Типовые схемы автоматического управления электроприводами

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

Ю.И. Даниленко

Типовые схемы
автоматического управления
электроприводами

Методические указания к практическим занятиям
по курсу «Электротехника и электроника»

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2013

УДК 621.313
ББК 31.291
Д17

Д17

Рецензент В.Н. Енин

Даниленко Ю.И.
Типовые схемы автоматического управления электроприводами : метод. указания к практическим занятиям по курсу
«Электротехника и электроника» / Ю.И. Даниленко. — М.: Издво МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 18, [4] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-3754-2
Рассмотрены типовые контакторные схемы управления электроприводами в функции времени, скорости и пути с асинхронными
двигателями и двигателем постоянного тока. Процессы управления
проиллюстрированы механическими характеристиками.
Для студентов 4-го курса факультета «Энергомашиностроение»
МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Электротехника
и электроника».
Рекомендовано
Учебно-методической
комиссией
факультета
«Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
УДК 621.313
ББК 31.291

ISBN 978-5-7038-3754-2
c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013

Учебное издание

Даниленко Юрий Игоревич

Типовые схемы автоматического
управления электроприводами

Редактор В.М. Царев
Корректор О.В. Калашникова
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 20.12.2013. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 1,25. Тираж 500 экз. Изд. № 18.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современный электропривод характеризует уровень силовой
энерговооруженности труда и благодаря преимуществам по сравнению с другими видами приводов является главным средством
автоматизации рабочих машин и производственных процессов.
Электроприводы потребляют более 60 % производимой в стране электроэнергии. В связи с этим большое значение приобретают
вопросы, связанные с совершенствованием электроприводов и с
подготовкой высококвалифицированных кадров в этой области.
Методические указания ориентированы на обеспечение учебного процесса по подготовке инженеров и бакалавров в области энергомашиностроения. В их основу положено изучение
принципов логистики на применяемых схемах автоматического управления разными типами приводов. (Логистика здесь —
это функционально-временная последовательность действий в
релейно-контакторных схемах управления.)
Второй базовый фактор — эффективность схем, позволяющая
приемы логистики распространить на системы управления более
высокого уровня.

УПРАВЛЕНИЕ ПУСКОМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С ФАЗНЫМ РОТОРОМ В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ

К недостаткам прямого пуска асинхронного двигателя относят
относительно малый пусковой момент Mп = (1,2 . . . 1,6)Mн при
довольно большом пусковом токе Iп = (5 . . . 7)Iн.
Из-за малого пускового момента иногда приходится выбирать
двигатель большей мощности, чем требуется по условиям работы
при установившемся режиме, что экономически нецелесообразно.
Большой ток пуска двигателя может вызвать значительное падение напряжения питающей сети, что неблагоприятно скажется
на работе других потребителей. Также он ограничивает допустимое число пусков (включений) двигателя в час во избежание его
перегрева и выхода из строя.
Исключить перечисленные сложности пуска позволяет асинхронный двигатель с фазным ротором (контактными кольцами).
Введение добавочного сопротивления в цепь ротора при пуске
асинхронного двигателя с контактными кольцами позволяет увеличить пусковой момент вплоть до максимального значения и одновременно значительно снизить пусковой ток.
В системах автоматического управления в функции времени
(рис. 1), где пуск осуществляется дистанционно, пусковое сопротивление Rдi по мере разгона двигателя уменьшается ступенчато
с помощью релейно-контакторной схемы.
Перед пуском двигателя контакты контакторов К1 и К2 разомкнуты и в цепь ротора включено пусковое сопротивление, равное
сумме Rд1 и Rд2, которому соответствует реостатная характеристика 1 (рис. 2).

4

Рис. 1

При
срабатывании
автоматических
выключателей
АВ1
(рис. 1, а) и АВ2 (рис. 1, б) подается питание в силовую схему
и схему управления. Система готова к работе.
Для того чтобы включить двигатель, достаточно нажать на
кнопку «Пуск» (П). Образуется цепь питания обмотки контактора
К, он срабатывает и замыкает свои замыкающие контакты в силовой цепи статорной обмотки асинхронного двигателя (АД), на
статор подается трехфазное напряжение, двигатель начинает работать на характеристике 1.

5

Рис. 2
Одновременно с этим в цепи управления замыкающий контакт
К шунтирует кнопку П, происходит самоподхват (можно отпустить
кнопку, а цепь контактора останется замкнутой). Обмотка реле
времени РВ1 также получит питание через замыкающий контакт
К и начнется отсчет времени, равного уставке на реле, в течение
которого двигатель разгоняется по характеристике 1.
По истечении уставочного времени реле срабатывает и замыкает свой замыкающий контакт РВ1 в цепи обмотки контактора
К1, обмотка получает питание, контактор К1 срабатывает и замыкает свои замыкающие контакты в роторной цепи АД, шунтируя
сопротивления Rд1. Двигатель переходит на реостатную характеристику 2 (из точки а в точку б).
Одновременно с этим обмотка реле РВ2 получает питание через замыкающий контакт контактора К1, начинается отсчет времени, равный соответствующей уставке, в течение которого двигатель разгоняется по характеристике 2 из точки б в точку в.
По истечении уставочного времени реле РВ2 срабатывает и
замыкает свой замыкающий контакт в цепи обмотки контактора
К2, обмотка получает питание, контактор К2 срабатывает и замыкает свои замыкающие контакты в роторной цепи АД, шунтируя
сопротивления Rд2, и двигатель переходит на естественную характеристику 3 (из точки в в точку г).

6

Далее под действием нагрузочного момента Мс двигатель переходит к точке nуст, в которой продолжает работу в установившемся
режиме.
Координаты реостатных характеристик определяют из уравнения движения привода:

M = Мс + J dω
dt .

Для остановки двигателя достаточно нажать на кнопку «Стоп»
(Ст) при этом все элементы схемы управления и статорная обмотка
АД отключаются от сети питания и приходят в исходное состояние.

УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
В ФУНКЦИИ ПУТИ

Одним из распространенных принципов совершенствования
управления производственными механизмами является их автоматизация в функции пути.
Рассмотрим механическую схему управления АД с короткозамкнутым ротором Д, приводящим в движение суппорт 1 с помощью ходового винта 2 (рис. 3). Для отключения двигателя в
крайних положениях суппорта и автоматизации его работы, осуществляемой в функции пути, служат два конечных (путевых) выключателя SQ1 и SQ2.

Рис. 3

Электрическая схема автоматического управления двигателем
представлена на рис. 4. Включением автоматических выключателей SA1 и SA2 в силовую цепь и цепь управления подается напряжение питания, схема готова к работе.

7

Рис. 4

Рис. 5

После нажатия кнопки SB2
последовательность замкнутых
контактов SB2, SB3, SQ1 и КМ2
образует цепь питания обмотки контактора КМ1. Контактор
срабатывает и замыкает контакты в силовой цепи питания обмотки статора АД и контакт,
шунтирующий кнопку SB2 (самоподхват), а также размыкает
контакт в цепи обмотки контактора КМ2. Двигатель начинает
работать на характеристике В в
точке а (рис. 5). Суппорт перемещается условно вперед.
Конечные выключатели SQ1
и SQ2 устанавливаются в крайние положения, ограничивая зону перемещения суппорта, определяемую технологическим процессом.

8

Суппорт, перемещаясь вперед, достигает выключателя SQ1,
размыкает его контакт, тем самым разрывая цепь питания обмотки
контактора КМ1. Контактор КМ1 размыкает свои контакты в цепи
питания статора АД, и двигатель останавливается.
Чтобы вернуть суппорт назад, следует нажать кнопку SB3. Через последовательность замкнутых контактов SB2, SB3, SQ2, КМ1
обмотка контактора КМ2 подключается к цепи питания, контактор
срабатывает, замыкает замыкающие контакты и размыкает размыкающие. Контакты КМ2 в силовой цепи изменяют чередование
фаз, что приводит к реверсу двигателя. Двигатель работает на
характеристике Н в точке b (см. рис. 5). Суппорт перемещается
условно назад, достигает выключателя SQ2, который размыкает
свой контакт, тем самым разрывая цепь питания обмотки контактора КМ2. Контактор КМ2 размыкает контакты в цепи питания
статора АД, и он останавливается.
Для осуществления циклического, т. е. безостановочного, перемещения суппорта (например, в продольно-строгальных станках)
необходимо выполнить перекрестное подключение замыкающих
контактов SQ1 и SQ2 параллельно контактам КМ2 и КМ1.
Остановка осуществляется кнопкой SВ1 в любой момент времени работы двигателя.
Следует особо отметить перекрестное включение размыкающих контактов КМ1, КМ2, SВ2 и SВ3, которое обеспечивает
блокировку одновременного включения контакторов КМ1 и КМ2
во избежание короткого замыкания. Эти контакторы служат для
реверса двигателя путем изменения чередования фаз в цепи питания статорной обмотки. Одновременное их включение приводит к
короткому замыканию фаз А и В (см. рис. 4).

УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
В ФУНКЦИИ СКОРОСТИ

Рассмотрим схему (рис. 6), позволяющую перейти в режим торможения АД противовключением (быстрый останов) с помощью
реле контроля скорости (KBR).
KBR устанавливается непосредственно на валу АД, и в основе
его функционирования лежит асинхронный принцип работы. При

9

Рис. 6

включении двигателя, как только частота вращения его вала (а следовательно, и вала реле) становится отличной от нуля, замыкается
замыкающий контакт KBR, который остается замкнутым в течение всего времени работы двигателя. При отключении двигателя,
когда частота вращения вала под действием тормозного момента становится близкой к нулю, KBR размыкает свой замыкающий
контакт.
Остановимся подробней на работе схемы управления процессом торможения. Включением автоматического выключателя SA1
подают соответствующие напряжения питания на силовую схему
(питание двигателя) и схему управления. Система готова к работе.
Для того чтобы включить двигатель, достаточно нажать на
кнопку «Пуск» (SB1). Последовательность замкнутых контактов
SB2, SB1 (кнопка нажата) и КМ2 образует цепь питания обмотки
контактора КМ1, контактор срабатывает, замыкает свои замыкающие контакты и размыкает размыкающие. При этом замыкаются
силовые контакты КМ1 в цепи АД, статорная обмотка подключается к трехфазному напряжению и двигатель начинает работать;
срабатывает замыкающий блок-контакт, включенный параллельно
кнопке SB1 (самоподхват кнопки «Пуск»); размыкается размыкающий блок-контакт в цепи обмотки контактора КМ2 (блокировка от
одновременного срабатывания контакторов КМ1 и КМ2, что явля
10