Двигатель постоянного тока способствует превращению энергии постоянного тока в работу механического типа. На сегодняшний день практичное управление двигателем постоянного тока осуществляется не только в соответствии с традиционными схемами, но также согласно достаточно оригинальным или малоизвестным схемотехническим решениям. Данный способ базируется на подаче питающего напряжения на движок в форме импульсов со стабильной частотой следования, но изменением длительности. Вся ШИМ-сигнальная система имеет очень важный критерий, представленный коэффициентом стандартного заполнения (Duty сyсlе). Такая величина соответствуют соотношению импульсной длительности к его периоду: D = (t/Т) × 100 % Для самой простой схемы реализации управления ДПТ характерно наличие полевой транзисторной части с подачей на затвор ШИМ-сигнальной системы. В подобной схеме транзистор представляет особый электронный ключ, которым один из двигательных выводов коммутируется на землю. В этом случае открытие полупроводникового триода осуществляется именно на момент импульсной длительности. Конструкция двигателя постоянного тока При низкой частоте и в условиях незначительного коэффициента ШИМ-сигнала преобразующее устройство срабатывает рывками. Высокая частота РWМ, составляющая несколько сотен Герц, способствует непрерывному вращению мотора, а скорость вращательного движения в этом случае изменяется строго пропорционально коэффициенту заполняемости. Известно множество схематичных решений, генерирующих ШИМ-сигнал, но к числу наиболее простых относится «схема таймера 555», нуждающаяся в минимальном количестве компонентов и не требующая особой настройки. Использование биполярного транзистора в качестве надежного переключателя — один из способов управления двигателем. Выбор пассивного элемента электрической цепи, или R, предполагает протекание тока, не превышающего показатели максимальных токовых величин в микроконтроллере. Полупроводниковый триод должен иметь соответствующий коллекторный ток и оптимальные максимальные значения, а также выделяемую мощность: P = Uкэ × Iк . Одной из проблем, возникающих в процессе использования биполярных полупроводниковых триодов, является избыточный базовый ток. Схема управления Как правило, токовое соотношение на выходном сигнале и входном транзисторе составляет 100 hfe. Функционирование элемента в условиях насыщения вызывает сильное снижение коэффициента. Оптимальным вариантом является транзисторное комбинирование, или высокоэффективный транзистор Дарлингтона, который характеризуется высокими показателями токового усиления и незначительной скоростью работы. При выборе индуктивной нагрузки, представленной двигателем, решение проблемы режима плавного управления мощностными показателями мотора не всегда дается легко, что зависит от нескольких факторов, представленных: Управление двигателями постоянного тока Оптимальным вариантом для решения практически всех перечисленных выше проблем является использование частотных инверторов. Индуктивный тип схемы для управления двигателем ПТ не отличается особой сложностью по сравнению с частотным управлением, а также способен обеспечивать вполне приемлемую результативность. Наиболее важные проблемы управления представлены: Важно помнить, что данная схемотехника отличается незначительной сложностью, при которой инициализация микроконтроллера требует достаточного количества времени, что обусловлено конкретно решаемыми задачами при нахождении выходных сигналов в третьем состоянии. МОSFЕТ (mеtаl-охidе-sеmiсоnduсtоr fiеld еffесt trаnsistоr) — полевые полупроводниковые триоды или метал-окисел-полупроводники p-канального типа открываются на затворе отрицательным напряжением по отношению к источнику. Диод паразитного типа в канальной структуре анода подсоединяется к части стока, а катод соединяется с истоком. Классическая схема включения MOSFET в ключевом режиме Такой тип канала, как правило, подсоединяется таким образом, чтобы на сток приходились наиболее отрицательные показатели напряжения по сравнению с истоком. MOSFET-транзисторы высокой степени мощности достаточно популярны, что обусловлено исключительно высокой переключательной скоростью в условиях низкого уровня мощности управления, прикладываемой к затвору. Процесс управления достаточно мощным двигателем ПТ осуществляется посредством реле-модуля спаренного типа. Процесс подключения мотора к реле предполагает обязательный учет наличия трех выходных отверстий: Управление направлением вращения двигателя постоянного тока Контактная группа устройства, преобразующего любой вид энергии в работу механического типа, подсоединяется к общим релейным контактам (СОМ). «Плюс» элемента питания подключается к контактам нормально-разомкнутого реле (NО), а «минус» фиксируется на контактной группе реле нормально-замкнутого типа (NС). Реализация полного мостоуправления двигателя осуществляется при включении и выключении реле соответствующим образом. Управление двигателем посредством H-моста с управляющими логическими сигналами на входах и вращением в две стороны осуществляется несколькими вариантами Н-мостов: Транзисторный Н-мост Самым простым вариантом станет сборка Н-моста на МОSFЕT-транзисторах. Именно этот способ сочетает в себе легкость выполнения и достаточные показатели мощности, но не предполагает одновременную подачу на две единицы. Известно множество вариантов микросхем, используемых для управления двигателем, включая ТLЕ4205 и L298D, а также стандартные электромагнитные реле, но перечисленные выше способы относятся к категории самых доступных. Для управления двигателем шагового типа необходима подача постоянного напряжения на обмоточную часть с соблюдением максимально точной последовательности, благодаря чему обеспечивается точность угла осевого поворота. Шаговые двигатели, имеющие постоянные магниты, чаще всего применяются в бытовых приборах, но могут встречаться в устройствах промышленного типа. Доступные по стоимости двигатели обладают низким крутящим моментом и низкой скоростью вращения, благодаря чему прекрасно подходят для компьютеров. Управление шаговым двигателем Изготовление двигателей шагового типа на основе постоянных магнитов не отличается сложностью и экономически целесообразно только при больших объемах производства, а ограниченность использования обусловлена относительной инертностью и неприемлемостью применения в условиях точного временного позиционирования. Шагового типа двигатели, имеющие переменное магнитное сопротивление в условиях отсутствия стабильного магнита, характеризуются свободным роторным вращением без крутящего вращения остаточного типа. Такие двигатели, как правило, устанавливаются в компактных агрегатах, включая системы микро-позиционирования. Основные достоинства такой схемы представлены чувствительностью к токовой полярности. Вариант характеризуется очень удачным сочетанием принципа работы моторов с переменными и постоянными магнитами. Значительное количество двигателей гибридного типа отличается классическим двухфазным строением. Необходимость выполнять изменение полярности напряжения может возникать в процессе управления двигателем или при использовании схемы мостового преобразователя напряжения. В этом случае ключи чаще всего представлены реле, полевыми и биполярными транзисторами, а также H-мостами, встраиваемыми в микросхему. proprovoda.ru Читать все новости ➔ При включении и выключении двигателей постоянного тока (ДПТ), работающих в паре с пластмассовыми редукторами, возникает удар, который постепенно разрушает редуктор. Предлагаемое устройство позволяет плавно подавать и снимать нагрузку с редуктора, и может быть использовано для регулировки скорости в ДПТ, плавного пуска и остановки ДПТ, например, при закрытии/открытии жалюзи, подъема/опускания ролетов и в других т.п. устройствах. Детский электрический автомобиль Устройство разработано для детских электрических автомобилей с питанием от аккумуляторной батареи 6 В 10 А*ч. Автомобиль управляется по радиоканалу с пульта управления, находящимся в руках родителя, идущего рядом с автомобилем. Для того чтобы маленькие дети не пугались при движении с большой скоростью, устройство снабжено переключателем скоростей. Поскольку в устройстве применено питание двигателя импульсами ШИМ, то скорости переключаются подачей на ДПТ импульсов с заполнением 50%, 60%, 80% и 100%. Предлагаемое устройство разрабатывалось с условием минимального изменения в электрической схеме автомобиля. Устройство разработано на микроконтроллере РIС16F676. Алгоритм работы программы микроконтроллера показан на рис.1. После пуска и инициализации микроконтроллера определяется установленная скорость и включается флаг выбранной скорости. Далее определяется направление движения: прямой ход, реверсивный ход, либо отсутствие движения - стоп, и устанавливаются соответствующие флаги направления. Рис. 1 Если направление движения не выбрано, то сигнала «Пуск» нет, и программа переходит на ожидание прерывания. Если «Пуск» включен, то по флагу определяется направление движения и отрабатывается прямой ход или обратный. Длительность управляющего импульса пуска при прямом и обратном ходе формируется одинаково, но на разные выходы. Один выход, который включает «земляной» провод двигателя, включается сразу, а на втором выходе длительность импульса включения увеличивается после каждого прерывания. Чем большее число прерываний произошло с момента начала пуска, тем на большее значение увеличивается длительность импульса. Реализовано это с помощью подпрограммы задержки 37 мкс, умноженное на число регистра «сек», имеющего переменное значение, и изменяющееся после каждого прерывания. Прерывание по переполнению таймера ТМR0 происходит через 4 мс, делится делителем на 10 и увеличивает счетчик «сек». Таким образом, счетчик «сек» увеличивается на единицу через 40 мс. Значение этого счетчика при пуске выбрано равным 55, но может быть изменено пользователем в любую сторону. При данном значении счетчика «сек» время пуска равно 2,25 с, а длительность импульса плавно увеличивается до 75% полной мощности двигателя. После отработки части пуска ожидается прерывание, и, если пуск еще не завершен, программа возвращается на определение скорости и направления. Если пуск выполнен, то программа отрабатывает выбранную скорость с частотой ШИМ, равной 125 Гц. Отработка скорости выполняется аналогично отработке пуска, но с постоянным временем задержки. Но если при пуске время задержки увеличивает длительность выходного импульса, то при работе время задержки определяет длительность паузы. Это необходимо для того, чтобы при отработке «стопа» еще больше увеличивать время паузы, сокращая таким образом длительность выходного импульса. Если включен флаг «стопа», то при прерывании изменяются значения делителей. Делитель на 10 становится делителем на 1, а значение регистра «сек» может принимать значение либо 50, либо 70. Это зависит от включенного флага скорости. При скорости 50% регистр «сек» принимает значение 50, так как при больших значениях происходит перерегулировка и длительность паузы становится больше длительности импульса работы. При этом вместо того, чтобы уменьшать значение длительности импульса, она начинает возрастать. При таких значениях регистра «сек» время остановки двигателя равно 0,2 с (оно может быть изменено пользователем в любую сторону уменьшением или увеличением до 255 значения регистра «сек»), а длительность выходного импульса плавно уменьшается до нуля. После отработки длительности импульса скорости или стопа программа повторяется с определения скорости. Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис.2. Выходы микроконтроллера DD1 RC0-RC3 управляют ключами VT1-VT4, которые открывают полевые транзисторы VT5-VT8, подающие напряжение в необходимой полярности на двигатель постоянного тока М1. На входы RA4, RA5 ИМС DD1 через переключатели SA1, SA2 подается лог. «0», определяя выбранную скорость. Программно входы RA4, RA5 подтянуты внутренними резисторами микроконтроллера к плюсу питания. Значения выбранных скоростей в зависимости от состояния входов приведены слева внизу на рис.2. Рис. 2 На входы RC4, RC5 также подается напряжение от БУ автомобиля, определяя выбранное направление движения. Поскольку при полностью заряженной аккумуляторной батарее (АКБ) автомобиля напряжение на ней превышает максимально допустимое для входов микроконтроллера, то установлены делители напряжения R2, R9 и R3, R8. Вначале был изготовлен вариант устройства с питанием от АКБ автомобиля, но при уменьшении напряжения на АКБ вследствие ее разряда полевые транзисторы открывались не полностью, и их внутреннее сопротивление увеличивалось. Увеличивалось и падение напряжения на транзисторах, и они грелись. Поэтому для питания микроконтроллера и ключевых транзисторов была установлена дополнительная батарея GB1 с напряжением 9 В. Стабилизатор напряжения DA1 необходим только для питания ИМС микроконтроллера DD1. Потребляемый ток от батареи GB1 составляет 15...25 мА. Меньшее потребление тока будет при максимальной скорости вращения двигателя. Схема подключения устройства в сеть автомобиля показана на рис.3. Пунктиром показано штатное соединение. Под сиденьем автомобиля имеется ниша для второго АКБ и много свободно го места. Сняв сиденье и крышку ниши АКБ, увидите пару проводов, идущих от АКБ, и пару проводов, идущих к двигателю. Один провод, как правило, черный - «минусовой», а второй провод - красный (может быть и желтым, белым) - «плюсовой». В назначении проводов можно убедиться, посмотрев на клеммы АКБ. Провод, идущий от БУ к двигателю, необходимо отпаять от двигателя и припаять к плате. Поскольку провод толстый, то лучше предварительно припаять к нему тонкие провода, которые легко паять к плате. Провода питания, идущие от АКБ к плате и от платы на двигатель, необходимо брать сечением не менее 1 мм2. Выключатель напряжения SA3 лучше установить на крышке ниши АКБ под сиденьем или сзади корпуса автомобиля. Разводку 9 В питания можно выполнить любым монтажным проводом. Батарею GB1 и плату можно закрепить в любом удобном месте. Рис. 3 Печатная плата устройства и схема расположения элементов показаны на рис.4 и рис.5 соответственно. Рис. 4 Рис. 5 МОSFЕТ-транзисторы \/Т5-\/Т8 могут быть любыми импортными с буквенным индексом L, с током стока не менее 10 А или отечественные с аналогичными параметрами. Чем больше допустимый ток стока, тем меньших размеров нужен радиатор для транзистора. При 10-кратном запасе по току, радиатор может вообще не понадобиться. Конечно, это при условии, что транзистор открывается полностью. Большую нагрузку испытывают транзисторы, работающие в ключевом режиме, т.е. VT7, VТ8. Транзисторы VT1-VT4 могут быть любыми структуры n-р-n. Переключатели скоростей SА1, SА2 лучше заменить одним движковым и установить его на передней панели автомобиля. В качестве батареи GB1 лучше применить 2 батареи типа 3R12, которых хватит на весь сезон. Перед подачей напряжения на БУ автомобиля, необходимо подать напряжение на плату устройства. Напряжение питания 6 В и 9 В на плату должно подаваться одновременно. При движении вперед и переключении назад сначала отрабатывается время стопа, затем время пуска в выбранном направлении. При выключении движения отрабатывается время стопа, а при включении - время пуска. Скачать файлы abtou.asm и abtou.hex, а также печатная плата в формате .lay Автор: Николай Заец, г. Азов, Ростовской обл. Источник: Радиоаматор №5, 2015 meandr.org материалы в категории Во многих станках применяют электромоторы (ЭМ) постоянного тока. Они легко позволяют плавно управлять частотой вращения, изменяя постоянную составляющую напряжения на якорной обмотке, при постоянном напряжении обмотки возбуждения (0В). Предлагаемая ниже схема позволяет управлять электромотором мощностью до 5 кВт. Мощные ЭМ постоянного тока имеют несколько особенностей, которые необходимо учитывать: а) нельзя подавать напряжение на якорь ЭМ без подачи номинального напряжения (обычно 180...220 В) на обмотку возбуждения; б) чтобы не повредить мотор, недопустимо сразу подавать при включении номинальное напряжение на якорную обмотку, из-за большого пускового тока, превышающего номинальный рабочий в десятки раз. Приведенная схема позволяет обеспечить необходимый режим работы - плавный запуск и ручную установку нужной частоты вращения ЭМ. Направление вращения изменится, если поменять полярность подключения проводов на обмотке возбуждения или якоре (делается это обязательно только при выключенном ЭМ). В схеме применены два реле, что позволяет выполнить автоматическую защиту элементов схемы от перегрузки. Реле К1 является мощным пускателем, оно исключает вероятность включения ЭМ при установленной резистором R1 не нулевой начальной скорости. Для этого на оси переменного резистора R1 закрепляется рычаг, связанный с кнопкой SB2, которая замыкается (рычагом) только при максимальном значении сопротивления (R1) - это соответствует нулевой скорости. Когда замкнуты контакты SB2, реле К1 при нажатии кнопки ПУСК (SB1) включится и своими контактами К1.1 самоблокируется, а контакты К1.2 включат электропривод. Реле К2 обеспечивает защиту от перегрузки при отсутствии тока в цепи обмотки возбуждения ЭМ. В этом случае контакты К2.1 отключат питание схемы. Питается схема управления без трансформатора, непосредственно от сети через резистор R3. Величина действующего значения напряжения на якорной обмотке устанавливается с помощью изменения резистором R1 угла открывания тиристоров VS1 и VS2. Тиристоры включены в плечи моста, что уменьшает число силовых элементов в схеме. На однопереходном транзисторе VT2 собран генератор импульсов, синхронизированных с периодом пульсации сетевого напряжения. Транзистор VT1 усиливает импульсы по току, и через разделительный трансформатор Т1 они поступают на управляющие выводы тиристоров. При выполнении конструкции тиристоры VS1, VS2 и диоды VD5, VD6 необходимо установить на теплоотводящую пластину (радиатор). Часть схемы управления, выделенная на рисунке пунктиром, размещается на печатной плате . Постоянные резисторы применены типа С2-23, переменный R1 - типа ППБ-15Т, R7 - СП--196, R3 - типа ПЭВ-25. Конденсаторы С1 и С2 любого типа, на рабочее напряжение не менее 100 В. Выпрямительные диоды VD1 ...VD4 на ток 10 А и обратное напряжение 300 В, например Д231 Д231А Д232,Д232А,Д245,Д246. Импульсный трансформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце М2000НМ типоразмера К20х12х6 мм и намотан проводом ПЭЛШО диаметром 0,18 мм. Обмотка 1 и 2 содержат по 50 витков, а 3 - 80 витков. Перед намоткой, острые грани сердечника нужно закруглить надфилем, чтобы исключить продавливание и замыкание витков. При первоначальном включении схемы замеряем ток в цепи обмотки возбуждения (0В) и по закону Ома рассчитываем номинал резистора R2 так, чтобы срабатывало реле К2. Реле К2 может быть любым низковольтным (6...9 В) - чем меньше напряжение срабатывания, тем лучше. При выборе резистора R2 необходимо учитывать также рассеиваемую на нем мощность. -ная ток в цепи 0В и напряжение на резисторе, ее легко посчитать по формуле P=UI. Вместо К2 и R2 лучше применять выпускаемые промышленностью специальные токовые реле, но они из-за узкой области применения не всем доступны. Токовое реле несложно изготовить самостоятельно, намотав на большем герконе примерно 20 витков проводом ПЭЛ диаметром 0.7...1 мм. Для настройки схемы управления вместо якорной цепи мотора подключаем лампу мощностью 300...500 Вт и вольтметр. Необходимо убедиться в плавном изменении напряжения на лампе резистором R1 от нуля до максимума, Иногда, из-за разброса параметров однопереходного транзистора, может потребоваться подбор номинала конденсатора С2 (от 0,1 до 0,68 мкФ) и резистора R7 (R7 устанавливает при минимальном значении сопротивления R1 максимум напряжения на нагрузке). Если при правильном монтаже не открываются тиристоры, то необходимо поменять местами выводы во вторичных обмотках Т1. Неправильная фазировка управляющего напряжения, приходящего на тиристоры VS1 и VS2, не может их повредить. Для удобства контроля работы тиристоров управляющее напряжение допустимо подавать сначала на один тиристор, а потом на другой - если регулируется резистором R1 напряжение на нагрузке (лампе), фаза подключения импульсов управления правильная. При работе обоих тиристоров и настроенной схеме напряжение на нагрузке должно меняться от 0 до 190 В. Исключить вероятность подачи максимального напряжения на якорную обмотку в момент включения можно и электронным способом, воспользовавшись схемой, аналогичной приведенной на рис 6.17. (Конденсатор С2 обеспечивает плавное нарастание выходного напряжения в момент включения, а в дальнейшем на работе схемы не сказывается.) В этом случае включатель SB2 не нужен radio-uchebnik.ru ТОП 10: Электрическая принципиальная схема пуска двигателя постоянного тока приведена на рис.3.4. Рис.3.4. Электрическая принципиальная схема пуска двигателя постоянного тока Пусковой реостат имеет 3 секции. На схеме (см.рис.3.4) приняты следующие обозначения: Л - намагничивающая катушка, главный, блокировочный контакты линейного контактора; 1КУ, 2КУ, 3КУ - намагничивающие катушки, главные и блокировочные контакты контакторов ускорения; 1РВ, 2 РВ, 3 РВ – намагничивающие катушки и замыкающие контакторы реле времени; ОВД - обмотка возбуждения двигателя. R1, R2, R3 – ступени пускового реостата. Выбор двигателя переменного тока По табл.3.2 /2/ выбираем электродвигатель, исходя из значения РН– номинальной мощности электродвигателя. Принимаем двигатель MTF311-6 со следующими паспортными данными: Определяем номинальный момент двигателя /1/ : Определяем передаточное число мультипликатора, так как число оборотов двигателя меньше требуемых: Проверка двигателя по максимальной нагрузке: Определяем номинальное скольжение: где Таблица 3.2 Техническая характеристика асинхронных двигателей с фазным ротором при напряжении 380 В и ПВ = 40 % Определяем критическое скольжение /3/: Определяем критическую частоту вращения: Построение естественной механической характеристики (см. рис.3.5). Построение естественной механической характеристики ведем по следующим зависимостям: Задаем различные частоту вращения вала двигателя в диапазоне Рис.3.5. Естественная механическая характеристика infopedia.su electronics-lab.ru Рассмотрим ряд типовых узлов схем управления электроприводами, реализующими вышеописанные принципы управления. На рис. 2.2, а приведен узел электрической схемы, обеспечивающий автоматический пуск в функции времени двигателя М с двумя ступенями добавочного пускового сопротивления (вид возбуждения двигателя может быть любым, на рисунке показано независимое возбуждение). Алгоритм работы приведенного узла схемы следующий. Сразу же после подачи напряжения на главные цепи и цепи управления включается реле времени первой ступени РУ1 и открывает свой размыкающий контакт, не давая возможности преждевременно включиться контакторам ускорения КУ 1 и КУ 2. Рис. 2.2. Схема реостатного пуска двигателя постоянного тока в функции времени Нажатие на кнопку КнП («Пуск») приводит к включению линейного контактора КЛ, который замыкает свой главный контакт в цепи якоря двигателя, замыкающим блок-контактом шунтирует кнопку КнП (тем самым контактор КЛ становится на самопитание), а размыкающим блок-контактом разрывает цепь катушки реле РУ1. Двигатель начинает разгоняться по реостатной механической характеристике первой ступени пуска (рис. 2.2, б). При протекании по добавочному сопротивлению пускового тока мгновенно срабатывает реле времени второй ступени РУ2, так как к его катушке прикладывается достаточное по величине напряжение, равное падению напряжения на сопротивлении Rдоб.п.1. Размыкающий контакт реле РУ2 открывается в цепи катушки контактора КУ2. Реле РУ1, начавшее отсчет выдержки времени, соответствующей времени t1 разгона двигателя на первой ступени пуска, по истечении ее замыкает свой контакт. Включается контактор КУ1, который своим силовым контактом закорачивает сопротивление Rдоб.п.1 и вместе с ним катушку реле РУ2. Начинается разгон двигателя согласно реостатной характеристике 2 второй ступени пуска. Реле РУ2 отсчитывает выдержку времени, соответствующую времени (t2 – t1) двигателя на второй ступени, и затем замыкает свой контакт. Включается контактор КУ2 и закорачивает сопротивление Rдоб.п.2. Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и разгоняется до установившейся скорости ωс, соответствующей моменту Мс. На этом пуск заканчивается. На рис. 2.2, в показаны зависимости момента и скорости двигателя от времени, которые дополнительно иллюстрируют работу описанного узла схемы управления. Уставка реле времени РУ1 определится как разность между временем t1 и собственным временем включения контактора КУ1: . Аналогично определится и уставка реле времениРУ2: . При этомt1 = Δt1 и t2 – t1 = Δt2 - расчетные значения времени разгона двигателя на первой и второй ступенях (см. формулу (2.1)). Достоинством принципа управления в функции времени - это простота и надежность реле времени, удобство регулировки их уставок, возможность применения однотипных реле для двигателей различной мощности. Кроме того, при изменениях статического момента, момента инерции привода, напряжения сети и т.д. время пуска практически не изменяется. Например, при увеличении Мс до значения М'с (рис. 2.2, б) при сохранении той же выдержки времени реле РУ1 двигатель на первой ступени разгонится до меньшей скорости, но бросок момента при переключении будет большим. В результате процесс разгона пойдет в соответствии с графиком, показанным на рис. 2.2, б штрихпунктирными линиями, таким образом, что средний динамический момент при пуске останется приблизительно тем же. Поэтому почти не изменится и общее время пуска. Если же бросок момента (тока якоря) превысит допустимое значение, то двигатель отключится максимально-токовой защитой. При управлении в функции времени (в отличие от управления в функции скорости или тока) полностью устраняется опасность «застревания» двигателя на первой ступени пуска при М'с > М2. Все это и обусловило широкое распространение управления пуском в функции времени. На рис. 2.3, а приведен узел схемы автоматического управления пуском двигателя постоянного тока в функции скорости. Контроль скорости в приведенном узле схемы осуществляется косвенным образом. С этой целью в узле схемы, показанном на рис. 2.3, а, катушки контакторов ускорения КУ1 и КУ2 непосредственно подключены на зажимы якоря двигателя независимого возбуждения, т.е. на напряжение ия, отличающееся от ЭДС якоря ея только на величину падения напряжения в сопротивлении якоря Rя. Поскольку ЭДС якоря двигателя при постоянном магнитном потоке, в данном случае номинальном потоке Фном, пропорциональна скорости двигателя (), то рассматриваемый узел схемы осуществляет управление пуском в функции скорости с ее косвенным контролем, т.е. в функции ЭДС. При определенных значениях напряжения на якоре uя1 и uя2 контакторы КУ1 и КУ2 включаются, закорачивая ступени пускового реостата. Рис. 2.3. Схема реостатного пуска двигателя постоянного тока в функции скорости Алгоритм работы приведенного узла схемы следующий. Пуск двигателя начинается после нажатия на кнопку КнП и включения линейного контактора КЛ. В самом начале пуска напряжение на катушках контакторов КУ1 и КУ2 мало и равно падению напряжения Δuя на якоре от начального броска пускового тока. Поэтому контакторы не могут сработать, и в цепь якоря введено сопротивление обеих ступеней Rдоб.п.1 и Rдоб.п.2. По мере увеличения скорости двигателя его ЭДС возрастает. При токе якоря I2 и скорости ω1 напряжение на катушке контактора КУ1 становится равным напряжению срабатывания контактора КУ1 (рис. 2.3,б) Контактор КУ1 включается и закорачивает первую ступень сопротивления Rдоб.п.1. В конце разгона на второй ступени пуска, когда напряжение на якоре достигнет значения , включается контакторКУ2, и закорачивает вторую ступень сопротивления Rдоб.п.2, и двигатель выходит на естественную характеристику. Очевидно, что значения напряжений срабатывания контакторов КУ1 иКУ2(uсраб.КУ1 и uсраб.КУ2) существенно отличаются друг от друга. Сами возможности регулировки напряжения срабатывания у контакторов весьма ограниченны. Поэтому практически всегда для контроляЭДСприменяют реле напряжения(РУ1 и РУ2), которые затем включают контакторыКУ1 иКУ2 (это показано на рис. 2.3, а штрих пунктирными линиями). Но тогда теряется основное положительное качество схемы - ее простота. Как указывалось ранее, управление в функции тока применяется при разгоне двигателя независимого возбуждения путем ослабления магнитного потока. На рис. 2.4, а приведен узел схемы, реализующий этот принцип управления (на рисунке для упрощения не показаны цепи катушек контакторов КЛ, КУ1 и КУ2). Контроль тока якоря Iя осуществляется токовым реле РУП. Алгоритм работы данного узла с момента включения контактора КУ2, (т.е. с момента выхода двигателя на естественную характеристику) следующий. При замыкании главного контакта КУ2 от броска тока якоря срабатывает реле РУП и замыкает свой контакт, шунтирующий реостат возбуждения Rдоб.в (до этого реостат был закорочен размыкающим контактом КУ2). Следовательно, магнитный поток двигателя Ф сохраняется равным номинальному потоку Фном и двигатель продолжает разгон по естественной характеристике. Когдатокякоря снизится до значения тока отпускания Iотп.РУП реле РУП, последнее размыкает свой контакт, и в цепь обмотки возбуждения вводится сопротивление R доб.в . Происходит процесс ослабления магнитного потока Ф и рост скорости двигателя ω (рис. 2.4, б). При этом ток якоря увеличивается и, когда он достигнет значения тока срабатывания Iсраб.РУП реле РУП, контакт реле закроется. Начнется усиление магнитного потока и снижение тока якоря. Скорость двигателя будет продолжать расти, так как за счет увеличенного тока якоря момент двигателя превышает статический момент. При спадании тока якоря до величины Iотп.РУП вновь реле РУП откроет свой контакт, что повлечет за собой ослабление потока и т.д. Реле РУП срабатывает несколько раз, прежде чем двигатель достигнет скорости, заданной положением ползунка реостата R доб.в . Таким образом, если пренебречь инерционностью реле РУП, можно считать, что в описанном процессе ослабления потока ток якоря двигателя колеблется в пределах от Iотп.РУП до Iсраб.РУП . Колебания тока тем меньше, чем выше коэффициент возврата реле РУП. Подобный процесс и способ управления называют вибрационным. Данный способ особенно удобен для управления разгоном двигателей с широким диапазоном регулирования скорости при Ф < Фном. Очевидно, что вибрационное управление обеспечивается и в процессе регулирования скорости двигателя в сторону ее увеличения, когда ползунок реостата R доб.в быстро перемещается в новое положение. Для определения времени процесса разгона двигателя при вибрационном управлении можно воспользоваться приближенным методом, основанным на допущении, что ток якоря в переходном процессе остается неизменным и равным его среднему значению. В этом случае для режима ослабления магнитного потока, когда якорь двигателя подключен к сети с номинальным напряжением Uном можно записать следующие уравнения переходного процесса: . Разрешая систему уравнений относительно t и интегрируя полученное выражение в пределах от Фнач до Фкон, найдем время разгона. Рассмотрим теперь наиболее характерные узлы электрических схем управления торможением двигателей постоянного тока. На рис. 2.5, а приведен узел схемы, обеспечивающий управление динамическим торможением нереверсивного двигателя независимого возбуждения в функции времени. На этом же рис. (2.5, б и 2.5, в) показаны механические характеристики и графики изменения во времени момента (тока якоря) и скорости двигателя при торможении. Рис. 2.5. Узел схемы автоматического управления динамическим торможением двигателя постоянного тока Цепи включения катушек контакторов ускорения на схеме не изображены, и эти контакторы условно представляет один главный контакт КУ, шунтирующий сопротивление Rдоб.п. Алгоритм работы узла схемы можно описать в следующей последовательности. Предположим, что двигатель работает с установившейся скоростью ωс. Контакторы КЛ и КУ включены, реле торможения (реле времени) РДТ также включено и его контакт замкнут. Но катушка контактора торможения КДТ не обтекается током, поскольку в ее цепи разомкнут размыкающий блок-контакт контактора КЛ. После нажатия на кнопку КнС («стоп») контактор КЛ отключится и своим главным контактом отсоединит якорь двигателя от сети. Замыкающий блок-контакт КЛ разомкнет цепь катушки реле РДТ, и оно начнет отсчет времени торможения. Размыкающий блок-контакт КЛ закроется, катушка контактора КДТ получит питание. Контактор КДТ включится и своим главным контактом присоединит якорь двигателя к добавочному тормозному сопротивлению Rд.т. Происходит динамическое торможение двигателя. В конце его реле РДТ, отсчитав заданную выдержку времени, своим контактом отключит контактор КДТ. Управление в функции времени применяется только при реактивном статическом моменте Мс. Уставка реле РДТ должна быть приблизительно равной или немного большей времени торможения tд.т. При активном Мс увеличение его при соответственном уменьшении действительного времени торможения по сравнению с уставкой реле РДТ может привести к реверсу двигателя, прежде чем он будет отключен. Необходимо отметить, что при активном Мс по окончании торможения и отключении двигателя его вал всегда должен быть заторможен при помощи механического тормоза. Узел схемы реализующий динамическое торможение в функции ЭДС отличается от схемы приведенной на рис. 2.5 тем, что катушка реле напряжения РДТ осуществляющего контроль ЭДС включается на зажимы якоря двигателя. Для электроприводов, работающих в напряженном повторно-кратковременном режиме, обычно применяют не кнопочное, а командо-контроллерное управление, более удобное для оператора. Кроме того, с целью уменьшения времени торможения, особенно в реверсивных приводах, используют часто торможение противовключением. Узел схемы, обеспечивающий торможение противовключением реверсивного привода в функции ЭДС, приведен на рис. 2.6, а. Он пригоден для двигателей любого вида возбуждения. Пуск двигателя условно принят в одну ступень с управлением в функции времени. Реле напряжения РПВ и РПН управляют процессом торможения и называются реле противовключения. Добавочное сопротивление Rдоб.пр - ступень противовключения. Для иллюстрации работы схемы на рис. 2.6, б приведены соответствующие механические характеристики двигателя независимого возбуждения. Алгоритм работы узла схемы в режиме торможения сводится к следующему. Предположим, что двигатель работал в установившемся режиме в условном направлении «вперед». При этом рукоятка командоконтроллера находится в положении В, и во включенном состоянии находятся контактор KB, реле РПВ и контакторы КУ и КП. Ступень сопротивления противовключения Rдоб.пр и пусковая ступень Rдоб.п закорочены. Рис. 2.6. Узел схемы управления торможением противовключением Для реверса двигателя рукоятка командоконтроллера переводится в положение Н («назад»). При этом контактор KB отключается, размыкаются его главные контакты и замыкающий блок-контакт. Теряют питание реле РПВ и контакторы КП и КУ. В цепь якоря вводится сопротивление Rдоб.п. + Rдоб.пр . Закрывшийся размыкающий блок-контакт KB подает питание в катушку контактора КН, который включается и своими главными контактами присоединяет якорь двигателя на напряжение противоположной полярности. Двигатель переходит в режим противовключения. Замыкающий блок-контакт КН в цепи катушки реле РПН также закрывается. Однако реле РПН не срабатывает, так как в начальный момент напряжение на его катушке будет близко к нулю. Это достигается соответствующим выбором точки присоединения реле по схеме вывода катушки РПН (выбором величины сопротивления Rx). Поэтому контакт РПН остается разомкнутым, предотвращая включение контакторов КП и КУ, т.е. обеспечивая процесс торможения при полностью введенных в цепь якоря добавочных сопротивлениях. Таким образом, начало торможения будет отвечать точке 1, расположенной на соответствующей добавочному сопротивлению Rдоб.п. + Rдоб.пр искусственной механической характеристике двигателя (рис. 2.6, б). По мере снижения скорости двигателя возрастает напряжение на катушке реле РПН и при скорости, близкой к нулю, реле сработает. Его контакт замкнется и включит контактор КП, который закоротит своим главным контактом ступень противовключения Rдоб.пр. Двигатель перейдет на пусковую реостатную характеристику, его скорость снизится до нуля, а затем начнется разгон в функции времени в направлении «назад», т.е. двигатель реверсируется. Аналогично работает схема и при реверсе с направления «назад» на направление «вперед». Только здесь управляет процессом торможения реле РПВ. Точку присоединения реле противовключения (РПВ и РПН) выбирают из следующих соображений. Как видно из схемы на рис. 2.6, а, напряжение UРП на катушке реле меньше напряжения сети Uном на величину падения напряжения от тормозного тока в сопротивлении Rx . Примем, что в начальный момент торможения напряжение UРП должно быть равно нулю. Тогда . Величина начального броска токаIя.т.нач не должна превышать допустимого значения I я.доп . Напряжение срабатывания реле U сраб.РП выбирают так, чтобы реле включалось не в самом конце торможения, а несколько раньше. Обычно принимают . Здесь U РП (ω=0,05) = Uном (1 –Rх /R Σ), где RΣ суммарное сопротивление якорной цепи в режиме противовключения. Необходимо отметить, что для двигателей независимого возбуждения, работающих с ослабленным потоком, применяют динамическое торможение с одновременным усилением потока. При этом процесс управление усиления потока реализуют вибрационным способом в функции тока якоря двигателя, а управление самим динамическим торможением происходит так же, как и в схеме на рис. 2.5, а. Схемное решение узла управления усиления потока приведено на рис. 2.7. Рис. 2.7. Узел схемы управления динамическим торможением двигателя постоянного тока в функции тока Во время установившейся работы двигателя якорь реле РУП не притянут, и контакты реле находятся в состоянии, показанном на схеме. Блок-контакт КУ2 разомкнут, поле двигателя ослаблено. После подачи команды на торможение отключается контактор КУ2 и включается контактор КДТ. В цепях, шунтирующих реостат возбуждения Rдоб.в размыкается блок-контакт КДТ и замыкается блок-контакт КУ2. Начинается динамическое торможение, и при этом поле двигателя усиливается. Но от броска тормозного тока реле РУП срабатывает и открывает свой размыкающий контакт, что прерывает процесс усиления поля. Наоборот, оно теперь начнет ослабляться. В свою очередь это приведет к уменьшению тока якоря двигателя, в результате чего реле РУП закроет свой размыкающий контакт. Опять начнется усиление поля и т.д. до тех пор, пока ток возбуждения двигателя не станет равным номинальному. Ток якоря двигателя в вибрационном процессе усиления поля колеблется между значениями тока срабатывания Iраб.РУП и тока возврата Iотп.РУП реле РУП. Нетрудно убедиться в том, что узел схемы на рис. 2.7, а работает в режиме ослабления поля при разгоне двигателя аналогично узлу схемы на рис. 2.4, а. Вибрационный способ применяют также для управления торможением двигателя при переводе его путем усиления поля с характеристики при Ф < Фном на естественную характеристику. studfiles.net при номинальном магнитном потоке из–заухудшения условий коммутации, то токи втягивания IВТ и отпадания IОТП реле KA, меньше токов переключения I1 и I2 при пуске с номинальным магнитным потоком (рис. 1.14.б). Рис. 1.14. Схема управления пуском в функции тока ослаблением магнитного потока (а) и переходные процессы (б) Срабатывание реле KA приводит к включению резистора Rдоб в цепь обмотки возбуждения, увеличению магнитного потока (ЭДС двигателя) и снижению тока якоря. При снижении тока якоря до величины тока отпадания реле KA, реле отключается, что приводит к шунтированию Rдоб, уменьшению тока возбуждения (магнитного потока), дальнейшему росту скорости двигателя и увеличению тока якоря. Таким образом, реле KA работает в вибрационном режиме (рис. 1.14.б) до тех пор, пока бросок тока при ослаблении магнитного потока не будет превышать величины тока втягивания реле KA и двигатель не выйдет на характеристику при ослабленном магнитном потоке и повышенной скорости вращения. В данном случае пуск двигателя до повышенной скорости происходит при контроле величины якорного тока посредством реле тока KA. Чтобы снизить ширину токового коридора, реле KA выполняют с максимально возможным коэффициентом возврата (отношение тока отпадания к току втягивания), равным 0,8…0,85. Принципиальная электрическая схема управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения представлена на рис.1.15. Схема силовой цепи обеспечивает реверсивный режим работы двигателя (контакты контакторов 38 направления «Вперед» KMВ и «Назад» KMН), пуск в две ступени в функции времени (реле времени KT1 и KT2, контакторы ускорения KM1 иKM2) и режим торможения противовключением в функции скорости (реле противовключения для направления «Вперед» KVВ и «Назад» KVН иконтактор противовключения KMП). Рис. 1.15. Схема управления пуском двигателя в две ступени с торможением противовключением В исходном нулевом положении рукоятки командоаппарата SA в цепи управления ток протекает через катушки реле времени KT1 и KT2, через размыкающие контакты контакторов KMП и KM1, которые замкнуты, т.к. в катушках этих контакторов ток не протекает. Поэтому контакты KT1 и KT2 разомкнуты, предотвращая включение контакторов KM1 и KM2 и обеспечивая включение пусковых резисторов R1 и R2 в якорной цепи. При переводе рукоятки командоаппарата в положение В («Вперед») замыкается верхний контакт SA и получает питание катушка контактора KMВ, контактор срабатывает и подключает к якорю двигателя напряжение силовой цепи и подключает катушку реле противовключения KVВ. Напряжение на катушке KVВ при неподвижном 39 двигателе достаточно для его срабатывания (рис.1.10 т. a) и реле втягивается, его контакт в цепи катушки контактора противовключения замыкается и контактор KMП срабатывает, шунтируя резистор противовключения Rпв в якорной цепи двигателя. Двигатель начинает разгон по реостатной характеристике 1 (рис. 1.3). Контакт KMП в цепи катушки реле времени KT1 размыкается и реле KT1 начинает отсчет выдержки времени, после которой контакт KT1 замыкается и ток протекает через катушку KM1. Контакт КМ1 шунтирует пусковой резистор R1 в якорной цепи двигателя, в результате чего двигатель переходит на реостатную характеристику 2 и продолжает разгон по этой характеристике. Контакт KM1 в цепи катушки реле времени KT2 размыкается и реле KT2 начинает отсчет выдержки времени. После этого контакт реле KT2 в цепи к атушки KM2 замыкается и срабатывает контактор KM2, шунтируя пусковой резистор R2 в якорной цепи двигателя, переводя двигатель на естественную характеристику. Двигатель разгоняется до скорости, определяемой величиной нагрузки Iс. Для осуществления реверса двигателя рукоятку командоаппарата SA переводят в положение Н («Назад»). В результате чего верхний контакт SA размыкается, отключая катушку KMВ, поэтому двигатель отключается от сети, отключается реле KVВ, которое отключает контактор противовключения KMП, размыкающий контакт KMП замыкается и запитывает катушку реле времени KT1, которое размыкает свой контакт и снимает напряжение с катушек KM1 и KM2, размыкающий контакт KM1 подает питание на катушку реле времени KT2, которое срабатывает и размыкает свой контакт в цепи катушки контактора KM2. Таким образом, в якорной цепи двигателя введены пусковые резисторы R1 и R2 и резистор противовключения Rпв. При замыкании нижнего контакта SA получает питание контактор KMН, который своими контактами в силовой цепи изменяет полярность подводимого к двигателю напряжения и подключает катушку реле противовключения для направления «Назад» KVН. Напряжение на катушке реле KVН близко к нулю (рис. 1.10), поэтому реле не срабатывает и его контакт в цепи контактора KMП разомкнут. Двигатель тормозится с введенными резисторами R1, R2 и Rпв (т.2 – т.3 на рис. 1.10). При достижении величины напряжения срабатывания реле KVН втягивается, его контакт в цепи катушки контактора KMП замыкается, контактор KMП срабатывает и шунтирует резистор противовключения Rпв в якорной цепи двигателя, выводя двигатель на реостатную характеристику (т. 4 на рис. 1.10). Затем происходит пуск двигателя в две ступени в функции времени, аналогично пуску в направлении «Вперед». 40 Нормальная эксплуатация электроустановок и электрооборудования возможна при правильной организации их защиты в аварийных режимах. Защитой называют аппарат или узел схемы, который отключает электропривод после возникновения в нем каких – либо аварийных режимов. Аварийными режимами в электрических цепях двигателя могут быть: короткие замыкания, кратковременные и длительные перегрузки по току двигателя, перебои в электроснабжении, недопустимое снижение напряжения в сети и др. Аварийными режимами для механической части электропривода могут быть: заклинивание механизма, расцепление рабочего органа (РО) с валом двигателя, превышение допустимой скорости двигателя или РО, выход РО за пределы зоны допустимых перемещений. В электроприводах постоянного и переменного тока применяют следующие основные виды защит: Максимально – токовая защита обеспечивает немедленное отключение силовой цепи при возникновении недопустимо больших токов (при коротких замыканиях). В силовых цепях эта защита осуществляется (рис.1.16 – 1.18): -плавкими предохранителями; -автоматическими выключателями; -максимально – токовыми реле Рис.1.16. Максимально – токовая защита плавкими предохранителями FU двигателей переменного (а) и постоянного (б) тока 41 Рис.1.17. Максимально – токовая защита двигателей переменного (а) и постоянного (б) тока автоматами QF Ток плавкой вставки в предохранителях и токуставки автомата или максимально – токового реле выбирают для асинхронных короткозамкнутых двигателей из следующих условий: -при нормальном пуске (время пуска менее 5 с) Iвсн ≥0,4 Iп; -при тяжелом пуске (время пуска более 10 с) ток плавкой вставки равен Iвсн≥(0,5…0,6)Iп; -независимо от условий пуска Iвсн = (1,3…1,5)Iп, -где Iп – пусковой ток двигателя. Для асинхронных двигателей с контактными кольцами (с фазным ротором) и двигателей постоянного тока номинальный ток плавкой вставки принимается равным Iвсн = (1,0…1,25)Iндв, Iвсн = (1,2…1,3)Iп. Рис.1.18. Максимально – токовая защита двигателей переменного (а) и постоянного (б) тока при помощи реле максимального тока FA с 42 воздействием на линейный контактор KM (в) и реле напряжения FV (г) Минимально – токовая защита (при обрыве обмотки возбуждения) обеспечивает отключение двигателя от сети. Эта защита осуществляется при помощи минимального токового реле KF, включенного в контролируемую цепь, как правило, в цепь обмотки возбуждения двигателя постоянного тока или синхронного (рис.1.19,а). При протекании в цепи номинального тока возбуждения, реле KF втянуто и его контакт в цепи катушки контактора KM замкнут, разрешая подключение двигателя к напряжению питающей сети. При снижении тока в контролируемой цепи ниже значения тока уставки, реле KF отключается, его контакт в цепи катушки KM размыкается, КМ обесточивается, что приводит к отключению двигателя от сети. Обрыв обмотки возбуждения в машинах постоянного тока может привести к недопустимому возрастанию якорного тока при работе под нагрузкой, или к недопустимому возрастанию угловой скорости вращения электродвигателя при работе на холостом ходу. Рис.1.19. Схема защиты двигателя постоянного токаот «обрыва поля» (а) и превышения напряжения (б) Защита от перенапряжения в обмотке возбуждения необходима при отключении обмотки от сети. В этом случае из–забольшой индуктивности обмотки возбуждения, может возникнуть ЭДС самоиндукции, значительно превышающая номинальную, что может привести к пробою изоляции обмотки. Для предотвращения этого режима обмотку обычно шунтируют разрядным резистором Rр, величина 43 сопротивления которого выбирается в 3 – 6 раз больше сопротивления обмотки возбуждения (рис.1.19,а). Для снижения потерь электрической энергии в цепь разрядного резистора включается диод V, предотвращающий протекание тока сети по резистору Rр. Защита от превышения напряжения обеспечивает отключение двигателя от сети при увеличении напряжения более (10 – 15)% от номинального. При этом с помощью реле напряжения KV (рис.1.19,б) отключается от сети обмотка якоря двигателя. Тепловая защита двигателя (защита от обрыва фазы) – обеспечивает отключение двигателя от сети при длительной перегрузке его током, несколько превышающим номинальный. При продолжительном режиме работы асинхронного двигателя используют два тепловых реле FP1 и FP2 (рис.1.20,а), или автоматические выключатели с тепловым расцепителем (рис.1.20,б). При повторно – кратковременном режиме работы асинхронного двигателя применяют два максимально – токовых реле FA1 и FA2 (рис.1.20,б), при этом реле FA3 служит для обеспечения максимально – токовой защиты. Для асинхронных двигателей используют два тепловых или максимально – токовых реле в двух фазах, для машин постоянного тока – одно реле. Рис.1.20. Тепловая защита с помощью тепловых (а) и максимально – токовых (б) реле Номинальный ток нагревательного элемента Iнэ теплового реле и теплового расцепителя автомата Iтр выбирают из условия Iнэ = Iтр ≈ Iндв. 44 В схему, показанную на рис.1.20,б вводится реле времени КТ, которое шунтирует контакты реле FA1 и FA2 во время пуска двигателя, т. к. пусковой ток значительно больше тока срабатывания реле FA1 и FA2. Ток уставки максимально – токовых реле FA1 и FA2 выбирают из условия: I3ф< Iуст< I2ф, где I2ф, I3ф – токи при работе двигателя на двух и трех фазах. При обрыве одной из фаз асинхронного двигателя, он будет продолжать работу на двух фазах, но при этом возрастет потребляемый из сети ток, что вызовет срабатывание либо тепловых реле, либо максимально – токовых реле, приводящее к отключению двигателя от сети. Защита от самозапуска (нулевая защита) обеспечивает отключение двигателя от сети при исчезновении или чрезмерном снижении напряжения сети. При кнопочном управлении (рис.1.21,а) защиту осуществляет контактор KM, который, отпадая, размыкает свой блокировочный контакт, шунтирующий кнопку SB2, и поэтому самовключения контактора не произойдет. При управлении с помощью командоконтроллера используют реле минимального напряжения FV (рис.1.21,б), которое включается при нулевом положении командоконтроллера и шунтирует контакт SM0, обеспечивая работу схемы с нулевого начального положения. Рис.1.21. Узлы схем нулевой защиты двигателейпеременного и постоянного тока с помощьюлинейного контактора КМ (а) и реле напряжения FV (б) 45 Путевая (конечная) защита защищает производственный механизм от движения рабочего органа механизма далее конечного положения. Она осуществляется конечными (путевыми) выключателями (например, ограничение хода тележки мостового крана в направлении вперед и назад осуществляется двумя конечными выключателями, установленными на определенном расстоянии от конечного положения тележки с учетом выбега электропривода при торможении). Контрольные вопросы: 1.Какие достоинства и недостатки присущи управлению пуско – тормозными режимами в функции тока? 2.Почему данный способ не имеет широкого применения на практике? 3.Как выполняется пуск двигателя выше основной скорости и контроле величины якорного тока? 4.Почему в схеме рис. 1.15 применяют два реле противовключения? 5.Приведите символьное описание работы схемы на рис.1.15 6.Что такое защита в схемах электропривода? 7.Какие аварийные режимы могут быть в электрических цепях электропривода? 8.Какие аварийные режимы могут возникнуть в механической части электропривода? 9.Как осуществляется максимально – токовая защита электропривода? 10.Как выбирается токовая уставка для асинхронных короткозамкнутых двигателей? 11.Как правильно выбрать предохранители для защиты двигателя постоянного тока? 12.С какой целью выполняется минимальная токовая защита? 13.Чем опасен обрыв обмотки возбуждения двигателя постоянного тока? 14.С какой целью применяют тепловую защиту электропривода? 15.Какие электрические аппараты применяют для осуществления тепловой защиты электропривода? 16.Как выполняется тепловая защита при повторно – кратковременном режиме работы? 17.Как реализуется защита от самозапуска электропривода? 46 studfiles.netОписание принципиальной схемы управления пуском электродвигателя постоянного тока. Схема управления двигателем постоянного тока принципиальная схема
Управление двигателем постоянного тока - схема и важные нюансы
Схема управления двигателем постоянного тока
Самым простым способом регулировки скорости двигательного вращения является применение модуляции (РWМ) широтно-импульсного типа, или ШИМ. 
Управление двигателем при помощи биполярного транзистора
Индуктивные нагрузки
Аспекты проблем при управлении двигателем ПТ
Качественное управление нагрузкой не требует в некоторых случаях потенциометра, а может быть задействовано на использовании микроконтроллера.Управление при помощи MOSFET транзистора
Управление при помощи реле
При помощи H-моста
Управление шаговым двигателем
При наличии постоянных магнитов
При наличии переменного магнитного сопротивления
Гибридный вариант
Гибридного типа двигатели в настоящее время относятся к категории наиболее популярных агрегатов в сфере промышленности. Заключение
Устройство управления двигателем постоянного тока
Алгоритм работы
Работа устройства
Конструкция и детали
Работа с устройством
Возможно, Вам это будет интересно:
Радиосхемы. - Управление двигателем постоянного тока
Электроника в быту
Описание принципиальной схемы управления пуском электродвигателя постоянного тока
; 
; 
;
;
; 
;
; 
.
.
.
; 
; 
; 
;
- условие выполняется.
,
– частота вращения вала двигателя на холостом ходу. Тип
Рн, кВт
Iн.р.,А
Up, В
Мmax,
Н.м
MTF011-6
1,4
5,3
0,65
61,5
9,1
0,021
MTF012-6
2,2
7,6
0,68
64,5
0,029
MTF111-6
3,5
10,4
0,73
0,049
MTh211-6
3,0
10,5
0,67
13,5
0,047
MTF112-6
14,4
0,7
15,7
0,067
MTh212-6
4,5
13,9
0,71
15,6
0,067
MTF211-6
7,5
0,7
19,8
0,115
MTh311-6
7,0
22,5
0,64
19,5
0,115
MTF311-8
7,5
22,8
0,68
0,275
MTh411-8
7,5
0,68
71,5
0,275
MTF311-6
30,5
0,69
0,225
MTh411-6
31,5
0,69
0,225
MTF312-8
30,5
0,71
0,312
MTh412-8
0,69
0,312
MTF312-6
0,73
83,5
0,312
MTh412-6
38,5
0,73
0,312
MTF411-8
0,67
0,537
MTh511-8
0,67
0,537
MTF411-6
0,73
83,5
0,500
MTh511-6
0,73
82,5
0,500
MTF412-8
0,63
0,750
MTh512-8
0,63
80,5
0,750
MTF412-6
0,71
85,5
0,675
MTh512-6
0,71
84,5
0,675
MTH511-8
0,72
1,070
MTH512-8
0,74
1,420
MTH512-6
0,79
1,020
MTH611-10
0,72
4,250
MTH611-6
0,85
3,270
MTH612-10
0,78
5,250
MTH612-6
0,85
4,120
MTH613-10
0,72
6,250
MTH613-6
0,84
5,100
MTH711-10
0,69
89,5
10,20
MTH712-10
0,7
90,3
12,75
MTH713-10
0,68
15,00
.
.
; 
.
S
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,301
0,3
0,2
0,1
0,055
M, Hм
Блок управления двигателем постоянного тока / Блог им. Sayron / Блоги по электронике
В настоящее время двигатели постоянного тока нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Двигатели постоянного тока используются там, где требуется плавное и точное регулирование скорости и вращающего момента в широких пределах. В этой статье я расскажу о создании блока управления для двигателя постоянного тока, который позволял бы изменять частоту вращения вала двигателя и стабилизировал обороты на определенном уровне, вне зависимости от нагрузки на валу двигателя. В основе разработки положен принцип работы следящего привода с одноконтурной системой регулирования. Блок управления состоит из следующих узлов: — СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления) — Регулятор — Защита Принципиальная схема привода приведена ниже.
Крупнее Рассмотрим схему поподробнее. Итак, СИФУ (Система Импульсно — Фазового Управления) — преобразует синусоидальное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов, идущих на управляющие электроды силовых тиристоров. При включении блока управления переменное напряжение величиной 14-16в поступает на мостовой выпрямитель D1, где преобразуется в пульсирующее напряжение, служащее не только для питания схемы, но и для синхронизации работы привода. Диод D2 препятствует сглаживанию импульсов конденсатором С1. Далее импульсы поступают на «детектор нуля» — DA1.1, собранного на одном ОУ микросхемы LM324, работающего в режиме компаратора. Пока нет импульса, напряжения на прямом и инверсном входах примерно равны и компаратор находиться в сбалансированном состоянии. При прохождении фазы через «0», на инверсном входе компаратора DA1.1 играющего роль «детектора нуля» появляются импульсы, переключающие компаратор, в результате чего на выходе DA1.1 вырабатываются прямоугольные синхроимпульсы, период следования которых жестко привязан к похождению фазы через «0». Ниже представлены осциллограммы, поясняющие принцип работы. 
Сверху вниз: КТ1, КТ2, КТ3. Схема была просимулированна в программе Multisim 11. Вот файл проекта. Можно скачать, запустить и посмотреть как работает данный узел. Далее синхроимпульсы поступают на интегратор с транзисторным ключом (С4, Q1), где и вырабатывается пилообразное напряжение. В момент прохождения фазы через «0» синхроимпульс открывает транзистор Q1, который разряжает конденсатор С4. После спада импульса транзистор закрывается и происходит заряд конденсатора до прихода следующего синхроимпульса, в результате чего на коллекторе Q1 (осцил. КТ4). формируется линейно нарастающее пилообразное напряжение, стабилизированное генератором стабильного тока выполненного на полевом транзисторе T1. Амплитуда „пилы“ равное 9в выставляется подстроечным резистором RP1. Напряжение „пилы“ поступает на прямой вход компаратора DA1.2. Напряжение задания поступает на инверсный вход компаратора DA1.2 и в момент, когда пилообразное напряжение превышает величину напряжения на инверсном входе компаратора, компаратор переключиться и на выходе компаратора формируется импульс (осцил. КТ4). Импульс дифференцируется через цепочку R14, C6 и поступает на базу транзистора Q2. Транзистор открывается и на импульсном трансформаторе Tr1 формируются импульсы открытия силовых тиристоров. Увеличивая (уменьшая) напряжение задания, меняется скважность импульсов в КТ5. Вот осциллограммы. 
Но никаких импульсов в КТ5 мы не увидим до тех пор, пока не нажмем кнопку „Пуск“ — S1. Когда кнопка не нажата, напряжение питания +12в через нормально замкнутые контакты S1 по цепочке R12, D3 поступает на инверсный вход DA1.2 и равно около 11в. Так как это напряжение превышает напряжение „пилы“ равное 9в, компаратор запирается, и управляющие импульсы открытия тиристоров не формируются. Для предотвращения аварии и выхода из строя двигателя, в случае если оператор не вывел на «0» регулятор оборотов, в схеме предусмотрен узел разгона C5, R13 служащий для плавного разгона двигателя. В режиме «Пуск», схема работает следующим образом: при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке — «земля», R13, — С5 начинает плавно заряжаться и напряжение на отрицательной обкладке конденсатора плавно стремиться к нулю. Одновременно, напряжение на инвертирующем входе DA1.2 плавно возрастает до величины, определяемой напряжением задания, и компаратор начинает вырабатывать управляющие импульсы силовых тиристоров. Время заряда определяется номиналами C5, R13. Если в процессе работы двигателя необходимо изменить его обороты, чтобы избежать резких бросков оборотов — в схеме предусмотрен узел «разгона — торможения» R21, C8, R22. При увеличении (уменьшении) напряжения задания, конденсатор С8 плавно заряжается (разряжается) что предотвращает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе усилителя и как следствие предотвращает резкий бросок оборотов двигателя. Теперь рассмотрим принцип работы регулятора оборотов. Регулятор предназначен для поддержания постоянных оборотов двигателя в зоне регули-рования. Регулятор представляет собой дифференциальный усилитель с суммированием двух напряжений: напряжения задания и напряжения обратной связи. Напряжение задания задается резистором RP1 и поступает через фильтр R20, C8, R21, выполняющий одновременно функции узла «разгона — торможения», поступает на инверсный вход регулятора ОУ DA1.3. При увеличении напряжения задания на выходе ОУ DA1.3 линейно уменьшается выходное напряжение. Выходное напряжение регулятора поступает на инверсный вход компаратора СИФУ DA1.2 где, суммируясь с импульсами пилообразного напряжения, преобразуется в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды тиристоров. При увеличении (уменьшении) напряжения задания увеличивается (уменьшается) и выходное напряжение на выходе силового блока. На этом графике представлена зависимость оборотов двигателя от напряжения задания.
Значения оборотов двигателя даны для примера. Делитель напряжения R22, R23 включенный на прямой вход регулятора DA1.3 служит для предотвращения аварии двигателя при обрыве обратной связи (при обрыве обратной связи двигатель идет в разнос). При включении привода, тахогенератор начинает вырабатывать напряжение, пропорциональное оборотам двигателя. Это напряжение поступает на вход прецизионного детектора DA1.4, DA2.1 собранного по двухполупериодной схеме. Напряжение, снимаемое с выхода точного детектора DA1.4, DA2.1, поступает через фильтр C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель обратной связи DA2.2. Усилитель служит для подгонки напряжения обратной связи поступающего с тахогенератора. Напряжение с выхода ОУ DA2.2. поступает как на вход регулятора DA1.3 так и на схему защиты DA2.3. Резистором RP1 задаются обороты двигателя. При работе двигателя без нагрузки, напряжение на выходе масштабирующего усилителя ниже напряжения на выводе 6 ОУ DA1.3. ≈ +5v, поэтому привод работает как регулятор. При увеличении нагрузки на валу двигателя, уменьшается напряжение, получаемое с тахогенератора и как следствие уменьшение напряжения с выхода, масштабирующего усилителя. Когда это напряжение будет меньше напряжение на выводе 5 ОУ DA1.3 привод входит в зону стабилизации тока. Уменьшение напряжения на неинвертирующем входе ОУ DA1.3 приводит к уменьшению напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA1.2, это приводит к большему углу открытия тиристоров и, следовательно, к увеличению напряжения на якоре двигателя.СХЕМА ЗАЩИТЫ Защита от превышения оборотов предназначена для защиты двигателя от аварии, в случае резкого превышения установленных оборотов двигателя. Схема собрана на ОУ DА2.3, включенного по схеме компаратора. На инверсный вход компаратора подается опорное напряжение с делителя R36, R37, RP3. Резистором RP3 устанавливается порог срабатывания защиты. Напряжение с выхода масштабирующего усилителя DA2.2 поступает на прямой вход компаратора защиты DA2.3. При превышении оборотов двигателя выше номинальных, напряжение на прямом входе компаратора превышает порог уставки защиты, определяемой RP3 — компаратор переключиться. Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «за-щелкиванию» компаратора, а наличие диода VD12 препятствует сбросу компаратора. При срабатывании защиты, напряжение с выхода компаратора защиты (≈ +11v) через диод VD14 поступает на инверсный вход 13 DA1.2 СИФУ, а так как напряжение защиты превышает напряжение «пилы» (= 9v) — происходит мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров. Напряжение с выхода компаратора защиты DA2.3 открывает транзистор VT4, что приводит к срабатыванию реле Р1.1 и зажиганию светодиода VL1 сигнализирующего об аварийной ситуации. Снять защиту можно, только полностью обесточив привод, и, выдержав паузу 5 — 10 секунд вновь включив его. Силовая часть блока управления. Схема силовой части представлена ниже
Трансформатор Tr1 предназначен для питания схемы блока управления. Управляемый выпрямитель собран по полумостовой симметричной схеме и содержит два силовых диода D1,D2 и два силовых тиристора Т1, Т2, и защитный диод D3. Обмотка возбуждения питается от своего отдельного трансформатора и выпрямителя. Если на двигателе отсутствует тахогенератор, то обратную связь, для контроля оборотов, можно выполнить следующим образом: 1. Применить трансформатор тока, включенный в цепь питания управляемого выпрямителя
Если используется трансформатор тока, то перемычку P1 на схеме блока управления поставить в положение 1-3, это необходимо потому, что при увеличении нагрузки ток якоря будет увеличиваться, следовательно напряжение, снимаемое с трансформатора тока тоже будет увеличиваться, поэтому напряжение обратной связи необходимо подавать на инвертирующий вывод микросхемы DA1.3. Так же можно поставить стандартный токовый шунт, но только в цепь якоря двигателя, после выпрямителя и снимать сигнал обратной связи с него. 2. Использовать датчик якорного напряжения. Схема приведена ниже.
Датчик якорного напряжения представляет собой фильтр – делитель и подключается непосредственно к клеммам якоря электродвигателя. Настройка привода производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь.Теперь перейдем к конструкции и наладке блока управления. Блок управления был выполнен на печатной плате (файл печатной платы)
Плата проводом МГТФ соединена с разъемом, для удобства демонтажа при ремонте.Настройка На время настройки была собрана силовая часть навесным монтажем, в качестве нагрузки была использована обычная лампа накаливания.
Наладку начинаем с проверки напряжений питания и напряжения питания на операционных усилителях DA1, DA2. Микросхемы желательно ставить в панельки. Потом контролируем осциллограммы в контрольных точках КТ1, КТ2, КТ3 (осциллограммы в этих точках приведены в начале описания СИФУ). Теперь, осциллограф ставим в контрольную точку КТ4. Должны быть пилообразные импульсы, как на осиллограмме выше (кнопка «Пуск» в этот момент должна быть разомкнута). Подстроечным резистором RP1 необходимо выставить размах «пилы» равным 9 вольт, это очень важный момент, так как от него зависит дальнейшая работа схемы. Так как разброс параметров полевых транзисторов бывает весьма значительный, возможно диапазона регулировки RP1 может не хватить, тогда подбором номинала резистора R10 добиться нужного размаха. В контрольной точке КТ3 длительность импульса должна быть 1.5 — 1.8ms, если нет, то подбором резистора R4 (в сторону уменьшения) добиться необходимой длительности. Вращая регулятор RR1 в контрольной точке КТ5 проконтролировать изменение скважности импульсов от максимума до полного их исчезновения при нижнем положении движка RR1. При этом должна изменятся яркость лампочки подключенной к силовому блоку. Далее подключаем блок управления к двигателю и тахогенератору. Выставляем регулятором RR1 напряжение на якоре около 40-50 вольт. Резистор RP3 должен быть установлен в среднее положение. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор RP3. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь. Для желающих поэкспериментировать: для увеличения жесткости привода можно также увеличить сопротивление R24, увеличив тем самым коэффициент усиления регулятора либо увеличить резистор R32. Если используется обратная связь по току якоря двигателя. Для этого, как говорилось выше, необходим трансформатор тока, включенный в цепь питания управляемого выпрямителя. Схема калибровки трансформатора тока дана ниже. Подбором резистора получить на выходе трансформатора переменное напряжение ≈ 2 ÷ 2.5v. Мощность нагрузки RN1 должна соответствовать мощности двигателя. 
Внимание! Трансформатор тока без нагрузочного резистора не включать. Подключаем трансформатор тока к цепи обратной связи P1 и P2. На время настройки «Регулятора» желательно выпаять диод D12, чтобы исключить ложное срабатывание защиты. Осциллограммы в контрольных точках КТ8, КТ9, КТ10 должны быть как на рисунке ниже.
Дальнейшая настройка такая же как и в случае с использования тахогенератора.Если используется обратная связь по напряжению якоря двигателя. Как отмечалось выше, можно применить обратную связь по якорному напряжению, для этого собирается датчик якорного напряжения. Настройка блока управления производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь. Данный блок управления изготавливался для расточного станка. Вот фото этого монстра
На этом станке вышел из строя электромашинный усилитель, который и управлял двигателем постоянного тока перемещения стола. Вот такой электромашинный усилитель.
Заместо него и делался данный блок управления. Вот фото самого двигателя постоянного тока.
Блок управления был собран на изоляциоонном основани, где размещены все основные элементы.
Силовые диоды и тиристоры установлены на теплоотводы. Так же была сделана панель с разъемами, куда были выведены сигналы с контрольных точек схемы. Это делалось для удобство настройки и ремонта непосредственно на станке. Вот смонтированный блок управления в силовом шкафу станка
На другой стороне силового шкафа был установлен маленький пульт управления.
На нем расположены: -тумблер включения блока -тумблер режима работы. Так как для установочных перемещений стола станка, точный контроль и стабилизация оборотов не нужны, то на это время цепь обратной связи шунтируется. -ручки регулировки количества оборотов. Было поставлено два переменных резистора, один для грубой регулировки, второй — многооборотный — для точной установки нужных оборотов при черновой и чистовой расточке детали. Кому интересно, ниже представлено видео работы станка. Сперва, показывается расточка отверстия в стальной плите толщиной 20мм. Потом показывается с какой частотой вращается винт подачи стола станка. С этой скорость подается деталь на резец, а такую частоту вращения подающего винта обеспечивает двигатель постоянного тока, для которого, собственно, все это и делалось. Блок управления показал себя хорошо, сбоев и аварий не было.Схемы и перечень элементов 2.2. Типовые узлы схем автоматического управления двигателями постоянного тока
1.6. Пример изучения работы схемы управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения
1.7. Защиты в схемах электропривода
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: