§ 55. Системы автоматического пуска электродвигателей постоянного и переменного тока

Автоматизация процесса пуска в разомкнутых системах управ­ления электроприводом наиболее просто осуществляется для асин­хронных короткозамкнутых двигателей. Здесь, как правило, управ­ление пуском сводится к прямому включению двигателя на полное напряжение сети. В процессе пуска двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором необходимо посте­пенно выключать ступени пускового реостата. Это можно произво­дить автоматически при помощи контакторов ускорения. В систе­мах дистанционного управления применяют пуск двигателей в од­ной из функций: времени, тока, скорости.

Пуск в функции времени получил наибольшее распростране­ние в судовом электроприводе. Он осуществляется с помощью электромагнитных или маятниковых реле времени, которые наст­раиваются на определенную, наперед заданную выдержку времени. Принципиальная схема пуска двигателя постоянного тока в функции времени с применением электромагнитных реле и кон­такторов ускорения приведена на рис. 2.102. Схема обеспечивает ав­томатический пуск двигателя М в функции времени с двумя ступенями сопротивлений R1 и R2 пускового реостата. Сразу же после подачи напряжения включаются на полное напряжение сети обмотка параллельного возбуждения LM двигателя и катушки электромагнитных реле времени КТ1, К.Т2. Реле сработают и разомкнут свои контакты КТ1, КТ2 в цепях питания электромагнитных катушек контакторов ускорения КМ2, КМЗ. Этим достигается предотвращение возможности преждевременного срабатывания контакторов ускорения. На этом заканчивается предварительная подготовка к пуску двигателя.

Рис. 2.102. Схема пуска электродвигателя постоянного тока в функции

времени с электромагнитным реле.

При нажатии на кнопку SB2 получит питание катушка линей­ного контактора КМ1, который сработает и замкнет свои контакты КМ1 в цепи якоря двигателя, подключая его к судовой сети. Замы­кающий вспомогательный контакт КМ1 шунтирует кнопку SB2 (тем самым контактор КМ1 становится на самоблокировку). Раз­мыкающий вспомогательный контакт КМ1 разрывает цепь пита­ния катушки электромагнитного реле времени КТ1. Двигатель на­чинает разгоняться с включенными в якорную цепь пусковыми ре­зисторами R1 и R2.

Потеряв питание, реле КТ1 с выдержкой времени замкнет свой контакт КТ1 в цепи катушки первого контактора ускорения КМ2. Контактор КМ2 сработает и своим замыкающим контактом КМ2 в силовой цепи закоротит первый пусковой резистор R1. Произой­дет переход двигателя на вторую искусственную характеристику.

Размыкающий вспомогательный контакт КМ2 обесточит ка­тушку электромагнитного реле времени КТ2, которое с выдержкой времени замкнет свой контакт КТ2 в цепи катушки второго кон­тактного ускорения КМ3. Контактор КМ3 сработает и своим за­мыкающим контактом КМ3 в силовой цепи закоротит пусковой резистор R2. Двигатель выходит на естественную характеристику.

Для остановки двигателя нажимают на кнопку SB1. При этом обесточивается катушка линейного контактора КМ1, который раз­мыкает свои контакты КМ1 в цепи якоря двигателя, отключая двигатель от сети.

На рис. 2.103 приведена принципиальная схема пуска асинхрон­ного двигателя с фазным ротором в функции времени. Электро­магнитные реле времени КТ1, КТ2 получают питание от полупро­водникового выпрямителя VD, включенного на напряжение вто­ричной обмотки понижающего трансформатора TV.

Нажимая на кнопку SB2, включают линейный контактор КМ1, который замыкает свои контакты КМ1 в силовой цепи двигателя М и размыкает вспомогательный контакт КМ1 в цепи катушки первого электромагнитного реле времени КТ1. Замыкающий вспо­могательный контакт КМ1 шунтирует кнопку SB2. Двигатель на­чинает разгоняться с включенными в роторную цепь двигателя пусковыми резисторами R1 и R2.

Электромагнитное реле КТ1 с выдержкой времени отпустит свой якорь и замкнет контакт КТ1. Получит питание катушка пер­вого контактора ускорения КМ2, который сработает и замкнет свои контакты КМ2 в роторной цепи двигателя. Двигатель с боль­шей скоростью будет разгоняться на второй искусственной харак­теристике.

Одновременно размыкается вспомогательный контакт КМ2, обесточивая катушку второго электромагнитного реле времени КТ2, которое с выдержкой времени замкнет свой контакт КТ2 в цепи катушки второго контактора ускорения КМ3. Контактор КМ3 своими замыкающими контактами КМ3 закорачивает пуско­вой резистор R2 в роторной цепи двигателя. Двигатель переходит на работу по естественной характеристике.

Рис. 2.103. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в

функции времени с электромагнитным реле.

Защита двигателя от перегрузок осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2, контакты которых включены в цепь питания ли­нейного контактора КМ1. При перегрузке размыкается один из контактов КК1 или КК2, обесточивая линейный контактор, ко­торый разомкнет свои главные контакты КМ1 и отключит двига­тель от сети.

Защита двигателя от токов короткого замыкания осуществляет­ся автоматическим выключателем QF, цепи управления - плав­кими предохранителями FU1 и FU2.

Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ро­тором в функции времени с электромеханическим реле времени показана на рис. 2.104. Включением рубильника QS подготавливают схему к пуску электродвигателя М. При нажатии на кнопку SB2 получает питание катушка линейного контактора КМ1, который, срабатывая, замыкает свои контакты КМ1 в силовой цепи двигателя, а замыкающий вспомогательный контакт КМ1 шунтирует кнопку SB2. Двигатель подключается к сети через пусковые резисторы R.

Рис. 2.104. Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым

ротором в функции времени с электромеханическим реле.

При срабатывании якорь линейного контактора КМ1 через механическую связь (на схеме не показана) взведет пружину маятникового механизма реле времени КТ, которое после установленной выдержки времени замкнет свой контакт КТ в цепи катушки контактора ускорения КМ2. Контактор КМ2 сработает и своими замыкающими контак­тами КМ2 подключит статор электродвигателя на полное напря­жение сети.

На рис. 2.105 приведена схема автоматического пуска двигателя постоянного тока в две ступени с применением таймтакторов. При подаче напряжения в схему получают питание: параллельная обмотка возбуждения LM двигателя и удерживающие катушки обоих таймтакторов Kl.1, K2.1, которые выполняют функции электромагнитных реле. Эти катушки притянут якоря таймтакто­ров к своим сердечникам, размыкая соответственно контакты К1.1 и К2.1 в цепях втягивающих катушек К1.2 и К2.2, которые вы­полняют функции контакторов ускорения.

При нажатии на кнопку SB2 получит питание катушка линей­ного контактора КМ, который, срабатывая, замыкает свои глав­ные контакты КМ в якорной цепи двигателя М. Двигатель вклю­чается в сеть через пусковой реостат с двумя резисторами R1 и R2. Замыкающий вспомогательный контакт контактора КМ шунтирует кнопку SB2, а его размыкающий контакт КМ обесточивает удерживающую катушку К1.1 первого таймтактора. Якорь пер­вого таймтактора отпадает с заданной выдержкой времени от сердечника удерживающей катушки К1.1, замыкая свой контакт К1.1 в цепи втягивающей катушки К1.2. Втягивающая катушка К1.2 притянет якорь первого таймтактора к своему сердечнику и замкнет его главный контакт К1.2 закорачивая первый пусковой резистор R1. Двигатель переходит на вторую искусственную ха­рактеристику.

Рис. 2.105. Схема пуска двигателя постоянного тока в функции времени с таймтакторами.

Размыкающий вспомогательный контакт К1.2 первого таймтак­тора разрывает цепь питания удерживающей катушки К2.1 второго таймтактора, который с установленной выдержкой времени замкнет контакт К2.1 в цепи питания своей втягивающей катуш­ки К2.2. Второй таймтактор замкнет свой главный контакт К2.2, закорачивая второй пусковой резистор R2. На этом заканчивает­ся пуск двигателя.

Рис. 2.106. Схема пуска двигателя постоянного тока в функции тока.

На рис. 2.106 показана одна из возможных схем автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции тока в две ступени. Включением рубильника QS схема подготавливается к пуску дви­гателя. Нажатием кнопки SB2 подается питание на катушку ли­нейного контактора КМ, который, сработав, подключит своими главными контактами КМ якорь двигателя М к сети через два пусковых резистора R1 и R2. Линейный контактор своим замы­кающим вспомогательным контактом КМ шунтирует пусковую кнопку SB2. При пуске двигателя ток в силовой цепи скачкооб­разно достигнет значения тока срабатывания токового реле КА, которое разомкнет свои контакты КА в цепи катушек контакто­ров ускорения КМ1 и КМ2 прежде, чем они успеют сработать.

Разгон двигателя сопровождается уменьшением тока в сило­вой цепи. При уменьшении тока до значения переключения токо­вое реле КА отпустит свой якорь и замкнет контакты КА в цепи катушек контакторов ускорения КМ1 и КМ2. Контактор КМ1 сработает, закорачивая первый пусковой резистор R1 и контакт реле КА в цепи катушки КМ1. Новый бросок тока в силовой цепи приведет к срабатыванию токового реле КА, которое разомкнет свой контакт в цепи второго контактора ускорения КМ2 раньше, чем он успеет сработать. Дальнейший разгон двигателя сопровож­дается уменьшением тока в силовой цепи. При значении тока пе­реключения токовое реле КА замкнет свои контакты. Сработает второй контактор ускорения КМ2, закорачивая второй пусковой резистор R2 и контакт реле КА в цепи катушки КМ2. Двигатель переходит на естественную характеристику.

Рис. 2.107. Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в

функции тока.

На рис. 2.107 приведена схема автоматического пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в две ступени в функции тока. Пуск начинается при нажатии кнопки SB1 и срабатывании линейного контактора КМ3, который замкнет свои главные контакты КМ3 в силовой цепи двигателя М, подключая его к сети. Двигатель начинает разгоняться с включенными пусковыми резистора­ми R1 и R2 в его роторную цепь. Один из замыкающих вспомога­тельных контактов КМ3 линейного контактора шунтирует кнопку SB1, а другой - подготавливает к работе цепь катушки первого контактора ускорения КМ1.

Пусковой ток в цепи ротора вызовет срабатывание токовых реле КА1 и КА2. Они разомкнут свои контакты КА1 и КА2 в цепи питания катушек контакторов ускорения КМ1 и КМ2. Время сра­батывания токовых реле должно быть меньше времени срабаты­вания контакторов ускорения. По мере разгона двигателя и сни­жения тока в роторной цепи до значения переключения токовые реле отпустят якоря и замкнут свои контакты КА1 и КА2 в цепях контакторов ускорения. Первый контактор ускорения КМ1, полу­чив питание, сработает и замкнет свои главные контакты КМ1 в роторной цепи двигателя, закорачивая первую ступень пускового реостата с резисторами R1. Один из замыкающих вспомогатель­ных контактов КМ1 шунтирует контакт КА1 в цепи катушки КМ1, а другой - подготовит цепь катушки второго контактора ускорения КМ2 к работе.

Новый бросок тока в роторной цепи вызовет срабатывание второго токового реле КА2, которое разомкнет свой контакт КА2 в цепи второго контактора ускорения КМ2 раньше, чем он успеет сработать. Дальнейший разгон двигателя приведет к уменьшению тока в роторной цепи и замыканию контактов второго токового ре­ле КА2 в цепи второго контактора ускорения. Контактор КМ2 сра­ботает и закоротит вторую ступень пускового реостата с резисто­рами R2. Двигатель перейдет на работу по естественной характе­ристике. Замыкающий вспомогательный контакт КМ2, шунтируя контакт КА2, обеспечивает дальнейшее питание катушки контак­тора КМ2 при работе двигателя.

Пуск в функции скорости производится при помощи реле, ко­торые непосредственно или косвенным способом контролируют угловую скорость двигателя. Наиболее распространенным является косвенный способ, при котором используется э. д. с. якоря, пропорциональная угловой скорости двигателя. В этом случае говорят о пуске двигателя в функции э. д. с.

На рис. 2.108 приведена одна из возможных схем автоматического пуска двигателя постоянного тока в функции э. д. с. в две ступени. Катушки контакторов ускорения КМ1 и КМ2 непосредственно подключены на зажимы якоря двигателя, т.е. на напряжение U = E + I R . Падением напряжения в обмотке якоря I R ввиду ма­лого значения можно пренебречь, считая, что U ≈ E. Значение

э. д. с. Е = kФω прямо пропорционально угловой скорости двига­теля ω. Следовательно, контакторы ускорения являются аппарата­ми, контролирующими э. д. с. якоря двигателя, т. е. косвенно его угловую скорость. При определенных значениях напряжения U и U соответственно срабатывают контакторы ускорения КМ1 и КМ2, закорачивая пусковые резисторы R1 и R2.

Рис. 2.108. Схема пуска двигателя постоянного тока в функции э. д. с.

Пуск двигателя начинается после нажатия на кнопку SB2 и срабатывания линейного контактора КМ3. В самом начале пуска напряжение U на катушках контакторов ускорения мало, а пото­му их контакты КМ1 и КМ2 разомкнуты и в цепь якоря введены оба пусковых резистора R1 и R2. По мере увеличения скорости двигателя его э. д. с. возрастет и при определенном значении э. д. с. Е сработает первый контактор ускорения КМ1, закорачивая пер­вый пусковой резистор R1. Дальнейший разгон двигателя вызовет дальнейшее возрастание э. д. с, и при определенном значении E2 > Е сработает второй контактор ускорения КМ2, закорачивая второй пусковой резистор R2. Двигатель выходит на естественную характеристику.