Какие функции выполняет управляющее устройство электропривода

ЭЛЕКТРОПРИВОД, АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

Электроприводом называется электромеханическое уст­ройство, с помощью которого осуществляется движение рабочих органов производственного механизма. Электро­привод преобразует электрическую энергию в механичес­кую и осуществляет передачу вращающего момента элект­родвигателя на вал рабочей машины. Электродвигатель с аппаратурой управления является электрической частью, а передающие устройства (муфты сцепления, шестерни, редукторы, цепные или ременные передачи) — механиче­ской.

Важное значение имеет правильный выбор мощности электродвигателя. При недостаточной мощности двигатель будет перегружен, его нагрев превысит нормы, изоляция обмоток разрушится и двигатель выйдет из строя. При недогрузке двигателя стоимость установки возрастет, сни­зятся коэффициент полезного действия и коэффициент мощности.

Существует и физический предел мощности (см. гл. 5) электродвигателя, который характеризуется отношением максимального вращающего момента к его номинальному значению (M max /M ном). Во избежание остановки электро­двигателя тормозной момент на его валу со стороны при­водного механизма не должен превышать М mах. У асин­хронных электродвигателей общепромышленного назначе­ния Mmax/ M ном =1,8 ÷2,5, у крановых двигателей — 2,3— 3,3. В машинах постоянного тока перегрузка вызывает ухудшенную коммутацию и круговой огонь на коллекторе. Для машин постоянного тока M max/ M ном =2,5 (для спе­циальных крановых двигателей — 3—4).

Различают привод неавтоматизированный и автомати­зированный.

Неавтоматизированным называют элект­ропривод с аппаратами ручного управления. Автома­тизированным — электропривод, в котором управ­ление переходными режимами (пуск, остановка, торможе­ние, реверсирование, регулирование частоты вращения) происходит автоматически после подачи командного им­пульса.

При выборе мощности электродвигателя необходимо знать режим работы машины, приводимой им в действие, т. е. потребные мощность и момент на валу двигателя, частоту вращения, продолжительность нахождения под нагрузкой (при переменной нагрузке нужен график изме­нения нагрузки по времени). Различают следующие ре­жимы работы электродвигателей по продолжительности: продолжительный, кратковременный и повторно-кратко­временный.

Продолжительнымназывается режим ра­боты при неизменной нагрузке электродвигателя, продол­жающейся до достижения установившейся температуры. При включении электродвигатель нагревается, причем одна часть выделяемой теплоты идет на повышение температуры обмоток и других частей двигателя, а другая выделяется в окружающую среду. При неизменной нагрузке наступает момент теплового баланса, когда вся выделяющаяся в еди­ницу времени в двигателе теплота отдается за тот же про­межуток времени в окружающую среду и температура уже не повышается. Такая температура называется у с т а н овившейся. Примером длительного режима работы мо­гут служить электродвигатели насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров и других механизмов непрерыв­ного действия.

Кратковременным называют режим, при ко­тором электродвигатель за период работы с неизменной нагрузкой не успевает нагреться до установившейся тем­пературы, а за время перерыва успевает охладиться до температуры окружающей среды.

Повторно-крат­ковременным называют режим, при котором элект­родвигатель за период работы с неизменной нагрузкой не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время перерыва не успевает охладиться до температуры окружающей среды:

ПВ = tр * 100/tц = t р * 100/( t р + tп), (1.1)

где tр, tп, tц — продолжительность рабочего периода, паузы и цикла.

ГОСТом установлены стандартные значения ПВ = 15, 25, 40 и 60%. При этом продолжительность цикла не должна превышать 10 мин. При большей длительности цикла ре­жим считается продолжительным. В повторно-кратковре­менном режиме работают электродвигатели кранов, подъем­ников и т. п.

На заводском щитке электрической машины приводятся номинальные значения мощности (Р ном), напряжения (U ном), тока ( I ном) частоты вращения (n ном), коэффициента полез­ного действия (η ном) и коэффициента мощности (cos φ ном).

Под номинальной мощностью понимают полезную мощность на валу электродвигателя, на которую он рассчитан. Так, например, широко распространенная серия асинхронных электродвигателей защищенного (А2) и закрытого обдуваемого исполнения (А02) имеет следую­щую шкалу номинальных мощностей (кВт): 0,6, 0,8; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 10; 13; 17; 22; 30; 40; 55; 75; 100. Стандартные синхронные частоты вращения (см. гл. 4) трехфазных асинхронных электродвигателей равны 3000, 1500, 1000,750,600 об/мин. Допускаемая нагрузка электро­двигателя определяется нагревом его обмоток, нормы на­грева которых зависят от классов изоляции, установленных соответствующим стандартом.

Электродвигатели серий А2 и А02 заменяются новой серией короткозамкнутых электродвигателей 4А, имеющих улучшенные технические характеристики.

§ 2. ВЫБОР ТИПА И МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Электромеханические свойства электродвигателей опре­деляются их механическими характеристиками n =f(M).

Различные механизмы требуют установки двигателей с характеристиками, соответствующими их режиму работы. Так, насосы, компрессоры, различные транспортеры нуж­даются в электродвигателях с жесткой характеристикой (мало зависящей от изменения нагрузки), а для привода подвижного состава электротранспорта и некоторых грузо­подъемных механизмов целесообразно применять двигатели с мягкой характеристикой (с ростом момента на валу — нагрузки — обороты значительно снижаются).

Важным фактором работы электропривода является ре­гулирование скорости с наименьшими потерями энергии. Наиболее просто регулирование скорости осуществляется при установке электродвигателей постоянного тока путем включения реостатов в обмотку возбуждения (двигатель с параллельным возбуждением). Существуют специальные схемы для плавного регулирования скорости изменением в определенных пределах напряжения на зажимах двига­теля постоянного тока. Для этого применяют систему генератор — двигатель, в которой трехфазный асинхрон­ный двигатель вращает якорь генератора постоянного тока, предназначенного для питания основного рабочего двигателя. Следует отметить, что электроприводы постоян­ного тока, несмотря на их преимущества, дороги и сложны в эксплуатации и поэтому применяются при невозможности другого решения.

Из существующих электродвигателей наиболее простым и дешевым является асинхронный с короткозамкнутым ро­тором. Он широко применяется во всех отраслях народного хозяйства для привода механизмов, не требующих регули­рования скорости. Для ступенчатого изменения скорости используют многоскоростные асинхронные двигатели с пере­ключением обмоток статора на различное число пар полю­сов .

Для применения в различных условиях окружающей среды выпускаются электродвигатели открытые, защищен­ные, закрытые и взрывозащищенные (т. е. с определенной степенью защиты, установленной стандартами).

Мощность электродвигателей для механизмов, работаю­щих в продолжительном режиме с неизменяемой нагрузкой, определяется в зависимости от производимой работы по

формулам, которые приводятся в учебниках по электро­приводу.

При продолжительном режиме работы, но изменяющейся нагрузке обычно задается график нагрузки (ток в функции времени), приведенный на рис. 13.1.

Заменив плавную кривую нагрузки ступенчатой ли­нией, определяют эквивалентный ток по формуле

где I₁, I2₂, . . ., In — токи, про­текающие в двигателе за отрезки времени соответственно t_1, t₂, . . ., tn

Под эквивалентным, или среднеквадратичным, пони­мается ток, который за время работы производит одинаковое тепловое действие на обмотки дви­гателя, как и токи, изменяющиеся по ступеням графика. Затем выбирают по каталогу электродвигатель, номиналь­ный ток которого /ном равен или больше расчетного:

Двигатель с жесткими характеристиками можно выби­рать по эквивалентному моменту М экв или эквивалентной мощности Р экв:

При наличии отдельных кратковременных перегрузок выбранный двигатель должен быть проверен на перегру­зочную способность:

Мощность электродвигателя для повторно-кратковре­менного режима работы выбирают с учетом ПВ по ката­логу. Один и тот же двигатель при различных продолжительностях включения имеет соответствующую им номи­нальную мощность. Если полученная по расчету ПВ не соответствует стандартной, то подсчитанную по (13.4) мощность Рэкв1 пересчитывают на стандартную Рэкм2 по формуле

Рэкм2 = Рэкм1 √ПВ1/ПВ2 (6)

По каталогу выбирают ближайший двигатель, мощ­ность которого при ПВ2

Пример 1.1. По расчету получена эквивалентная мощ­ность Рэкв1 = 16,5 кВт при ПВ=36%. Требуется выбрать электродвигатель.

Решение.

1. Произведем пересчет полученной мощ­ности на стандартную, например на 25% по (13.6):

Р 25 = P 36 √36/25==16,5 *6/5 ≈ 20 кВт.

2. Принимается ближайший стандартный электродви­гатель: Рном=20 кВт при ПВ;=25%. Выбранный двига­тель подлежит проверке на допустимую перегрузку.

§3. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ

Аппараты управления предназначаются для включения и отключения электрических цепей, пуска, остановки, тор­можения и реверсирования электродвигателей. Здесь будут рассмотрены лишь самые основные аппараты, применяемые для ручного, дистанционного (на расстоянии) и автомати­ческого управления. Как правило, аппараты управления и защиты поступают в смонтированном виде в комплектных устройствах, изготовляемых на заводах. Такими устройст­вами являются различные панели, шкафы, станции и блоки управления, распределительные пункты и щиты.

Рубильники и переключатели — наибо­лее простые аппараты для включения, отключения и пере­ключения электрических цепей. Выпускаются в одно-, двух-, трехполюсном исполнении для сетей напряжением до 660 В на токи от 25 до 600 А. Они имеют следующие ис­полнения: открытые (Р), открытые с центральным управ­лением (РПЦ), с боковым приводом (РПБ) и со смещенным приводом (РПС). Устанавливаемые отдельно рубильники должны иметь кожухи для защиты от случайного прикос­новения к токоведущим частям и ожога от электрической дуги, возникающей при отключении электрической цепи пли электроприемника.

На взаиморезервируемых вводах в здания устанавли­вают переключатели с приводами, которые выпускают на ток до 1000 А. Для отключения под нагрузкой применяют рубильники со специальными дугогасительными решетками или контактами с мгновенным отключением.

Пакетные выключатели и переклю­чатели типа ПК и НПК удобны благодаря своим не­большим габаритам и компактности при довольно значи­тельной разрывной мощности. Выпускаются на токи от 10 до 400 А при напряжении переменного тока до 380 В. Под­разделяются на открытые (ПК) и герметические (ГПК). Для гашения электрической дуги выключатели снабжаются специальными фибровыми шайбами, выделяющими при ее возникновении водород, углекислый газ и водяной пар, что и способствует ее гашению.

Реостаты — устройства, состоящие из регулируе­мого активного сопротивления и переключающего меха­низма. Подразделяются в зависимости от назначения на пусковые, регулировочные, нагрузочные, реостаты для цепей возбуждения. Бывают реостаты с воздушным и мас­ляным охлаждением. Резисторы для реостатов изготовляют из константана, манганина, нихрома, фехраля, стальной проволоки и чугуна. В системах мощных электроприводов часто применяют ящики с чугунными резисторами, вклю­чаемыми и отключаемыми с помощью контакторов.

Контакторы и магнитные пускате­ли — это электромагнитные аппараты, применяемые в схе­мах дистанционного и автоматического управления электро­двигателями или в сетях наружного и внутреннего осве­щения. Контакторы служат для частых включений и отключений цепей под нагрузкой, но не рассчитаны на отключение токов короткого замыкания и поэтому устанав­ливаются вместе с аппаратами защиты (см. дальше). Ра­ботают в цепях постоянного и переменного тока. Имеют различные габариты и конструктивное устройство в зави­симости от коммутируемых тока (от 6,3 до 1000 А) и напря­жения (36—660 В).

На рис. 13.2 показано устройство контактора типа П6. Контактор состоит из основания, представляющего собой стальную скобу / с пластмассовой колодкой 2, в которой размещены сердечник 3 магнитопровода с втягивающей ка­тушкой 5 и головки 6. Головка прикреплена к основанию винтами 14, которыми одновременно крепятся колодка, сердечник и катушка. На головке расположены пластины 13 с неподвижными контактами и винтами 14 для присое­динения проводов. На пластмассовой траверсе 10 установ­лены четыре мостика 12 с подвижными контактами и пружинами И. Для возврата сердечника в исходное положе­ние служит возвратная пружина 4.

Магнитный пускатель представляет собой ящик, в который встроены трехполюсный контактор n переменного тока и, как правило, два тепловых реле для защиты электродвигателя от перегрузки (но не от корот­кого замыкания).

На рис. 13.3 приведена принципиальная схема управ­ления трехфазным асинхронным короткозамкнутым элект­родвигателем (нереверсируемым) . При нажатии кнопки «Пуск» на катушку контактора подается напряжение, включаются главные контакты Л в силовой цепи и блок-контакт Л в цепи управления, шунтирующий кнопку, электродвигатель идет в ход. Кнопку «Пуск» можно отпус­тить, так как цепь для протекания тока сохраняется через кнопку «Стоп», блок-контакт Л, катушку контактора и контакты 1РТ и 2РТ тепловых реле.

Предохранители П служат для защиты электродвига­теля и самого пускателя от токов короткого замыкания. Для отключения пускателя достаточно нажать кнопку «Стоп». Цепь тока через катушку разорвется, и двигатель остановится. Он также остановится при срабатывании теплового реле, исчезновении напряжения или его пони­жении до 70% от номинального значения.

Для повторного включения необходимо вновь нажать кнопку «Пуск». Рубильник Р служит для полного обесточивания цепи. Подбор нагревательных (биметаллических)

элементов для тепловых реле производится по справочни­кам или каталогам. Промышленностью выпускаются не­реверсивные и реверсивные пускатели для управления электродвигателями, требующими изменения направления вращения. Такой пускатель имеет два контактора и вклю­чается с помощью трехкнопочной станции — «Вперед», «Стоп», «Назад».

Схемой предусматривается электрическая блокировка, не допускающая одновременного включения двух контак­торов, та:; как это равносильно короткому замыканию. Ре­версивные пускатели снабжаются также механической ры­чажной блокировкой, исключающей одновременное вклю­чение контакторов. Таким образом, в целях надежной ра­боты магнитные пускатели имеют двойную блокировку — электрическую и механическую.

В жилищно-коммунальном хозяйстве городов (в квар­тальных котельных, в крупных насосных станциях) при­меняют асинхронные электродвигатели мощностью 100— 300 кВт и более с фазным ротором. Особенностью их яв­ляется наличие реостата в цепи ротора, благодаря чему пусковой ток ограничивается до величины порядка двукрат­ной по отношению к номинальному току и, следовательно, ограничены колебания напряжения в питающей сети. Существует ряд методов управления ускорением таких элект­родвигателей, которые сводятся во всех случаях к последо­вательному замыканию накоротко отдельных ступеней ре­остата в функции времени, тока и т. д. Метод управления ускорением в функции времени является наиболее распро­страненным как самый простой и надежный в эксплуатации. При автоматическом или дистанционном управлении элек­тродвигателями с фазным ротором применяют заводские станции управления, в которых собрана необходимая пус­ковая аппаратура, а иногда и аппаратура для торможения.

§ 4. АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ

Длительная перегрузка проводов и кабелей, а также короткие замыкания вызывают повышение температуры жил и изоляции свыше допустимых величин, вследствие чего изоляция преждевременно изнашивается. Это может в некоторых случаях привести к пожару или поражению людей электрическим током. Для предотвращения указан­ных повреждений в сетях устанавливают защитные аппа­раты (плавкие предохранители, автоматические выключа­тели, специальные токовые реле), которые обеспечивают отключение участка цепи при непредвиденном увеличении токовой нагрузки сверх длительно допустимой.

Широко распространены плавкие предохранители бла­годаря простоте и малой стоимости. Основную рабочую часть предохранителя — плавкую вставку — изготовляют из цветного металла. Номинальным током пре­дохранителя называют наибольший ток, на кото­рый рассчитаны его токоведущие части, а номиналь­ным током плавкой вставки — наибольший ток, при котором заводом-изготовителем гарантируется, что плавкая вставка будет неопределенно долгое время ра­ботать не расплавляясь. При токе, превышающем номи­нальный на 25—30% и более, плавкая вставка расплав­ляется и защищаемый участок сети отключается. Время расплавления плавкой вставки предохранителя зависит от силы тока перегрузки. Чем больше ток, тем быстрее наступает расплавление. Зависимость полного времени отключения (продолжительность расплавления вставки и горения дуги) от отключаемого тока называется время-токовой или защитной характеристи­кой.

На рис. 13.4 показаны время-токовые характеристики для наиболее распространенных предохранителей серии ПН-2. Патроны этих предохранителей заполнены кварце­вым песком, что способствует интенсивному гашению дуги благодаря ее разветвлению в тончайших промежуткахмежду зернами песка. Технические данные предохраните­лей серии ПН-2 приведены в табл. 13.1.

Автоматические выключатели имеют значительные пре­имущества перед предохранителями благодаря более точным защитным характеристикам, возможности повторного использования после отключения. Их можно также ис­пользовать для нечастых коммутаций (включений и от­ключений) цепи, т. е. можно при определенных условиях совмещать наряду с функциями аппарата защиты функции рубильника. Автоматы исключают возможность примене­ния некалиброванных предохранителей, что, к сожале­нию, часто практикуется в установках с предохраните­лями.

Номинальный ток, А

Предельный ток отключения

Контакты автоматических выключателей замыкаются С помощью ручного или механического привода. Размыка­ние контактов наступает автоматически при изменении состояния цепи, связанного с перегрузкой, коротким за­мыканием, исчезновением или чрезмерным понижением напряжения. Механизм, с помощью которого осуществ­ляется размыкание цепи, называется расцепителем. Оте­чественная промышленность выпускает автоматические вы­ключатели на различные токи и напряжения. Наиболее распространены установочные автоматы серий А-3100, АП-50, АЕ-1000, АК-63, АБ-25. Автоматы А-3161, 3162, 3163 на 50 А — одно-двух- и трехполюсные имеют тепловые расцепители 15, 20, 25, 30, 40, 50 А. Автоматы серии А-3100 бывают двух- и трехполюсные на токи 100 А (расцепители 15, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100), на 200 А (расцепители 120, 150, 200 А), на 600 А (расцепители 250, 300, 400, 500, 600 А).

Расцепители у этих автоматов могут быть трех типов: электромагнитные, тепловые и комбинированные (с тепло-пыми и электромагнитными элементами). Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластинку из двух металлов с различными коэффициентами удлине­ния. При определенном значении тока пластинка нагревается и, изгибаясь, размыкает цепь. Чем больше ток, тем быстрее происходит размыкание. Зависимость времени срабатывания от тока называют защитной или премя-токовой характеристикой автомата. Теп­ловые расцепители имеют обратнозависимую от тока ха­рактеристику. Электромагнитный расцепитель представ­ляет собой катушку с сердечником (стальным) — якорем и пружинным устройством. При определенном значении тока усилие, развиваемое электромагнитом, превысит удержи­вающее усилие пружины и происходит практически мгно­венное размыкание цепи.

Наиболее целесообразны автоматы с комбинированными расцепителями, которые осуществляют с помощью теплового расцепителя защиту от перегрузки, а с помощью электромагнитного расцепителя — защиту от коротких за­мыканий. При токе (8 ÷ 10) I ном. расч. электромагнитный расцепитель срабатывает практически мгновенно, тепловой расцепитель — тем быстрее, чем больше ток. Общий вид и защитная характеристика автомата А-3100 приведены на рис. 13.5.

Автомат АП-50 имеет аналогичные исполнения, но до­пускает небольшую регулировку номинального тока расцепителя на монтаже (номинальные токи тепловых расцепителей—1,6; 2,5; 6,4; 10; 16;, 25; 40; 50 А). Автоматы АБ-25 — бытовые, имеют только тепловые расцепители 15, 20, 25 А и применяются для защиты групповых сетей квар­тир в жилых домах. Автоматы типа АЕ-1311, которые за­менили автоматы АБ-25, имеют тепловые, электромагнит­ные и комбинированные расцепители на номинальные токи 6, 10, 16, 25 А. Некоторые типы автоматов имеют расцепи­тели, отключающие цепь при понижении напряжения ниже допустимого (защита минимального напряжения), а также независимые расцепители для дистанционного отключе­ния.

В настоящее время освоены производством новые серии автоматических выключателей АЕ20 (на ток до 100 А) А37 (на ток до 630 А), имеющие лучшие технические характеристики и заменяющие установочные автоматы А-3100, которые снимаются с производства. Данные серии имеют более широкую шкалу расцепителей и повышенную стой­кость при коротких замыканиях. Автоматические выключа­тели АЕ20 выпускаются на номинальные токи 10 А (с расцепителями 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10 А), 25 А (с расцепителями 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25 А); 63 А (с рас­цепителями 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63 А) и 100 А (с расцепителями 16; 20; 32; 40; 50; 63; 80; 100 А). Некоторые типы указан­ных выключателей до­пускают регулировку тепловых расцепителей в пределах 0,9—1,15 но­минального тока, име­ют температурную ком­пенсацию, а также снаб­жены дополнительными расцепителями и контак­тами, что очень важно при построении схем электрических сетей. Для примера на рис. 13.6 приведены защит­ные характеристики ав­томатических выключа­телей АЕ-20 с устройст­вом температурной ком­пенсации с комбиниро­ванными расцепителя­ми.

Автоматические выключатели серии А37 выпускают на номинальные токи 160 А (с расцепителями 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160 А), 250 А (с расцепителями 160; 200; 250 А) и 630 А (с расцепителями 250; 320; 400; 500; 630 А). Тепловые расцепители этих автоматов, так же к&к и АЕ20, имеют обратнозависимую от тока характеристику. Электромагнитные расцепители обеспечивают мгновенное отключение поврежденного участка сети при определенных значениях уставки токов отключения, указанных в ката­логах.

Некоторые сведения об автоматах новых серий АЕ20 п А37 приведены в приложениях.

§ 5. ПРИНЦИПЫ НАЧЕРТАНИЯ И ЧТЕНИЯ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Построение схем управления электроприводами бази­руется на следующих основных положениях: 1) каждый элемент аппарата имеет специальное условное обозначение, установленное ГОСТами; 2) контакты аппаратов изобра­жают в таком состоянии, когда они не испытывают внешних электрических или механических воздействий; 3) взаимо­связь между отдельными элементами электрической аппа­ратуры показывается на электрических схемах, которые подразделяются на принципиальные и монтажные (схемы соединений); 4) принципиальные схемы принято изобра­жать в развернутом виде, т. е. отдельные элементы аппара­тов (контакты, катушки и т. д.) показываются в тех цепях, где они работают, независимо от их действительного поло­жения в аппаратуре. Примером такой схемы является схема управления электродвигателем, приведенная на рис. 13.3; 5) все элементы аппаратуры и соединяющие их проводники маркируются буквами или цифрами; 6) на схе­мах соединений все элементы аппаратуры указываются в со­ответствии с их действительным положением; эти схемы составляют в строгом соответствии с принципиальными и используют для изготовления щитов, шкафов, пультов, станций управления, в которых расположена аппаратура; 7) для соединения различных аппаратов, расположенных в разных местах, составляют схемы внешних соединений (схемы подключений).

§ 6. УСТАНОВОЧНЫЕ ПРОВОДА

Электропроводки в жилых и общественных зданиях вы­полняют в основном незащищенными изолированными уста­новочными проводами с алюминиевыми жилами. Защищен­ные (имеющие дополнительную оболочку) провода, а также небронированные кабели марок АВРГ, АНРГ, АВВГ при­меняют вместо проводок в трубах. Рассмотрим характери­стики некоторых марок установочных проводов, наиболее часто применяемых в кирпичных и железобетонных граж­данских зданиях.

Провод марки АПВ — одножильный, с алюминиевой жилой и поливинилхлоридной изоляцией на напряжение до 660 В. Изготовляется сечениями 2—120 мм2, применяется для прокладки в трубах, пустотах несгораемых строительных конструкций, коробах и в пластмассовых плинтусах (электротехнических). Провод марки АППВС — двухжиль­ный или трехжильный, плоский с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией. Изготовлялся сечения­ми 2,5—6 мм2 на напряжение 380 и 500 В. Применяется для скрытой прокладки под штукатуркой, а также в осве­тительных, внутриквартирных сетях для прокладки в ка­налах, пустотах несгораемых строительных конструкций и замоноличивания (см. ниже) в строительные конструк­ции. Может прокладываться скрыто по сгораемым основа­ниям, но с подкладкой асбеста или слоя алебастрового раствора.

Провод марки АППВ такой же, как и АППВС, но снаб­жен разделительной изоляционной пленкой. Применяют для открытой прокладки непосредственно по несгораемым основаниям. Часто используют для замоноличивания в стро­ительных конструкциях. Может быть проложен открыто на роликах. Провод марки АПН — одно-, двух- и трехжиль­ный, с алюминиевыми жилами, найритовой резиновой изо­ляцией. Изготовляется сечением 2,5—4 мм2, а одножильный и 6 мм2, на напряжение 500 В. Применяется для скрытой прокладки под штукатуркой, допускается для прокладки в каналах, пустотах несгораемых строительных конструк­ций. Применяют для открытой прокладки с креплением путем приклеивания, однако в этом случае следует про­кладывать провода со светостойкой изоляцией.

Провод марки А ПРИ — одножильный, с резиновой изо­ляцией в негорючей резиновой оболочке. Изготовляется сечениями 2,5—120 мм2 на напряжение 660 В. Применяется для открытой прокладки на роликах и изоляторах, на лот­ках в трубах и коробах сухих и влажных помещений, а также непосредственно по поверхностям стен и потолков. Провод марки АПРВ — одножильный, с алюминиевой жи­лой, резиновой изоляцией в полихлорвиниловой оболочке. Изготовляется сечениями 2,5—6 мм2 на напряжение 500 В. Применяют для открытой прокладки на роликах и изоля­торах. Допускается для прокладки в трубах и коробах в сухих и влажных помещениях. Провод марки АПРТО — с алюминиевыми жилами, резиновой изоляцией и хлопчато­бумажной пропитанной оплеткой на напряжение 660 В для прокладки в стальных трубах. Изготовляется одножильным сечением 2,5—400 мм2, с числом жил 2, 3, 3+1, сечениями 2,5—120 мм2. Применение проводов марки АПРТО в дру­гих условиях нецелесообразно.

Провода с медными жилами применяют в случаях, ого­воренных ПУЭ, в частности в некоторых видах помещений с взрывоопасной средой, на сценах театров, в кинопроекци­онных и т. д. Более детальные рекомендации в области применения проводов с учетом вида проводки, способа прокладки и характеристики окружающей среды даны в «Указаниях по выбору и применению установочных элек­трических проводов для силовых и осветительных сетей».

Длительно допустимый ток для проводов с резиновой и пластмассовой изоляцией на напряжение до 1000В с алюминиевыми( числитель) и медными (знаменатель) жилами при температуре окружающего воздуха 25 0 С. приведен в таблице.

Сечение провода жилы ММ 2

Допустимыйток I_доп(А) в зависимости от способа прокладки

В стальных трубах при числе проводов в трубе

В качестве аппаратуры для дистанционного и автомати­ческого управления используются контакторы и различные реле.

Электрическое оборудование и аппараты.

Рубильники

Для ручного включения электрических машин и цепей постоян­ного и переменного тока при напря­жениях до 500 В и токах до 1000 А применяются рубильники. На рис. 11-4, а и б показаны простой ру­бильник и его условное изображение на схемах. К стойкам 2, укрепленным на изолирующей плите 1, присоеди­няются провода 3. В нижних стойках шарнирно закреплены металли­ческие ножи 4. На рис. 11-4, б показан трехполюсный рубильник, ножи которого, соединенные изолирующей траверсой 5, включаются одновременно. Рубильники могут быть одно-, двух- и многополюсными. При размыкании нагруженной цепи ручкой управления б между верхними стойками и ножами возникает электрическая дуга 7, оплавляю­щая контакты. Поэтому показанный рубильник применяется как разъединитель в цепях переменного тока при напряжении до 220 В, т. е. для отключения цепи без нагрузки.

Для отключения цепей под нагрузкой применяют рубильники с дугогасительными контактами (рис. 11-5). При отключении сначала отрываются рабочие ножи 1, а затем под влиянием натяжения пружин разрывные ножи 2. Размыкание происхо­дит очень быстро, что способствует растягива­нию и гашению дуги.

В установках переменного тока 380 и 500 В и постоянного тока 220 В и выше для отключе­ния цепей под нагрузкой выключатели снаб­жаются специальными дугогасительными устрой­ствами. Одним из таких устройств является дугогасительная решетка (рис. 11-6). Над рабочими контактами 1 и 2 ставится решетка из стальных пластин 3, помещенная в камеру из асбестоцемента, керамики и др. Возникшая при размыкании дуга загоняется электродинамиче­скими силами и тягой сильно нагретого воздуха вверх в решетку, где делится на отдельные дуги. Для горения каждой такой дуги требуется вполне определенное напряжение. Если разо­рвать дугу на такое число частей, при котором напряжение между контактами 1 и 2 меньше суммы напряжений, не­обходимых для горения отдельных дуг, то все дуги быстро гаснут. Дугогасительные решетки и рубильники целиком при напряжениях 220, 380 и 500 В закрываются защитными кожухами.

Пакетные выключатели

Для уменьшения габаритов распределительных устройств при ручном включении и выключении электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением 220 и 380 В и длительном токе от 10 до 400 А применяются малогабаритные приборы — пакетные вы­ключатели (рис. 11-7, а).

Провода сети присоединяются к неподвижным контактам 3, укреп­ленным на неподвижных шайбах 2 из изолирующего материала. При повороте четырехгранного валика ручкой 5 расположенные на нем по­движные контакты 4 могут занимать два положения со сдвигом на 90°, показанные на рис. 11-7, б и в. Эти контакты двойные и при замыкании охватывают неподвижные контакты сверху и снизу. В положении 11-7,6 неподвижные контакты замкнуты подвижными, а в положении 11-7, в они разомкнуты. Так происходит во всех трех шайбах 2, расположенных одна над другой.

В одной плоскости с подвижными контактами 4 находятся двойные фибровые шайбы б, которые поворачиваются вместе с контактами. В положении, показанном на рис. 11-7, в, эти шайбы обхватывают не­подвижные контакты 3 сверху и снизу. Фибровые шайбы служат для гашения электрической дуги, которая, возникнув при размыкании кон­тактов, разлагает фибру с выделением водорода, углекислого газа и воды, что способствует гашению. Размыкание контактов при повороте ручки 5 происходит при помощи пружинного механизма под крышкой 1, уменьшающего время размыкания.

Реостаты для пуска и регулирования электродвигателей

Реостаты служат для регулирования тока и соби­раются из стандартных элементов, представляющих собой сопротивле­ния, закрепленные на изолирующем основании. Материалом сопротив­лений служат константан, манганин, нихром, фехраль, стальная про­волока и чугун. На рис. 11-8, а и б показаны элементы рамочного типа из проволоки и из ленты. Они намотаны на стальной пластине 1 и изо­лированы от нее фарфоровыми или стеатитовыми «наездниками» 2. На рис. 11-8, в изображен чугунный элемент сопротивления, из которых собираются ящики сопротивлений (рис. 11-9).

В отличие от ящиков сопротивлений реостаты имеют коммутирую­щее устройство для регулирования величины сопротивления (рис. 11-10). При повороте рукоятки 2 на крышке 1 поворачиваются вал 3 и щеточное приспособление 4. Выводы от секций 6 располагаются по ок­ружности на изолирующей плите 5. Под коробкой 7 расположены вы­водные зажимы реостата; вся кон­струкция сопротивлений для ох­лаждения помещается в бак с маслом.

Кроме металлических реоста­тов, получивших наибольшее рас­пространение, существуют жидкост­ные реостаты, например для пуска асинхронных двигателей с кольца­ми. Жидкостный реостат представ­ляет собой бак с электролитом (обыч­но вода с 8-10%-ным содержанием соды), в которой погружаются изолированные друг от друга металли­ческие пластины. Регулирование получается плавное, величина со­противления реостата пропорциональна расстоянию между пластинами и обратно пропорциональна той поверхности пластин, которая погру­жена в раствор.

Контроллеры

Контроллерами называются аппараты, служащие для включений, выключений и переключений сопротивлений при пу­ске, регулировании и изменении направления вращения двигателей. Сам контроллер содержит переключающий механизм, а сопротивления в виде ящиков (рис. 11-9) устанавливаются отдельно. В отличие от многополюсного рубильника, контроллер замыкает и размыкает разные цепи не одновременно, а в установленной последовательности. На рис. 11-11, а показан вид сверху на один выключатель кулачкового типа контроллера.

На вертикальной раме 3 укреплен пластмассовый изолятор 2, несущий на себе неподвижный контакт выключателя 1, к которому проводом 12 подводится ток от кабельного наконечника переключаемой цепи 11. Основанием подвижного контакта 4 служит пластмассовый изолятор 5, который может поворачиваться на оси 6. Этот контакт присоединяется к кабельному наконечнику сети 14 проводом 13. Пру­жина 8 всегда стремится прижать подвижной контакт 4 к контакту 1. На вертикальном валу 10 против ролика 7 помещена кулачковая шайба 9, при помощи которой, поворачивая вал 10, можно замыкать и размыкать контакты 4 и 1. Такие выключатели (кулачковые элементы) располагаются вдоль оси 10, а число их определяется схемой включения дви­гателя.

На схеме пуска асинхронного двигателя с кольцами (рис. 11-11, в) показано, что выключателей должно быть девять (/, //, ///, IV, V, VI, VII, VIII, IX), а условное изображение их на схемах дано на рисунке 11-11,в. На крышке контроллера, которая будет поставлена сверху, против ручки, поворачивающей вал 10, указываются позиции 1, 2, 3, 4, 5 вперед и назад. Замкнутым на схеме (11-11, в) следует считать тот выключатель, против которого стоит точка на соответствую­щей позиции.

В позиции 0 статор присоединен к сети зажимом С₂, в ротор вклю­чены сопротивления r₁ , r₂ , r₃ , соединенные в звезду, и двигатель отклю­чен. В позиции 1 вперед замыкаются выключатели II и IV, статор при­соединяется к сети и двигатель начинает вращаться при полном сопро­тивлении в цепи ротора. При повороте ручки в позицию 2 замыкается выключатель V и часть сопротивления r₁ шунтируется. При дальнейшем повороте ручки в положения позиций 3, 4, 5 постепенно замыкаются выключатели, VI, VII, VIII и IX, чем шунтируются сопротивления во всех фазах ротора.

При поворачивании вала в обратную сторону (пуск назад) вместо выключателей // и IX срабатывают выключатели / и ///, отчего ме­няются местами две фазы в цепи статора и двигатель вращается в об­ратном направлении. Переключения в цепи ротора производятся в той же последовательности.

Cистемы управления электроприводами

Функции систем управления электроприводами, их классификация и предъявляемые к ним требования

Задачами управления электроприводами являются: осуществление пуска, регулирование скорости, торможение, реверсирование рабочей машины, поддержание ее режима работы в соответствии с требованиями технологического процесса, управление положением рабочего органа машины. При этом должны быть обеспечены наибольшая производительность машины или механизма, наименьшие капитальные затраты и расход электроэнергии.

Конструкция рабочей машины, вид электропривода и система его управления связаны между собой. Поэтому выбор, проектирование и исследование системы управления электроприводом должны осуществляться с учетом конструкции рабочей машины, ее назначения, особенностей и условий работы.

Кроме основных функций системы управления электроприводами могут выполнять некоторые дополнительные функции, к которым относятся сигнализация, защита, блокировки и пр. Обычно системы управления одновременно выполняют несколько функций.

Системы управления электроприводами делят на различные группы в зависимости от главного признака, положенного в основу классификации.

По способу управления различают системы ручного, полуавтоматического (автоматизированного) и автоматического управления.

Ручным называется управление, при котором оператор непосредственно воздействует на простейшие аппараты управления. Недостатками такого управления являются необходимость расположения аппаратов вблизи электропривода, обязательное присутствие оператора, низкие точность и быстродействие системы управления. Поэтому ручное управление находит ограниченное применение.

Управление называется полуавтоматическим , если его осуществляет оператор путем воздействия на различные автоматические устройства, выполняющие отдельные операции. При этом обеспечивается высокая точность управления, возможность дистанционного управления, снижается утомляемость оператора. Однако при таком управлении ограничено быстродействие, так как оператор может затрачивать время на принятие решения о требуемом режиме управления в зависимости от изменившихся условий работы.

Управление называется автоматическим , если все операции управления осуществляются автоматическими устройствами без непосредственного участия человека. В этом случае обеспечиваются наибольшие быстродействие и точность управления системы автоматического управления по мере развития средств автоматики получают все большее распространение.

По роду выполняемых в производственном процессе основных функций системы полуавтоматического и автоматического управления электроприводами можно разделить на несколько групп.

К первой группе относятся системы, обеспечивающие автоматические пуск, остановку и реверсирование электропривода. Скорость таких приводов не регулируется, поэтому они называются нерегулируемыми. Такие системы применяются в электроприводах насосов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров, лебедок вспомогательных механизмов и т. п.

Ко второй группе относятся системы управления, которые кроме выполнения функций, обеспечиваемых системами первой группы, позволяют регулировать скорость электроприводов. Подобного рода системы электроприводов называются регулируемыми и применяются в грузоподъемных устройствах, транспортных средствах и пр.

К третьей группе относятся системы управления, обеспечивающие кроме вышеуказанных функций возможность регулирования и поддержания определенной точности, постоянства различных параметров (скорости, ускорения, тока, мощности и т. д.) при изменяющихся производственных условиях. Такие системы автоматического управления, содержащие обычно обратные связи, называются системами автоматической стабилизации .

К четвертой группе относятся системы, которые обеспечивают слежение за сигналом управления, закон изменения которого заранее не известен. Такие системы управления электроприводами называют следящими системами . Параметрами, за которыми обычно осуществляется слежение, являются линейные перемещения, температура, количество воды или воздуха и пр.

К пятой группе относятся системы управления, обеспечивающие работу отдельных машин и механизмов или целых комплексов по заранее заданной программе, называемые программными системами .

Первые четыре группы систем управления электроприводами обычно входят как составные части в систему пятой группы. Кроме того, эти системы снабжаются программными устройствами, датчиками и другими элементами.

К шестой группе относятся системы управления, которые обеспечивают не только автоматическое управление электроприводами, включая системы первых пяти групп, но и автоматический выбор наиболее рациональных режимов работы машин. Такие системы называются системами оптимального управления или самонастраивающимися . Они обычно содержат вычислительные машины, которые анализируют ход технологического процесса и вырабатывают командные сигналы, обеспечивающие наиболее оптимальный режим работы.

Иногда классификацию систем автоматического управления осуществляют по типу применяемых аппаратов . Так, различают системы релейно-контакторные, электромашинные, магнитные, полупроводниковые. Важнейшей дополнительной функцией управления является защита электропривода .

К системам автоматического управления предъявляются следующие основные требования : обеспечение режимов работы, необходимых для осуществления технологического процесса машиной или механизмом, простота системы управления, надежность системы управления, экономичность системы управления, определяемая стоимостью аппаратуры, затратами энергии, а также надежностью, гибкость и удобство управления, удобство монтажа, эксплуатации и ремонта систем управления.

По необходимости предъявляются дополнительные требования: взрывобезопасность, искробезопасность, бесшумность, стойкость к вибрации, значительным ускорениям и пр.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

УПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Техническая реализация управляющих устройств современного ЭП весьма разнообразна. Они различаются по своей элементной базе, роду тока, мощности, конструктивному исполнению и ряду других признаков.

Контактные устройства и элементы управления характеризуются наличием механических контактов. К ним относятся кнопки и ключи управления, командоконтроллеры и реле.

Кнопки управления предназначены для подачи оператором управляющего воздействия на ЭП, например для его включения и выключения. Они различаются по величине — нормальные и малогабаритные, по числу замыкающих и размыкающих контактов, по форме толкателя. Две, три или более кнопок, смонтированных в одном корпусе, образуют кнопочную станцию.

Командоконтролллеры (командоаппараты) предназначены для коммутации нескольких маломощных электрических цепей. Эти аппараты имеют ручное управление от рукоятки или педали с несколькими положениями. Командоаппараты классифицируются по количеству коммутируемых цепей, виду привода контактной системы, числу рабочих положений рукоятки (педали), диаграммы включения и выключения контактов.

Электромагнитное реле представляет собой аппарат, предназначенный для коммутации слаботочных цепей управления ЭП в соответствии с электрическим сигналом, подаваемым на его катушку. Область применения реле очень широкая. Они используются в качестве датчиков тока и напряжения, промежуточных элементов для передачи команд из одной цепи в другую и размножения сигналов, датчиков времени, выходных элементов различных датчиков координат ЭП и технологических параметров рабочих машин и механизмов. Другими словами, они выполняют самые разнообразные функции управления, контроля, защиты и блокировок в автоматизированном ЭП.

Герконовые электромагнитные реле имеют ту особенность, что их контакты герметизированы, что повышает их износостойкость и надежность в работе.

Аналоговые устройства и элементы характеризуются наличием функциональной (линейной или нелинейной) зависимости между входным и выходным сигналами, при этом выходной сигнал может принимать любые значения. Другими словами, аналоговые элементы и устройства оперируют непрерывными (аналоговыми) электрическими сигналами. Аналоговые устройства и элементы выполняются, как правило, с использованием полупроводниковых (бесконтактных) приборов.

Основным видом аналоговых устройств управления является операционный усилитель (ОУ), на базе которого создаются различные регуляторы и функциональные преобразователи электрических сигналов, представляющий собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления (до тысячи и более), охваченного отрицательной обратной связью. Схема ОУ приведена на рис. 3.11, где через z_BxV •••, z_BXi обозначены активно-емкостные входные сопротивления ОУ, a z_oc — сопротивление цепи обратной связи.

ОУ, включенный по схеме рис. 3.11, осуществляет преобразование входных сигналов U , в соответствии с выражением

где т — количество входных сигналов.

Когда на вход ОУ поступает один входной сигнал U_m, a z_oc = R_oc и z_BX] = /. имеет место следующее преобразование входного сигнала

т.е. осуществляется его умножение на коэффициент к =R_0C/ R_< и изменение знака на противоположный. При R_oc = R_<(k = 1) имеет место так называемое инвертирование входного сигнала по знаку.

Если , то ОУ осуществляет суммирование

подаваемых на него электрических входных сигналов с одновременным умножением их на соответствующий коэффициент

При включении во входные цепи и цепи обратных связей наряду с резисторами конденсаторов ОУ позволяют осуществлять и другие преобразования входных сигналов, необходимые для получения нужных управляющих воздействий в схемах управления и автоматики. Такие схемы получили название регуляторов, к числу которых относятся пропорциональный П-регулятор, пропорционально-интегральный ПИ-регулятор, пропорционально-дифференциальный ПД- регулятор.

Рис. 3.11. Схема операционного усилителя

Дискретные элементы и устройства. Тенденцией развития систем управления и автоматизации ЭП является широкое применение в них дискретных элементов и создаваемых на их базе цифровых устройств. Такие схемы характеризуются высокими точностью, быстродействием и надежностью в работе, малым энергопотреблением и хорошей помехоустойчивостью. Они естественным образом сочетаются с ЭВМ, составляя с ними единую автоматизированную систему управления (АСУ) технологическим процессом, предприятием или отраслью.

Во многих случаях целесообразным оказывается создание смешанных цифроаналоговых схем, сочетающих в себе наилучшие свойства аналоговых и дискретных элементов и устройств.

Дискретные элементы и устройства могут иметь только два уровня выходного сигнала — нулевой и максимальный, который появляется или исчезает при достижении входным сигналом определенного значения.

Логическими элементами (ЛЭ) называются дискретные элементы, напряжения на входе и выходе которых могут принимать значения или высокое — логическая единица, или низкое — логический нуль. Они могут выполняться на электромагнитных реле, магнитных элементах и в виде интегральных схем, являющихся современным их исполнением. К базовым относятся логический элемент «НЕ», выполняющий операцию отрицания (инвертирования), логический элемент «ИЛИ», сигнал на выходе которого появляется при наличии хотя бы одного входного сигнала, и логический элемент «И», сигнал на выходе которого появляется только в том случае, когда все входные сигналы равны единице.

Кроме того, логические элементы могут выполнять комбинированные логические функции, запоминание определенного уровня входного сигнала (операция «Память»), блокировку (операция «Запрет»), выдержку времени на включение и отключение и другие операции.

Триггер является одним из наиболее распространенных элементов цифровых устройств управления, обладающий двумя устойчивыми состояниями и способный скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала. С использованием триггеров строятся различные логические и вычислительные узлы, а также генерирующие устройства и устройства памяти. По способу записи информации различают /?5-триггер, JK- триггер, /)-триггер, Г-триггер.

Вычислительные устройства предназначены для выполнения различных арифметических операций. К вычислительным устройствам относятся счетчики, предназначенные для подсчета числа входных сигналов (импульсов), сумматоры, выполняющие операцию сложения двух чисел, и компараторы, используемые для сравнения двух чисел.

Логические цифровые узлы осуществляют различные логические операции над дискретными электрическими сигналами. К ним относятся распределители импульсов, шифраторы, дешифраторы и мультиплексоры.

Устройства памяти предназначены для запоминания, хранения и выдачи информации. К ним относятся регистры, матрицы-накопители и запоминающие устройства (ЗУ): оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).

Цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи применяются для взаимного преобразования аналоговых и цифровых сигналов. Они могут выполняться в виде преобразователя код — напряжение (ПКН), преобразующего двоичный или двоичнодесятичный код в напряжение постоянного тока, преобразователей частота — напряжение (ПЧН) и напряжение — частота (ПНЧ), осуществляющих преобразование частоты следования импульсов в напряжение постоянного тока и обратное преобразование.

Микропроцессорные средства управления. Микропроцессор — это программно-управляемое цифровое устройство, предназначенное для обработки информации и управления этим процессом.

Микропроцессор выполняется на основе одной или нескольких больших интегральных схем (БИС), которые состоят из нескольких десятков тысяч простых элементов и могут иметь 24, 40, 48 и 64 вывода.

В состав микропроцессора входят арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными в виде двоичных чисел, устройство для управления блоками микропроцессора и запоминающее устройство. Эти три основные части микропроцессора соединены тремя информационными линиями связи — шинами данных, адресов и управления.

Для выполнения функции управления объектами создается микропроцессорная система (МПС), структура которой приведена на рис. 3.12.

В состав МПС наряду с микропроцессором МП входят устройства памяти оперативной ОЗУ и постоянной ПЗУ, интерфейсное устройство ИУ, устройства сопряжения УС1-УС5 с внешним объектом управления ОУ; внешние запоминающие устройства ВЗУ, устройства ввода-вывода информации УВВ, общая шина ОШ, включающая в себя шины данных, адресов и управления.

ОЗУ и ПЗУ служат для размещения подлежащих обработке данных программы, в соответствии с которой эта обработка должна вестись, и результатов обработки. Для расширения возможностей МПС кроме ОЗУ и ПЗУ могут использоваться внешние запоминающие

Рис. 3.12. Схема микропроцессорной системы

устройства ВЗУ, к числу которых относятся накопители информации на гибких или жестких дисках, магнитной ленте и кассетные накопители.

Устройства ввода-вывода информации У ВВ предназначены для обеспечения взаимодействия МПС и человека в удобной для него форме. К устройствам ввода-вывода относятся клавиатура пульта управления МПС, печатающая машинка (принтер), графопостроители, устройства визуального представления информации (дисплеи) и т.д.

Устройства сопряжения УС обеспечивают связь МПС с различными внешними (периферийными) устройствами. Они могут иметь самые разнообразные схемные и элементные реализации. В частности, для согласования сигналов датчиков Д объекта управления ОУ с МПС используются аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи электрических сигналов, обозначенные на схеме УС1 и УС2.

Устройства сопряжения УСЗ и УС4, предназначенные для связи МПС с ВЗУ и УВВ, представляют собой в простейшем случае буферные (промежуточные) регистры памяти для хранения данных, передаваемых с ОШ на внешние устройства или обратно. УС, получившие название контроллеров (микроконтроллеров), выполняют более сложные функции, и их работа может программироваться.

Устройства сопряжения УС5 выполняют согласование работы данной МПС с другими МПС и ЭВМ. Устройства такого типа получили название адаптеры.

Интерфейс устройств ИУ — это совокупность электронных схем, шин и алгоритмов (программ), обеспечивающая управление передачей информации между МП, памятью и внешними устройствами, к которым относятся УВВ, ВЗУ и Д. Говоря кратко, ИУ обеспечивает требуемое взаимодействие МПС с указанными внешними устройствами при изменении режима ее работы. Типичным примером является переход от выполнения одной программы к выполнению другой при поступлении от какого-либо внешнего устройства сигнала управления. Такой переход получил название прерывания. После завершения прерывающей программы ИУ обеспечивает возврат МПС к работе по прерванной программе. Примерами ИУ являются таймер, блок прямого доступа к памяти, блок организации прерываний.

Программа (совокупность команд) микропроцессора может быть записана несколькими способами. Первый из них предусматривает запись команд непосредственно в виде двоичных чисел, т.е. в виде так называемого машинного кода, «понятного» для данного микропроцессора. Такой способ составления программ в большинстве случаев оказывается малоудобным и требует больших затрат времени, особенно при создании больших программ.

Более удобным является использование языков программирования. Языки низкого уровня типа Ассемблер как средство общения с микропроцессором включают в себя несколько десятков типовых команд, представленных в условных мнемокодах.

Еще большие возможности и удобства пользователю микропроцессорными средствами управления предоставляют языки программирования высокого уровня: Фортран, Паскаль, ПЛ/М, Бейсик, СИ, АДА и их разновидности (диалекты). Составленные на этих языках программы далее транслируются (переводятся) с помощью специальных программ, получивших название кросс-программ, в систему машинных кодов, «понятных» для микропроцессора.

По назначению и своим характеристикам различают:

• • унифицированные блочные микропроцессорные комплексы, которые предназначены для создания локальных систем автоматического управления отдельных агрегатов, технологических комплексов и промышленных систем;
• • специализированные мини- и микроЭВМ, ориентированые на конкретный тип объекта управления и наиболее часто использующиеся как встраиваемые;
• • мини- и микроЭВМ общего назначения, персональные ЭВМ, управляющие мини- и микроЭВМ, имеющие в своем составе широкий набор устройств сопряжения, ввода-вывода и обладающие возможностью выполнения больших объемов вычислительных операций. В связи с этим они применяются при решении сложных задач управления, таких как оптимизация технологических процессов, статистические методы их контроля, хранения и обработки больших объемов информации, управление в реальном масштабе времени и др.;
• • программируемые контроллеры (ПК) представляют собой МПС, предназначенные для управления локальными объектами в реальном масштабе времени. Появившиеся как средство для замены релейной автоматики и устройств жесткой логики на ИС малой и средней степени интеграции ПК в настоящее время представляют собой класс МПС, ориентированных на широкое использование в промышленной среде для решения самых разнообразных задач автоматизации. Для этого ПК имеют соответствующее конструктивное исполнение и специальное программное обеспечение, легко осваиваемое персоналом, не имеющим специальной подготовки в области программирования.

Принцип действия ПК иллюстрирует рис. 3.13. Основную часть схемы ПК образуют запоминающее устройство ЗУ, в котором содержится программа его работы; логический процессор ЛП, осуществляющий логические операции над последовательно вводимыми в него сигналами; коммутатор входных К1 и выходных К2 сигналов; устройства сопряжения ПК с входными УС1 и выходными УС2 сигналами; память П, в которую поступают результаты выполнения логических операций.

Входные сигналы и_вх1, м_вх2, м_вх3, содержащие информацию о ходе технологического процесса, режимах работы отдельных частей управляемого объекта, состоянии защиты и т.д., поступают на вход УС1, которое обеспечивает их гальваническую развязку и формирование из них сигналов, соответствующих величине и виду используемых в данном ПК.

Сформированные таким образом сигналы поступают на вход К1, который последовательно подает на ЛП тот из них, адрес которого содержится в очередной команде, поступающей из ЗУ.

После выполненных Л П преобразований, которые также определяются заложенной в ЗУ программой, сигналы через коммутатор К2 поступают в регистр памяти П и далее через УС2 на выход ПК.

Рис. 3.13. Схема программируемого контроллера

В качестве входных допускаются сигналы напряжением от 5 до 250 В постоянного или переменного тока, общее число которых может достигать тысячи и более. Выходные устройства сопряжения УС2 обычно строятся на основе оптронных тиристоров, обеспечивающих гальваническую развязку выходных цепей и позволяющих управлять достаточно мощными исполнительными устройствами — реле, контакторами, катушками электромагнитов и т.д.

Программирование ПК ведется на проблемно-ориентированных языках, специализированных для решения задач дискретного логического управления. К ним относятся:

• • графические языки релейно-контакторных схем (РКС);
• • графические языки логических схем, использующие типовые логические функции;
• • языки мнемонического символьного кодирования в виде набора строк-уравнений сложных булевых выражений;
• • языки ассемблерного типа;
• • проблемно-ориентированные языки высокого уровня (Граф- сет, Ярус-2, Фокон-2 или модифицированные традиционные языки программирования (Бейсик, Паскаль).

Датчики переменных электропривода. Для работы схем управления электропривода необходима информация о текущих значениях его скорости, тока, момента и других координат, а также времени. Устройства, которые вырабатывают подобную информацию в виде электрических сигналов, получили название датчиков.

При построении схем управления по принципу времени в качестве датчиков времени используются различные реле времени — электромагнитные, моторные, электронные, анкерные и механические. В микропроцессорных средствах управления в качестве датчика времени используются таймеры и счетчики.

В качестве датчиков тока в схемах ЭП используются главным образом реле тока. Их катушки, изготовленные из толстого провода с малым числом витков, непосредственно включаются в цепь контролируемого (регулируемого) тока двигателя. При достижении этим током уровней срабатывания или отпускания происходит коммутация контактов реле тока, которые производят соответствующие переключения в схемах управления двигателем.

Сигнал, пропорциональный току двигателя, может быть получен также с помощью шунта или непосредственно с обмотки дополнительных полюсов двигателя. В схемах ЭП с двигателями переменного тока в качестве датчиков тока применяются трансформаторы тока, что позволяет также осуществить потенциальное разделение силовых цепей и цепей управления.

В замкнутых схемах ЭП применение находят датчики тока, использующие эффект Холла. Такие датчики обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей и обеспечивают высокую точность измерения тока.

В качестве датчиков напряжения используются реле напряжения, позволяющие получать информацию в дискретном виде о контролируемых уровнях напряжения, например о его исчезновении. Для получения аналоговых сигналов об уровне напряжения используются потенциометрические датчики, а в цепях переменного тока — трансформаторы напряжения.

Датчики магнитного потока (индукции) выполняются на основе эффекта Холла и используются для получения информации о магнитных полях двигателей.

Датчики усилия (момента) позволяют получать информацию о развиваемых усилии или моменте. В ЭП в качестве датчиков усиления (момента) применяются магнитострикционные и пьезоэлектрические датчики, преобразующие действующее на них механическое усилие в электрический сигнал. Разновидностью датчиков усилия и момента являются датчики деформации, поскольку механическая деформация (в пределах закона Гука) материального тела пропорциональна действующему на него усилию или моменту. В качестве этих датчиков применяются тензометрические преобразователи, в которых при деформировании чувствительного элемента — тензорезистора — изменяется его электрическое сопротивление и электрический сигнал на выходе тензодатчика.

Датчики скорости предназначены для измерения скорости вращения вала двигателя или исполнительного органа рабочей машины. Они представляют собой специализированные электрические машины небольшой мощности, выходное напряжение которых пропорционально скорости вращения их якоря (ротора). По принципу своего действия и устройству тахогенераторы бывают постоянного и переменного тока, выходной сигнал которых может иметь аналоговый или импульсный характер.

Цифровые датчики скорости позволяют повысить точность регулирования скорости исполнительных органов рабочих машин. Информация о скорости ЭП может быть получена также и от самого двигателя — якоря двигателя постоянного и ротора асинхронного двигателя, поскольку наводимая в них ЭДС пропорциональна скорости вращения.

Датчики положения делятся на две группы — контактные и бесконтактные, которые, в свою очередь, делятся на дискретные и аналоговые.

К контактным датчикам положения относятся путевые и конечные выключатели различных типов. Они используются для получения сигналов при достижении ЭП или исполнительным органом

рабочей машины определенных положений, которые затем поступают в цепи управления, защиты и сигнализации. Например, конечные выключатели применяются для предотвращения выхода моста подъемного крана за пределы подкрановых путей, а путевые выключатели используются для подачи команд управления в схему ЭП при подходе кабины лифта к месту остановки (этажу).

Путевые и конечные выключатели могут быть бесконтактными и контактными. Последние в зависимости от вида привода их контактной системы делятся на вращающиеся, рычажные и нажимные.

В замкнутых схемах управления ЭП применяются аналоговые и цифровые датчики. К аналоговым датчикам относятся сельсины, вращающиеся трансформаторы, магнесины и индуктосины. Все они представляют собой электрические машины малой мощности, которые обеспечивают преобразование угла поворота или положение движущегося тела в электрический сигнал.

Широкое распространение в ЭП находят дискретные фотоэлектрические датчики положения. Эти датчики могут вырабатывать сигналы в виде импульсов напряжения или в цифровом коде и отличаются высокой точностью, быстродействием, простотой и надежностью конструкции. Применение в ЭП находят комбинированные датчики этого типа, позволяющие получать информацию как о положении, так и о скорости движения вала двигателя или исполнительного органа.

Датчики технологических переменных. Для реализации систем регулирования переменных технологических процессов должна использоваться информация об их текущих значениях, которая может быть получена от соответствующих датчиков. К ним относятся датчики температуры, давления и расхода жидкости и газа, уровня жидкости, толщины полосового материала, влажности, массы и многих других.

Какую функцию выполняет привод

Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.

1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Функциональные компоненты

• Р – регулятор служит для управления электроприводом.
• ЭП – электрический преобразователь служит для преобразования электроэнергии в регулируемую величину напряжения.
• ЭМП – электромеханический преобразователь электричества в механическую энергию.
• МП – механический преобразователь способен изменять быстродействие и характер движения двигателя.
• Упр – управляющее действие.
• ИО – исполнительный орган.

Функциональные части

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода

• Статические . Механическая и электромеханическая характеристика.
• Механические . Это зависимость скорости вращения от момента сопротивления. При анализе динамических режимов механические характеристики полезны и удобны.
• Электромеханические . Это зависимость скорости вращения от тока.
• Динамические . Это зависимость координат электропривода в определенный момент времени при переходном режиме.

Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:

По принципу регулирования:

• Нерегулируемый.
• Регулируемый.
• Следящий.
• Программно управляемый.
• Адаптивный. Автоматически создает оптимальный режим при изменении условий.
• Позиционный.

По виду передаточного устройства:

По виду преобразовательного устройства:

• Вентильный. Преобразователем является транзистор или тиристор.
• Выпрямитель-двигатель. Преобразователем является выпрямитель напряжения.
• Частотный преобразователь-двигатель. Преобразователем является регулируемый частотник.
• Генератор-двигатель.
• Магнитный усилитель-двигатель.

По методу передачи энергии:

• Групповой . От одного мотора через трансмиссию приводятся в движение другие исполнительные органы рабочих машин. В таком приводе очень сложное устройство кинематической цепи. Электрические приводы такого вида являются неэкономичными из-за их сложной эксплуатации и автоматизации. Поэтому такой привод сегодня не нашел широкого применения.
• Индивидуальный . Он характерен наличием у каждого исполнительного органа отдельного электродвигателя. Такой привод является одним из основных на сегодняшний день, так как кинематическая передача имеет простое устройство, улучшены условия техобслуживания и автоматизации. Индивидуальный привод нашел популярность в современных механизмах: сложных станках, роботах-манипуляторах, подъемных машинах.
• Взаимосвязанный . Такой привод имеет несколько связанных электроприводов. При их функционировании поддерживается соотношение скоростей и нагрузок, а также положение органов машин. Взаимосвязанные электрические приводы необходимы по соображениям технологии и устройству. Для примера можно назвать привод ленточного конвейера, механизма поворота экскаватора, или шестерни винтового пресса большой мощности. Для постоянного соотношения скоростей без механической связи применяется схема электрической связи нескольких двигателей. Такая схема получила название схемы электрического вала. Такой привод используется в сложных станках, устройствах разводных мостов.

По уровню автоматизации:

По роду тока:

По важности операций:

Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:

• Требованиям технологического процесса выбирают двигатель с соответствующими характеристиками, конструктивного исполнения, а также метода фиксации и монтажа.
• Соображениям экономии подбирают надежный, экономичный и простой двигатель, который не нуждается в больших расходах на эксплуатацию, имеет малый вес, низкую цену и небольшие размеры.
• Условиям внешней среды и безопасности подбирают соответствующее исполнение мотора.

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества

• Возможность более точного подбора мощности двигателя для электропривода.
• Электрический мотор менее пожароопасен в отличие от других типов двигателей.
• Приводы дают возможность быстрого пуска и остановки механизма, его плавного торможения.
• Нет необходимости в специальных регуляторах питания для электродвигателя. Все процессы происходят в автоматическом режиме.
• Приводы дают возможность подбора мотора, свойства которого лучше других моделей сочетаются с характеристиками агрегата.
• С помощью электрического привода можно плавно регулировать обороты механизма в определенных пределах.
• Электродвигатель может преодолеть большие и долговременные перегрузки.
• Электропривод дает возможность получения максимальной скорости и производительности рабочего механизма.
• Электродвигатель дает возможность экономить электричество, а при определенных условиях даже генерировать ее в сеть.
• Полная и простая автоматизация установок и механизмов возможна только с помощью электроприводов.
• КПД электромоторов имеет наибольший показатель по сравнения с другими моделями двигателей.
• Моторы производят с повышенной уравновешенностью. Это дает возможность встраивания их в механизмы машин, делать менее массивным фундамент.

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Что такое электрический привод

Любая машина состоит из трех основных частей: двигателя, передаточного механизма к исполнительного органа. Для того чтобы технологическая машина выполняла свои функции, её исполнительные органы должны выполнять вполне определенные перемещения, которые осуществляются с помощью привода.

В общем случае привод может быть ручной, конный, механический, а также от ветряного двигателя, водяного колеса, паровой или газовой турбины, двигателя внутреннего сгорания, пневматического, гидравлического или электрического двигателя. Привод является основным структурным элементом любой технологической машины, его основная задача — обеспечить требуемое перемещение исполнительного органа машины по заданному закону. Современную технологическую машину можно представить как комплекс взаимодействующих приводов объединенные системой управления, обеспечивающей исполнительным органам требуемые перемещения по сложным траекториям.

В процессе развития промышленного производства электрический привод занял в промышленности и в быту первое место по количеству и суммарной установленной мощности двигателей. В любом электроприводе можно выделить силовую часть, по которой энергия передается от двигателя исполнительному органу, и систему управления, обеспечивающую требуемое его перемещение по заданному закону.

Определение электропривода с развитием техники уточнялось и расширялось как в сторону механики, так и в сторону систем управления. В изданной в 1935 году книге «Применение электродвигателей в промышленности» профессором Ленинградского индустриального института В. К. Поповым было приведено следующее определение регулируемого электропривода: «Регулируемым двигателем и приводом мы называем такой, у которого можем менять скорость независимо от нагрузки».

Расширение областей применения и функций электрических приводов при комплексной автоматизации производственных процессов потребовало уточнения и расширения понятия «электропривод». На 3-й конференции по автоматизации производственных процессов в машиностроении и автоматизированному электроприводу в промышленности, состоявшейся в Москве в мае 1959 года, было использовано следующее определение: «Электропривод — комплексное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую энергию и обеспечивающее электрическое управление преобразованной механической энергией».

В 1960 году С. И. Артоболевский в работе «Привод — основной структурный элемент машины» делает вывод о том, что изучению приводов как комплексных систем, включающих двигатель, передаточный механизм и исполнительный орган, не уделяется должного внимания. Теория электропривода изучает условия работы электродвигателя без учета передаточного механизма и вспомогательного органа, а теоретическая механика изучает передаточные устройства и исполнительные органы без учета влияния двигателя.

В 1974 году в учебном пособии «Основы автоматизированного электропривода» Чиликина М.Г. и других авторов было дано следующее определение: «Электрическим приводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации производственных процессов, состоящее из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств».

От передаточного устройства механическая энергия передается непосредственно исполнительному, или рабочему органу производственного механизма. Электропривод осуществляет преобразование электрической энергии в механическую энергию и обеспечивает электрическое управление преобразованной энергией в соответствии с технологическими требованиями к режимам работы производственного механизма.

В 1977 году в политехническом словаре, изданном под редакцией академика И.И. Артоболевского, было приведено следующее определение: «Электрический привод — электромеханическое устройство для приведения в движение механизмов и машин, в котором источником механической энергии служит электродвигатель. Электропривод состоит из одного или нескольких электродвигателей, передаточного механизма и аппаратуры управления».

Современные электроприводы отличаются высокой степенью автоматизации, что позволяет им работать в наиболее экономичных режимах и воспроизводить с высокой точностью требуемые параметры движения исполнительного органа машины. Поэтому в начале 1990-х годов понятие электропривода бы расширено в область автоматизации.

В ГОСТ Р50369-92 «Электроприводы. Термины и определения» приведено следующее определение: «Электропривод — электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса».

В учебнике В.И. Ключева «Теория электропривода», изданном в 2001 году, дано следующее определение электрического привода как технического устройства: «Электрическим приводом называется электромеханическое устройство предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управление технологическими процессами, состоящее из передаточного устройства, электродвигательного устройства и управляющего устройства». При этом приводятся следующие пояснения назначения и состав различных частей электропривода.

Передаточное устройство содержит механические передачи к соединительные муфты, необходимые для передачи вырабатываемой двигателем механической энергии исполнительному механизму.

Преобразовательное устройство предназначается для управления потоком электрической энергии, поступающим из сети в целях регулирования режимов работы двигателя и механизма. Оно представляет собой энергетическую часть системы управления электроприводом.

Управляющее устройство представляет собой информационную слаботочную часть системы управления, предназначенную для сбора и обработки поступающей информации о задающих воздействиях, состоянии системы и выработки на её основе сигналов управления преобразовательным электродвигательным устройствам.

В общем случае понятие «электропривод» может иметь два толкования: электропривод как совокупность различных устройств и электропривод как раздел науки. В учебном пособии для вузов «Теория автоматизированного электропривода», изданном в 1979 году, отмечается, что «теория электропривода как самостоятельная наука родилась в нашей стране». Началом её зарождения можно считать 1880 год, когда в журнале «Электричество» была опубликована статья Д. А. Лачинова «Электромеханическая работа», в которой впервые были обоснованы преимущества электрического распределения механической энергии.

В этом же учебном пособии дается понятие электропривода, как раздела прикладной науки: «Теория электропривода — это техническая наука, изучающая общие свойства электромеханических систем, законы управления их движением и способы синтеза таких систем по заданным показателям».

В настоящее время электропривод — это важная, бурно развивающаяся область науки и техники, занимающая ведущее место в электрификации и автоматизации промышленности и быта, вправление его развития определяется расширением областей применения и повышением требований к электротехническим системам и комплексам.

Электропривод является энергетической базой индустриализации технологических процессов в промышленном производстве. Темпы его внедрения высоки. Электропривод потребляет более 60 % всей вырабатываемой электроэнергии.

Совершенствование электроприводов в настоящее время осуществляется в направлении повышения их производительности, надежности, экономичности, точности работы, снижения удельных и массогабаритных показателей отдельных устройств и электромеханических систем в целом. На всех этапах совершенствования электротехники достижение электроприводом требуемых показателей сопровождалось развитием его теоретических основ.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!