Mạch điều khiển tự động khởi động và dừng động cơ điện một chiều

Việc khởi động bất kỳ động cơ nào đều đi kèm với một số công tắc nhất định trong mạch nguồn và mạch điều khiển. Trong trường hợp này, rơle-công tắc tơ và các thiết bị không tiếp điểm được sử dụng. Đối với động cơ DC để hạn chế dòng khởi động điện trở khởi động được bao gồm trong rôto và mạch phần ứng của động cơ, được tắt khi động cơ được tăng tốc theo từng bước. Khi khởi động hoàn tất, các điện trở khởi động được bỏ qua hoàn toàn.

Quá trình phanh của động cơ cũng có thể được tự động hóa. Sau lệnh dừng, với sự trợ giúp của thiết bị công tắc tơ rơle, các công tắc cần thiết được thực hiện trong mạch nguồn. Khi đạt tốc độ gần bằng 0, động cơ bị ngắt kết nối khỏi mạng. Trong quá trình khởi động, các bước được tắt theo các khoảng thời gian đều đặn hoặc tùy thuộc vào các thông số khác. Điều này làm thay đổi dòng điện và tốc độ của động cơ.

Điều khiển khởi động động cơ được thực hiện như một chức năng của EMF (hoặc tốc độ), dòng điện, thời gian và đường dẫn.

Các cụm và mạch phụ điển hình để điều khiển tự động khởi động động cơ DC

Khởi động động cơ DC với kích thích song song hoặc độc lập được thực hiện với một điện trở được đưa vào mạch phần ứng. Một điện trở là cần thiết để hạn chế dòng khởi động. Khi động cơ tăng tốc, điện trở khởi động được tăng dần. Khi khởi động xong, điện trở sẽ được bỏ qua hoàn toàn và động cơ sẽ trở về đặc tính cơ học tự nhiên của nó (Hình 1). Khi khởi động, động cơ tăng tốc theo đặc tính nhân tạo 1, sau đó là 2 và sau khi điều khiển điện trở - theo đặc tính tự nhiên 3.

Cơm. 1. Đặc tính cơ và điện của động cơ điện một chiều kích từ song song (ω — tốc độ góc quay; I1 M1 — dòng điện cực đại và mô-men xoắn của động cơ; I2 M2 — dòng điện và mô-men xoắn)

Xem xét nút mạch khởi động của động cơ DC (DCM) trong chức năng EMF (Hình 2).

Cơm. 2. Nút mạch khởi động của DCT kích thích song song trong chức năng EMF

Chức năng EMF (hoặc tốc độ) được điều khiển bởi rơle, điện áp và công tắc tơ. Rơle điện áp được cấu hình để hoạt động ở các giá trị emf phần ứng khác nhau. Khi công tắc tơ KM1 được bật, điện áp của rơle KV tại thời điểm khởi động không đủ để hoạt động. Khi động cơ tăng tốc (do emf của động cơ tăng), rơle KV1 được kích hoạt, sau đó là KV2 (điện áp kích hoạt rơle có giá trị tương ứng); chúng bao gồm các công tắc tơ tăng tốc KM2, KMZ và các điện trở trong mạch phần ứng bị mắc song song (mạch chuyển mạch công tắc tơ không được hiển thị trong sơ đồ; LM là cuộn dây kích thích).

Hãy xem sơ đồ khởi động động cơ DC trong chức năng EMF (Hình 3). Vận tốc góc của động cơ thường được cố định gián tiếp, tức làđo các đại lượng liên quan đến vận tốc. Đối với động cơ DC, giá trị như vậy là EMF. Bắt đầu được thực hiện như sau. Bộ ngắt mạch QF bật, trường động cơ được kết nối với nguồn điện. Rơle KA kích hoạt và đóng tiếp điểm của nó.

Các thiết bị còn lại của mạch vẫn giữ nguyên vị trí ban đầu. Để khởi động động cơ, bạn phải Nhấn nút SB1 «Khởi động», sau đó công tắc tơ KM1 được kích hoạt và kết nối động cơ với nguồn điện. Công tắc tơ KM1 tự cấp nguồn Động cơ DC được tăng tốc bằng điện trở R mạch phần ứng động cơ.

Khi tốc độ của động cơ tăng lên, emf của nó và điện áp trong cuộn dây của rơle KV1 và KV2 tăng lên. Ở tốc độ ω1 (xem Hình 1.) rơle KV1 được kích hoạt. Nó đóng tiếp điểm của nó trong mạch công tắc tơ KM2, mạch này ngắt và làm ngắn mạch giai đoạn đầu tiên của điện trở khởi động với tiếp điểm của nó. Ở tốc độ ω2 rơle KV2 được cấp điện. Với tiếp điểm của nó, nó đóng mạch cung cấp của công tắc tơ KMZ, khi được kích hoạt, với một tiếp điểm, sẽ làm ngắn mạch giai đoạn khởi động thứ hai của điện trở khởi động. Động cơ đạt đến đặc tính cơ học tự nhiên và dừng cất cánh.

Cơm. 3. Sơ đồ khởi động DCT kích thích song song trong chức năng EMF

Để mạch hoạt động chính xác, cần đặt rơle điện áp KV1 hoạt động ở EMF tương ứng với tốc độ ω1 và rơle KV2 hoạt động ở tốc độ ω2.

Để dừng động cơ, nhấn nút Dừng SB2. Để ngắt mạch điện, hãy mở cầu dao QF.

Chức năng hiện tại được điều khiển bởi một rơle hiện tại. Xem xét nút mạch khởi động động cơ dc trong hàm từ thông. Trong sơ đồ thể hiện trong hình.4, các rơle quá dòng được sử dụng, chúng nhận ở dòng khởi động I1 và loại bỏ ở dòng điện tối thiểu I2 (xem Hình 1). Thời gian đáp ứng bên trong của rơle dòng điện phải nhỏ hơn thời gian đáp ứng của công tắc tơ.

Cơm. 4. Nút mạch khởi động DCT kích thích song song tùy theo dòng điện

Quá trình tăng tốc của động cơ bắt đầu với điện trở được đưa hoàn toàn vào mạch phần ứng. Khi động cơ tăng tốc, dòng điện giảm, với dòng điện I2, rơle KA1 biến mất và tiếp điểm của nó đóng mạch cung cấp của công tắc tơ KM2, mạch này bỏ qua tiếp điểm đầu tiên của điện trở khởi động với tiếp điểm của nó. Tương tự, giai đoạn khởi động thứ hai của điện trở bị ngắn mạch (rơle KA2, công tắc tơ KMZ). Các mạch điện công tắc tơ không được hiển thị trong sơ đồ. Khi kết thúc khởi động động cơ, điện trở trong mạch phần ứng sẽ được bắc cầu.

Coi mạch khởi động động cơ DC là hàm từ thông (Hình 5). Điện trở của các bậc điện trở được chọn sao cho tại thời điểm mở máy động cơ và mắc song song các bậc thì dòng điện I1 trong mạch phần ứng và thời điểm M1 không vượt quá mức cho phép.

Khởi động động cơ DC được thực hiện bằng cách bật bộ ngắt mạch QF và nhấn nút «Bắt đầu» SB1. Trong trường hợp này, công tắc tơ KM1 được kích hoạt và đóng các tiếp điểm của nó. Dòng khởi động I1 đi qua mạch nguồn của động cơ, dưới tác động của nó, rơle quá dòng KA1 được kích hoạt. Tiếp điểm của nó mở ra và công tắc tơ KM2 không nhận điện.

Cơm. 5. Sơ đồ khởi động DCT kích thích song song như một chức năng của dòng điện

Khi dòng điện giảm xuống giá trị tối thiểu I2, rơle quá dòng KA1 giảm xuống và đóng tiếp điểm của nó.Công tắc tơ KM2 được kích hoạt và thông qua tiếp điểm chính của nó, phần đầu tiên của điện trở khởi động và rơle KA1 sẽ bị shunt. Khi chuyển đổi, dòng điện tăng lên giá trị I1.

Khi dòng điện tăng trở lại giá trị I1, công tắc tơ KM1 không bật, vì cuộn dây của nó bị bỏ qua bởi tiếp điểm KM2. Dưới ảnh hưởng của dòng điện I1, rơle KA2 được kích hoạt và mở tiếp điểm của nó. Khi trong quá trình tăng tốc, dòng điện lại giảm xuống giá trị I2, rơle KA2 giảm xuống và công tắc tơ KMZ bật lên. Khởi động xong, động cơ hoạt động với đặc tính cơ học tự nhiên của nó.

Để mạch hoạt động chính xác, điều cần thiết là thời gian đáp ứng của rơle KA1 và KA2 nhỏ hơn thời gian đáp ứng của các công tắc tơ. Để dừng động cơ, nhấn nút «Dừng» SB2 và tắt bộ ngắt mạch QF để ngắt mạch.

Kiểm soát thời gian được thực hiện bằng cách sử dụng rơle thời gian và các công tắc tơ tương ứng làm ngắn mạch các giai đoạn điện trở với các tiếp điểm của chúng.

Coi nút mạch khởi động động cơ DC là một hàm của thời gian (Hình 6) Rơle thời gian KT được kích hoạt ngay lập tức khi điện áp xuất hiện trong mạch điều khiển thông qua tiếp điểm mở KM1. Sau khi mở tiếp điểm KM1, rơle thời gian KT mất nguồn điện và đóng tiếp điểm của nó với thời gian trễ. Công tắc tơ KM2 sau một khoảng thời gian bằng thời gian trễ của rơle thời gian sẽ nhận điện, đóng tiếp điểm của nó và ngắt điện trở trong mạch phần ứng.

Cơm. 6. Nút mạch khởi động DCT của kích thích song song là một hàm của thời gian

Ưu điểm của điều khiển theo chức năng thời gian bao gồm dễ điều khiển, ổn định của quá trình tăng tốc và giảm tốc, không có độ trễ của truyền động điện ở tốc độ trung gian.

Coi mạch khởi động kích từ song song động cơ DC là một hàm của thời gian. Trong bộ lễ phục. Hình 7 cho thấy sơ đồ của động cơ kích thích song song DC khởi động không thể đảo ngược. Việc ra mắt diễn ra trong hai giai đoạn. Mạch sử dụng các nút SB1 «Bắt đầu» và SB2 «Dừng», công tắc tơ KM1 ... KMZ, rơle thời gian điện từ KT1, KT2. Bộ ngắt QF bật. Trong trường hợp này, cuộn dây của rơle thời gian KT1 nhận điện và mở tiếp điểm của nó trong mạch của công tắc tơ KM2. Động cơ được khởi động bằng cách nhấn nút «Bắt đầu» SB1. Công tắc tơ KM1 nhận nguồn và với tiếp điểm chính của nó kết nối động cơ với nguồn điện có điện trở trong mạch phần ứng.

Cơm. 7. Sơ đồ khởi động không thuận nghịch của động cơ DC theo hàm thời gian

Rơle bảo vệ dòng điện thấp KA phục vụ để bảo vệ động cơ khỏi sự gián đoạn của mạch kích thích. Trong quá trình hoạt động bình thường, rơle KA cấp điện và tiếp điểm của nó trong mạch công tắc tơ KM1 đóng lại, chuẩn bị cho công tắc tơ KM1 hoạt động. Khi mạch kích từ bị đứt, rơ le KA tắt, tiếp điểm của nó mở ra, tiếp điểm KM1 tắt và động cơ dừng. Khi công tắc tơ KM1 được kích hoạt, tiếp điểm chặn của nó sẽ đóng lại và tiếp điểm KM1 trong mạch rơle KT1 sẽ mở ra, tiếp điểm này sẽ tắt và đóng với thời gian trễ.

Sau một khoảng thời gian bằng với thời gian trễ của rơle KT1, mạch cung cấp của công tắc tơ tăng tốc KM2 được đóng lại, mạch này được kích hoạt và với tiếp điểm chính của nó, một giai đoạn của điện trở khởi động sẽ bị đoản mạch. Đồng thời, rơle thời gian KT2 được cấp điện. Động cơ tăng tốc. Sau một khoảng thời gian bằng độ trễ của rơle KT2, tiếp điểm KT2 đóng lại, công tắc tơ tăng tốc KMZ được kích hoạt và tiếp điểm chính của nó tiếp xúc với tầng thứ hai của điện trở khởi động trong mạch phần ứng. Quá trình khởi động hoàn tất và động cơ trở lại các đặc tính cơ học tự nhiên của nó.

Đơn vị mạch điều khiển phanh DC điển hình

Hệ thống điều khiển tự động động cơ DC sử dụng phanh động, phanh ngược chiều và phanh tái tạo.

Trong quá trình hãm động năng, cần phải đóng cuộn dây phần ứng của động cơ thành một điện trở bổ sung và để cuộn dây kích thích được cấp điện. Việc phanh này có thể được thực hiện như một hàm của tốc độ và là một hàm của thời gian.

Điều khiển như một chức năng của tốc độ (EMF) trong quá trình phanh động có thể được thực hiện theo sơ đồ thể hiện trong hình. 8. Khi tắt công tắc tơ KM1, phần ứng của động cơ bị ngắt khỏi nguồn điện, nhưng có điện áp trên các cực của nó tại thời điểm ngắt kết nối. Rơle điện áp KV hoạt động và đóng tiếp điểm của nó trong mạch của công tắc tơ KM2, tiếp điểm này đóng phần ứng của động cơ với điện trở R.

Ở tốc độ gần bằng 0, rơle KV mất điện. Sự giảm tốc hơn nữa từ tốc độ tối thiểu đến dừng hoàn toàn xảy ra dưới tác động của một lực cản tĩnh.Để tăng hiệu quả phanh có thể áp dụng hai hoặc ba giai đoạn phanh.

Cơm. 8. Nút mạch điều khiển tự động phanh động trong chức năng EMF: a — mạch nguồn; b — mạch điều khiển

Sự kích thích độc lập của động cơ không đổi hãm động cơ như là một hàm của thời gian được thực hiện theo sơ đồ thể hiện trong hình. chín.

Cơm. 9. Nút của mạch hãm động DCT kích thích độc lập theo thời gian

Khi động cơ đang chạy, rơle thời gian KT bật, nhưng mạch của công tắc tơ phanh KM2 mở. Để dừng lại, bạn phải nhấn nút "Dừng" SB2. Công tắc tơ KM1 và rơle thời gian KT mất điện; công tắc tơ KM2 được kích hoạt do tiếp điểm KM1 trong mạch của công tắc tơ KM2 đóng và tiếp điểm của rơle thời gian KT mở với thời gian trễ.

Đối với thời gian của rơle thời gian, công tắc tơ KM2 nhận điện, đóng tiếp điểm của nó và kết nối phần ứng động cơ với điện trở bổ sung R. Dừng động cơ được thực hiện. Khi kết thúc, rơle KT sau một thời gian sẽ mở tiếp điểm của nó và ngắt kết nối công tắc tơ KM2 khỏi mạng. Tiếp tục phanh để dừng hoàn toàn được thực hiện dưới ảnh hưởng của thời điểm kháng cự Ms.

Khi phanh tác động ngược lại, EMF của động cơ và điện áp nguồn hoạt động phù hợp. Để hạn chế dòng điện, một điện trở được đưa vào mạch.

Điều khiển kích từ động cơ DC

Cuộn dây trường của động cơ có độ tự cảm đáng kể và nếu tắt động cơ nhanh chóng, một điện áp lớn có thể xuất hiện trên nó, điều này sẽ khiến lớp cách điện của cuộn dây bị hỏng. Để ngăn chặn điều này, bạn có thể sử dụng các nút mạch như trong hình.10. Điện trở dập tắt được bật song song với cuộn dây kích thích qua điốt (Hình 10, b). Do đó, sau khi tắt, dòng điện đi qua điện trở trong một thời gian ngắn (Hình 10, a).

Cơm. 10. Các nút của mạch để bật điện trở dập tắt: a — điện trở dập tắt được nối song song; b - điện trở dập tắt được bật thông qua điốt.

Bảo vệ chống gián đoạn mạch kích thích được thực hiện bằng cách sử dụng rơle dòng điện thấp theo sơ đồ thể hiện trong hình. mười một.

Cơm. 11. Bảo vệ chống gián đoạn mạch kích thích: a — mạch kích thích công suất; b — mạch điều khiển

Trong trường hợp đứt cuộn dây kích thích, rơle KA ngắt điện và ngắt mạch của công tắc tơ KM.