Nguyên lý điều khiển tự động khởi động và dừng động cơ điện

Bài báo đề cập đến sơ đồ rơle-công tắc tơ để tự động khởi động, đảo chiều và dừng động cơ không đồng bộ một pha rôto và động cơ điện một chiều.

Xem xét các sơ đồ bật điện trở khởi động và các tiếp điểm của công tắc tơ KM3, KM4, KM5 điều khiển chúng khi khởi động động cơ cảm ứng rôto dây quấn (AD với f. R.) Và Động cơ DC kích từ độc lập DPT NV (Hình 1). Các sơ đồ này cung cấp cho phanh động (Hình 1, a) và phanh ngược lại (Hình 1, b).

Khi khởi động bộ biến trở DPT NV hoặc IM bằng rôto pha, việc đóng xen kẽ (ngắn mạch) các giai đoạn của bộ biến trở khởi động R1, R2, R3 được thực hiện tự động bằng cách sử dụng các tiếp điểm của công tắc tơ KM3, KM4, KM5, có thể được điều khiển bằng ba cách:

• bằng cách đếm các khoảng thời gian dt1, dt2, dt3 (Hình 2), trong đó rơle thời gian được sử dụng (quản lý thời gian);

• bằng cách theo dõi tốc độ của động cơ điện hoặc điện từ trường (kiểm soát tốc độ).Rơle điện áp hoặc công tắc tơ được kết nối trực tiếp qua biến trở được sử dụng làm cảm biến EMF;

• việc sử dụng các cảm biến dòng điện (rơle dòng điện có thể điều chỉnh cho dòng điện trở về bằng Imin) đưa ra xung lệnh khi dòng điện phần ứng (rotor) giảm trong quá trình khởi động xuống giá trị Imin (điều khiển nguyên lý dòng điện).

Xem xét các đặc tính cơ học của động cơ DC (DCM) (Hình 1) (đối với động cơ cảm ứng (IM), sẽ giống nhau nếu bạn sử dụng phần vận hành của đặc tính cơ học) trong quá trình khởi động và dừng, cũng như các đường cong của tốc độ, mô-men xoắn (hiện tại) so với thời gian.

Cơm. 1. Sơ đồ bật điện trở khởi động của động cơ cảm ứng có rôto pha (a) và động cơ một chiều kích từ độc lập (b)

Cơm. 2. Đặc tính bắt đầu và dừng (a) và phụ thuộc DPT (b)

Khởi động động cơ điện (các tiếp điểm KM1 được đóng (Hình 1)).

Khi đặt điện áp, dòng điện (mô-men xoắn) trong động cơ bằng I1 (M1) (điểm A) và động cơ tăng tốc với điện trở khởi động (R1 + R2 + R3).

Khi gia tốc tăng dần, dòng điện giảm và tại dòng điện I2 (điểm B) R1 bị đoản mạch, dòng điện tăng đến giá trị I1 (điểm C), v.v.

Tại điểm F, ở dòng điện I2, tầng cuối cùng của biến trở khởi động được nối tắt và động cơ điện đạt đến đặc tính tự nhiên (điểm G). Gia tốc xảy ra đến (điểm H) tương ứng với Ic hiện tại (phụ thuộc vào tải). Nếu R1 không bị chập tại điểm B thì động cơ sẽ tăng tốc đến điểm B' và có tốc độ không đổi.

Hãm động năng (KM1 mở, KM7 đóng) cho đến khi động cơ điện đi đến điểm K, tương ứng với thời điểm (dòng điện) và giá trị của nó phụ thuộc vào điện trở Rtd.

Hãm bằng đối kháng (KM1 mở, KM2 đóng) trong khi động cơ điện đi đến điểm L và bắt đầu giảm tốc rất nhanh bằng lực cản (R1 + R2 + R3 + Rtp).

Độ dốc của đặc tính này và do đó có giá trị giống (song song) với đặc tính ban đầu có điện trở (R1 + R2 + R3 + Rtp).

Tại điểm N cần đoản mạch Rtp, động cơ điện đi đến điểm P và tăng tốc ngược chiều. Nếu Rtp không bị chập tại điểm N, thì động cơ sẽ tăng tốc đến điểm N' và chạy ở tốc độ đó.

Đề án điều khiển tự động để bắt đầu DPT

Điều khiển theo chức năng của thời gian (Hình 3) Thông thường, rơle thời gian điện từ được sử dụng làm rơle thời gian trong mạch EP. Chúng được thiết lập để tính đến độ trễ thời gian đặt trước dt1, dt2,…. Mỗi rơle thời gian phải bao gồm một công tắc tơ điện tương ứng.

Cơm. 3. Sơ đồ khởi động DPT tự động theo chức năng của thời gian

Điều khiển như một chức năng của tốc độ (thường được sử dụng cho phanh động và phanh ngược chiều) Nguyên tắc tự động hóa điều khiển này liên quan đến việc sử dụng rơle điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp tốc độ của động cơ điện: đối với động cơ DC, emf phần ứng được đo, đối với động cơ không đồng bộ và động cơ điện đồng bộ, EMF hoặc tần số dòng điện được đo.

Việc sử dụng các thiết bị đo tốc độ trực tiếp (rơle điều khiển tốc độ (RCC) trên một thiết bị phức tạp) làm phức tạp việc lắp đặt và mạch điều khiển.RKS thường được sử dụng để điều khiển phanh nhằm ngắt động cơ điện khỏi lưới điện ở tốc độ gần bằng không. Phương pháp gián tiếp thường được sử dụng hơn.

Ở từ thông không đổi, emf phần ứng của DPT tỷ lệ thuận với tốc độ. Do đó, cuộn dây của rơle điện áp có thể được nối trực tiếp với các cực của phần ứng. Tuy nhiên, điện áp đầu cực phần ứng Uy khác với Eya ở độ lớn của điện áp rơi trên cuộn dây phần ứng.

Trong trường hợp này, có thể có hai lựa chọn:

• việc sử dụng rơle điện áp KV, có thể điều chỉnh theo các điện áp khởi động khác nhau (Hình 4, a);
• sử dụng công tắc tơ KM nối qua điện trở khởi động (Hình 4, b). Các tiếp điểm đóng của rơle KV1, KV2 cung cấp điện áp cho các cuộn dây của công tắc tơ KM2, KM3.

Cơm. 4. Mạch cấp nguồn để kết nối DPT sử dụng rơle điện áp (a) và công tắc tơ (b) làm DCS

Cơm. 5. Mạch điện (a) và mạch điều khiển (b) DPT tự động khởi động phụ thuộc vào tốc độ. Các đường đứt nét thể hiện mạch khi rơle điện áp KV1, KV2 được sử dụng để đo điện áp.

Kiểm soát trong chức năng hiện tại. Nguyên tắc điều khiển này được thực hiện bằng cách sử dụng các rơle ngầm, bật các công tắc tơ nguồn khi dòng điện đạt đến giá trị I1 (Hình 6, b). Nó thường được sử dụng để khởi động để tăng tốc độ với sự suy yếu của từ thông.

Cơm. 6. Sơ đồ đấu nối (a) và sự phụ thuộc của Ф, Ia = f(t) (b) khi khởi động động cơ điện một chiều phụ thuộc vào dòng điện

Khi dòng khởi động (Rp2 bị ngắn mạch), rơle KA được cấp điện và cấp nguồn cho cuộn dây KM4 thông qua tiếp điểm KA.Khi dòng điện phần ứng giảm thành dòng điện ngược, công tắc tơ KM4 đóng lại và từ thông giảm (Rreg được đưa vào mạch cuộn trường LOB). Trong trường hợp này, dòng điện phần ứng bắt đầu tăng (tốc độ thay đổi của dòng điện phần ứng cao hơn tốc độ thay đổi của từ thông).

Khi Iya = Iav đạt được tại điểm t1, rơle KA và KM4 được kích hoạt và Rreg được điều khiển. Quá trình tăng từ thông và giảm Ia sẽ bắt đầu vào thời điểm t2 khi tàu vũ trụ và KM4 tắt. Với tất cả các giao hoán này, M> Ms và động cơ điện sẽ tăng tốc. Quá trình bắt đầu kết thúc khi cường độ của từ thông đạt đến giá trị đặt được xác định bằng cách đưa điện trở Rreg vào mạch của cuộn dây kích thích và khi, ở lần ngắt tiếp theo của KA, KM4, dòng điện phần ứng không đạt Iav ( điểm ti). Nguyên tắc kiểm soát này được gọi là rung động.

Tự động hóa điều khiển phanh DPT

Trong trường hợp này, các nguyên tắc tương tự áp dụng cho tự động hóa khởi động. Mục đích của các mạch này là ngắt kết nối động cơ điện khỏi mạng ở tốc độ bằng hoặc gần bằng không. Nó được giải quyết dễ dàng nhất bằng phanh động, sử dụng các nguyên tắc về thời gian hoặc tốc độ (Hình 7).

Cơm. 7. Mạch điện (a) và mạch điều khiển (b) hãm động năng

Khi khởi động, ta nhấn SB2 và điện áp được cấp cho cuộn KM1, đồng thời: thao tác nút SB2 (KM1.2), điện áp được cấp cho phần ứng của động cơ (KM1.1), mạch cấp KV ( KM1.3 ) khai trương.

Khi dừng, chúng tôi nhấn SB1 trong khi phần ứng bị ngắt kết nối mạng, KM1.3 đóng và rơle KV được kích hoạt (vì tại thời điểm tắt, nó xấp xỉ bằng Uc và giảm khi tốc độ giảm). Điện áp được cung cấp cho cuộn dây KM2 và RT được nối với phần ứng của động cơ. Khi vận tốc góc gần bằng 0, phần ứng của rơle KV biến mất, KM2 bị mất điện và RT bị tắt. Rơle KV trong mạch này phải có hệ số phản hồi thấp nhất có thể, bởi vì chỉ khi đó mới có thể đạt được tốc độ hãm ở tốc độ tối thiểu.

Khi động cơ đảo chiều, phanh chuyển mạch ngược được sử dụng và công việc của mạch điều khiển là đưa ra một giai đoạn điện trở bổ sung khi lệnh đảo chiều được đưa ra và bỏ qua nó khi tốc độ động cơ gần bằng không. Thông thường, đối với những mục đích này, điều khiển được sử dụng như một hàm của tốc độ (Hình 8).

Cơm. 8. Mạch điện (a), mạch điều khiển (b) và đặc tính phanh (c) của phanh DPT đảo chiều

Xem xét một mạch không có khối tự động khởi động. Cho phép động cơ điện chạy «thuận» tự nhiên (kể cả KM1, không tính đến khả năng tăng tốc).

Nhấn nút SB3 sẽ tắt KM1 và bật KM2. Đảo ngược cực tính của điện áp đặt vào phần ứng. Tiếp điểm KM1 và KM3 mở, trở kháng được đưa vào mạch phần ứng. Dòng khởi động xuất hiện và động cơ chuyển sang đặc tính 2, theo đó quá trình hãm diễn ra. Ở tốc độ gần bằng 0, rơle KV1 và công tắc tơ KM3 sẽ bật. Giai đoạn Rpr được thao tác và gia tốc bắt đầu theo hướng ngược lại theo đặc tính 3.

Đặc điểm của mạch điều khiển động cơ cảm ứng (IM)

1. Rơ le Induction Speed ​​Control (RKS) thường dùng để điều khiển phanh (đặc biệt là lùi).

2. Đối với IM có rôto quấn, rơle điện áp KV được sử dụng, được kích hoạt bởi các giá trị EMF rôto khác nhau (Hình 9). Các rơle này được bật thông qua bộ chỉnh lưu để loại trừ ảnh hưởng của tần số dòng điện rôto đến điện trở cảm ứng của các cuộn dây của chính rơle (với sự thay đổi của XL và Iav, Uav), giảm hệ số hoàn trả và tăng độ tin cậy của hoạt động.

Cơm. 9. Sơ đồ hạ huyết áp ngược

Nguyên lý hoạt động: ở tốc độ góc cao của rôto của động cơ điện, EMF gây ra trong các cuộn dây của nó nhỏ, do E2s = E2k · s và độ trượt s không đáng kể (3–10%). Điện áp rơle KV không đủ để kéo phần ứng của nó. Ngược lại (KM1 mở và KM2 đóng), hướng quay của từ trường trong stato bị đảo ngược. Rơle KV hoạt động, mở mạch cung cấp của công tắc tơ KMP và KMT, đồng thời điện trở Rп khởi động và hãm Rп được đưa vào mạch rôto. Ở tốc độ gần bằng 0, rơle KV tắt, KMT đóng và động cơ tăng tốc theo hướng ngược lại.