмотку статора АД постоянного тока от выпрямителя VД1... VД4 через резистор R_т и двигатель перейдет в режим динамического торможения.

Через время, соответствующее времени остановки АД, контакт КТ разомкнется и отключит катушку контактора КМ2 от сети. Контактор КМ2 отпустит, его контакт КМ2.2 разомкнется и прекратит подачу постоянного тока в обмотку статора АД, двигатель остановится. Интенсивность динамического торможения регулируется величиной сопротивления резистора R_т

Для исключения возможности одновременного подключения обмотки статора к источникам переменного и постоянного токов в схеме использована типовая электрическая блокировка с помощью контактов КМ2.1 и КМ1.2.

6.5 СХЕМЫБЕСКОНТАКТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

В таких системах управления вместо электромеханических аппаратов применяются бесконтактные аппараты - тиристоры, транзисторы и др. Рассмотрим схему тиристорного управления электродвигателем, рис. 172.

В этой схеме регулирование величины тока в цепи якоря ЭДПТ НВ, а значит и регулирование частоты вращения якоря, осуществляется тиристором VS.

Как известно, тиристор открывается (т.е. пропускает ток) только при положительных потенциалах как на аноде, так и на управляющем электроде по сравнению с катодом тиристора. При этом действующие значение тока через тиристор определяется углом управления тиристора α, т.е. временем задержки открытия тиристора относительно момента, когда напряжение на его аноде становится положительным.

Сущность этого способа регулирования тока якоря основана на изменении времени момента отпирания тиристора VS (изменении угла α). С этой целью в схеме применена фазосдвигающая цепочка R1С.

Значение управляющего сигнала U_у=U_с и его фазовый сдвиг относительно напряжения U₂ зависят от величины сопротивления R1.

Если R1 полностью введен, т.е. его сопротивление максимально, то значительная часть напряжения U₂ падает на резисторе R1, а напряжение на конденсаторе, т.е. напряжение управления, оказывается недостаточным для создания напряжения, при котором будет открываться тиристор.

С уменьшением сопротивления R1 напряжение управления U_у будет увеличиваться и достигнет значения достаточного для отпирания тиристора VS при положительной полуволне U_2, см график на рис. 172.

О днако напряжение управленияU_у оказывается сдвинутым по фазе относительно U₂ так, что отпирание тиристора происходит в конце положительной полуволны U₂ (угол α на графике рис. 172). Поэтому действующее значение тока Іа невелико и якорь ЭДПТ будет вращаться с минимальной частотой n2.

При дальнейшем уменьшении сопротивления R1 фаза напряжения U_у меняется так, что отпирание VS происходит в более ранний момент времени (угол α на рис. 172).

При этом действующее значение тока Іа увеличивается, что ведет к увеличению частоты вращения якоря.

Диод VД5 служит для исключения попадания отрицательного потенциала на управляющий электрод тиристора.

6.6 ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫАВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

В разделе 6.4 были рассмотрены схемы разомкнутых систем управления ЭП. Замкнутые САУ ЭП строятся по принципу компенсации возмущения или по принципу отклонения регулируемой величины, называемому также принципом обратной связи.

Принцип компенсации наиболее эффективен, но применяется редко из-за отсутствия простых и надежных датчиков возмущающего воздействия (например, датчиков момента нагрузки Мс).

Поэтому подавляющее большинство замкнутых САУ ЭП строятся по принципу отклонения. Этот принцип характеризуется наличием цепи обратной связи (ОС), соединяющий выход ЭП с его входом.

Если нужно обеспечить регулирование скорости ω электропривода, то создается цепь ОС, по которой информация о текущем значении скорости (т.е. сигнал ОС - U_ос= К_ос ω) подается на вход ЭП (на элемент сравнения), где он вычитается из задающего сигнала скорости U_зс, см.рис.173

Управление электроприводом осуществляется сигналом отклонения (рассогласования) U ∆ = U_зс - U_ос.

Если САУ ЭП служит для обеспечения постоянства какой-либо координаты ЭП (на рис.173 угловой скорости ω) в течение технологического цикла, то такая система называется, как было сказано в разделе 6.1, системой автоматического регулирования (САР).

Пусть в рассматриваемой на рис.173 схеме угловая скорость на выходе ЭП должна быть постоянной и равной номинальной, т.е. ω = ω_ном = const

Если из-за каких-либо возмущающих воздействий угловая скорость на выходе ЭП уменьшится, т.е. ω < ω_ном , тогда сигнал ОС также уменьшится, а сигнал рассогласования U∆ увеличится, следовательно напряжение управления поступающее на ЭД увеличится, что приведет к увеличению угловой скорости вала ЭД, а значит и к увеличению ω до тех пор пока угловая скорость не станет номинальной, т.е. ω = ω _ном. Таким же образом сохранится постоянство угловой скорости и при изменении ее текущей величины в сторону увеличения.

Применяемые в САУ ЭП обратные связи могут быть: положительными или отрицательными, жесткими или гибкими, линейными или нелинейными.

Положительная обратная связь (ПОС) - такая ОС, сигнал которой направлен согласно (т.е. складывается) с задающим сигналом: U ∆ = U_зс + U_ос.

Отрицательная обратная связь (ООС) - такая ОС, сигнал которой направлен встречно (т.е. вычитается) задающему сигналу: U∆ = U_зс - U_ос.

Жесткая обратная связь - действует как в установившемся, так и в переходном режимах ЭП.

Гибкая обратная связь - сигнал ОС вырабатывается только в переходных режимах ЭП и служит для обеспечения требуемого их качества (например устойчивости движения, допустимого перерегулирования и т.д.).

Линейная обратная связь - характеризуется пропорциональной зависимостью между регулируемой координатой и сигналом ОС.

Нелинейная обратная связь - характеризуется непропорциональной (нелинейной) зависимостью между регулируемой координатой и сигналом ОС.

В качестве примера замкнутой САУ ЭП рассмотрим электропривод выполненный по схеме “Управляемый преобразователь - двигатель”. Структурная схема такого электропривода изображена на рис. 174, а его электрическая принципиальная схема на рис.175.

Рисунок 173 - Структурная схема замкнутой САУ ЭП.

Р - регулятор;

U_з - задающий сигнал;

Э_с - элемент сравнения;

ИЭЭ - источник электроэнергии;

U_у - сигнал управления;

U_ос - сигнал обратной связи;

УП - управляемый преобразователь;

U_вых - выходной сигнал;

ИД - исполнительный двигатель.

Рисунок 174 - Структурная схема замкнутого электропривода “УП-Д”

Режим работы управляемого преобразователя определяется величиной U_у = U_з - U_ос.

Сигнал ОС является функцией регулируемого параметра. В данном примере ЭП служит для стабилизации угловой скорости ω вала исполнительного двигателя, в качестве сигнала ОС по угловой скорости используется противо ЭДС обмотки якоря ИД: Е_а= С_m Ф ^. ω

Рисунок 175 - Электрическая принципиальная схема замкнутой САУ ЭП

Принцип работы схемы основан на сравнении задающего сигнала U_з определяемого положением движка потенциометра R2 (регулятора Р на структурной схеме) с сигналом обратной связи, создаваемым противо ЭДС ЭДПТ, т.е. U_ос = U_а

Элементом сравнения является диод VД2, т.к. ток через VД2 определяется разностью напряжений U_з = U_ос. Тиристор VS выполняет функции управляемого преобразователя УП.

Чем больше задающий сигнал U_з тем больше напряжение управления U_у и меньше угол управления тиристора α, действующее значение тока якоря Іа будет больше, а значит выше заданная угловая скорость ИД - ω, см график на рис. 175.

Удержание на заданном уровне угловой скорости осуществляется в рассматриваемой САУ ЭП также, как описано выше в данном разделе, т.е. как в любой системе автоматического регулирования. Задающий сигнал U_з в этой схеме будет пульсирующим, т.к. ток через диод VД1 в регуляторе проходит лишь в положительные полупериоды напряжения U_L.

При минимальной угловой скорости вала ЭДПТ время для отключения тиристора VS может оказаться недостаточным и мощность подведенная к ЭДПТ может вызвать такое увеличение угловой скорости ω, что в дальнейшем пройдет несколько периодов переменного тока прежде чем уменьшится ω до установившегося значения и тиристор откроется.

В результате этого явления работа ЭДПТ становится неустойчивой (качания ЭД). С целью устранения этого резистор R2 шунтируется конденсатором С.

6.7 ПРОГРАММНЫЕ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ ЭП

Программная система управления электроприводом (ПСУ ЭП) обеспечивает движение ИО РМ по определенной, наперед заданной программе, т.е. задающий сигнал U₃ изменяется по определенному алгоритму. От программного устройства ПрУ (см.рис.176) задающий сигнал U₃ поступает на элемент сравнения ЭС, после которого сигнал управления воздействует через управляемый преобразователь на ЭД, который обеспечивает отработку сигнала U_у, перемещая соответствующим образом исполнительный орган рабочей машины. В ПСУ могут использоваться все рассмотренные ранее виды ЭП постоянного и переменного тока.

ПрУ - программное устройство

ПСУ - программная система управления

Рисунок 176 - Структурная схема ПСУ ЭП.

Если программа задается в виде чисел, определяющих последовательность операций, величину и скорость перемещения ИО РМ и другие сведения, то программное устройство в этом случае называется числовым (ЧПУ). Если программа обеспечивает повторяющиеся одинаковые циклы движения ИО, то программное устройство называется цикловым (ЦПУ).

6.8 СЛЕДЯЩИЕ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ ЭП

Следящая система управления электроприводом (ССУ ЭП) обеспечивает с заданной точностью движение ИО РМ в соответствии с произвольно изменяющимся задающим сигналом.

Чаще всего задающий сигнал представляет собой напряжение пропорциональное скорости или углу поворота вала задающего устройства ЗУ, см.рис. 177. Датчик обратной связи ДОС преобразует механическую величину (w или j) в электрический сигнал U_ос.

Рисунок 177 - Структурная схема ССУ ЭП

Сравнивающее устройство СУ алгебраически суммирует сигналы U₃ и U_ос и вырабатывает сигнал рассогласования (управления) U = U_у поступающий в систему управления СУ. СУ обеспечивает необходимое преобразование сигнала рассогласования в напряжение поступающее на ЭД. ЭД и передаточное устройство называют еще сервомеханизмом (СМ), который и обеспечивает перемещение ИО в соответствии с законом изменения задающего сигнала U_3.

Различают следящие ЭП с непрерывным или прерывным управлением, последние, в свою очередь делятся на релейные и импульсные.

В следящих ЭП непрерывного действия напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, постоянно подается на двигатель.

Следящий ЭП релейного действия характеризуется тем, что на двигатель напряжение подается лишь тогда, когда сигнал рассогласования достигает определенного значения. В импульсном следящем ЭП управляющее воздействие на двигатель подается в виде импульсов напряжения, частота, амплитуда либо заполнение этих импульсов изменяется в зависимости от сигнала рассогласования.

В качестве примера можно рассмотреть схему реализации следящего ЭП постоянного тока релейного действия, изображенную на рис. 178

В этой схеме в качестве исполнительного двигателя используется электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения, имеющий две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2.

Силовые транзисторы VТ1 и VТ2 работают при определенной полярности сигнала рассогласования U, обеспечивая вращение вала двигателя в ту или иную сторону, в зависимости от того какой из транзисторов открыт. Если открыт VТ1, то ток проходит по обмотке ОВ1 и вал двигателя вращается в одну сторону, если же открыт VТ2, то ток проходит по обмотке ОВ2 и вал двигателя вращается в обратную сторону, при этом направление тока якоря остается неизменным в обоих случаях.

Диоды VД1 и VД2 - разрядные, т.е. служат для снятия возникающих при отключении обмоток возбуждения и якоря, имеющих перенапряжений, большую индуктивность.

Кольцевые потенциометры R1 и R2 образуют так называемый потенциометрический измеритель рассогласования. Движок R1 механически связан с валом задающего устройства ЗУ, представляющего собой редуктор с ручным приводом. движок R2 механически связан с валом редуктора Р, расположенного на одном валу с ЭДПТ и рабочей машиной РМ. Редукторы ЗУ и Р имеют равные передаточные числа.

Питание потенциометров R1 и R2 и усилителя осуществляется напряжением постоянного тока U_п.

ЗУ - редуктор задающего устройства;

Р - редуктор;

У - усилитель;

Рисунок 178 - Схема следящего ЭП релейного действия

При одинаковом угловом положении движков потенциометров R1 и R2 (нулевой угол рассогласования, т.е. ∆ j = j_вх - j_вых = 0) напряжения, снимаемые с потенциометров будут равны по величине, но противоположны по знаку, поэтому напряжение сигнала рассогласования, снимаемое с выхода усилителя У будет равно нулю, т.е. U ∆ = 0. В этом случае оба транзистора будут закрыты и ЭДПТ неподвижен. Если возникает рассогласование между угловыми положениями движков R1 и R2 из-за поворота рукоятки ЗУ, то сигнал U ∆ станет отличным от нуля. В зависимости от знака угла рассогласования ∆ j, полярность сигнала U ∆ будет различной и он будет подаваться либо на транзистор VТ1 (по цепи диод VД8 - VТ1 - стабилитрон VД3 - R5 - VД5) либо на транзистор VТ2 (по цепи диод VД7 - VТ2 - стабилитрон VД4 - R6 - VД6). Если напряжение сигнала превышает порог срабатывания стабилитрона, то соответствующий транзистор откроется и подключит ЭДПТ к источнику питания с напряжением U. Вал двигателя и вал рабочей машины начнут вращаться и повернут ось движка потенциометра R2 в н