Національний університет “Львівська політехніка”

Автоматизоване керування асинхронним трифазним двигуном з короткозамкнутим ротором Методичні вказівки

для самостійної підготовки та інструкція

до лабораторної роботи № 7

з дисципліни “Автоматизація виробничих процесів на

підприємствах будівельної індустрії”

для студентів базового напрямку 6.0921 “Будівництво”

Затверджено

на засіданні кафедри

автоматизації теплових та

хімічних процесів

Протокол № 1 від 30.08.2012 р.

Львів – 2012

Автоматизоване керування асинхронним трифазним двигуном з короткозамкнутим ротором: Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи № 7 з дисципліни “Автоматизація виробничих процесів на підприємствах будівельної індустрії” для студентів базового напрямку 6.0921 “Будівництво”/ Укл. М.Р. Щеглюк, Г.Ф. Матіко. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2012. – 15с.

Укладачі: М.Р. Щеглюк, канд. техн. наук., доцент,

Г.Ф.Матіко, канд. техн. наук.

Відповідальний за випуск: Є. П.Пістун, д-р техн. наук, професор

Рецензенти: В.О. Фединець, канд. техн. наук, доцент,

Г.Б. Крих, канд. техн. наук, доцент

Мета роботи: практичне ознайомлення з існуючими способами автоматизованого керування асинхронними електродвигунами з короткозамкнутим ротором, будовою та принципом дії апаратури керування, набуття навичок читання і збирання найпростіших принципових електричних схем автоматизації.

Необхідна підготовка: теоретичне знання роботи електродвигунів, пристроїв керування і захисту та їх застосування в системах автоматизації.

Основні теоретичні відомості Види та режими керування електроприводами

Автоматизоване керування електроприводами – одне з найпоширеніших завдань промислової автоматики. З допомогою електродвигунів приводять в рух найрізноманітніші машини та пристрої, що використовують в технологічних процесах і регулюючі органи в системах автоматичного регулювання (САР). Електричний двигун разом з апаратурою керування та передавальним механізмом становить електропривід. Електроприводи, в яких використовують асинхронні трифазні двигуни з короткозамкнутим ротором, називають нерегульованими, на відміну від регульованих, в яких частота обертання може плавно змінюватися.

Керування промисловими електроприводами буває трьох видів: місцеве, дистанційне та телемеханічне.

Місцевим вважають таке керування електроприводом, при якому органи керування (ключі, кнопки, командоапарати) розташовані безпосередньо біля механізму. Таке керування застосовують тоді, коли механізм не пов’язаний жорстко з іншим технологічним обладнанням і працює незалежно від нього. На місцеве керування переходять також при виконанні пусконалагоджувальних, ремонтних та профілактичних робіт.

Однак, на виробництві оператор переважно керує не одним, а декількома віддаленими від нього механізмами, і не завжди має можливість безпосередньо спостерігати за роботою кожного електроприводу або виконавчого механізму. Органи керування при цьому розташовують на спеціальних пультах або щитках, іноді в окремих приміщеннях, а зворотний зв’язок здійснюють з допомогою спеціальних пристроїв, що повідомляють оператора про виконання кожної команди. Таке керування називають дистанційним. При дистанційному керуванні кожен об’єкт має свою лінію зв’язку з пультом оператора.

Вдосконаленішим є телемеханічне керування, при якому по одному або декількох каналах зв’язку по черзі передають команди для багатьох керованих об’єктів. При цьому спеціальні пристрої слідкують за тим, щоб кожен об’єкт реагував на команду, призначену саме для нього. При телемеханічному керуванні кількість каналів (ліній) зв’язку є меншою, але це досягається завдяки ускладненню апаратури, що дозволяє ущільнювати їх.

Крім вищевказаних видів керування розрізняють також режими керування: ручний, напівавтоматичний та автоматичний, які залежать від ступеня участі оператора у процесі керування. Напівавтоматичний режим часто ще називають автоматизованим через те, що частина керуючих дій виконується оператором. При цьому такі операції як контроль стану обладнання, технологічна сигналізація, захист та блокування здійснюють автоматично.

На різних виробництвах застосовують різні комбінації видів та режимів керування обладнанням та технологічними процесами.

Автоматизація керування електродвигуном передбачає:

а) автоматичний запуск, гальмування і зупинку;

б) автоматичне реверсування;

в) обмеження пускового струму і моменту;

г) дистанційне керування;

д) здійснення операцій у строгій послідовності і захист електродвигунів від струмів короткого замикання, перенапруги та перевантаження.

Для автоматичного і автоматизованого керування використовують спеціальні електричні апарати керування, сигналізації і захисту. Керування здійснюють за допомогою магнітних пускачів, проміжних реле, кнопок керування. Апаратурою сигналізації служать сигнальна арматура, дзвінки і ревуни. Захист електродвигунів здійснюють за допомогою плавких запобіжників, теплових реле, автоматичних вимикачів, реле струму і напруги.

На рис.1 зображено схему керування асинхронним трифазним двигуном з короткозамкнутим ротором за допомогою магнітного пускача або контактора. Трифазний струм на обмотку статора електродвигуна М надходить від мережі через триполюсний вимикач QF, який дає можливість вимкнути електродвигун у випадку ремонту або виходу магнітного пускача з ладу. Крім того, він захищає двигун і схему керування від струмів короткого замикання.

Керування роботою двигуна здійснюють за допомогою головних контактів КМ магнітного пускача (замикаючих¹ чи розмикаючих²). Вмикання і вимикання магнітного пускача відбувається за допомогою кнопкових постів керування (“пуск”) і(“стоп”).

Рис. 1. Принципова електрична схема керування асинхронним

трифазним двигуном з короткозамкнутим ротором

При натисканні кнопки “пуск” в котушці магнітного пускачаКМ з’являється струм внаслідок подачі живлення в коло: фаза С – запобіжник FU – кнопки ,– котушка магнітного пускачаКМ – контакт теплового реле КТ – фаза 0. Магнітний пускач спрацьовує і своїми головними контактами КМ приєднує електродвигун до мережі. Одночасно замикається блок-контакт КМ, який шунтує кнопку , що дозволяє її відпустити.

Для вимкнення двигуна необхідно натиснути кнопку і знеструмити коло живлення котушки магнітного пускачаКМ. Контакти КМ розмикаються і відмикають двигун від мережі.

Двигун необхідно також захищати від різноманітних ненормальних режимів роботи. В разі виникнення таких режимів двигун необхідно відімкнути від мережі або не допустити його увімкнення. У схемах керування асинхронним трифазним двигуном з короткозамкнутим ротором передбачені 3-4 ступені захисту від ненормальних режимів роботи.

Головний захист, що існує у всіх схемах керування – захист від струмів короткого замикання . Він здійснюється за допомогою автоматичних вимикачів QF і плавких запобіжників FU. В разі виникнення короткого замикання у будь-якій частині схеми керування спрацює або автоматичний вимикач QF або розплавиться вставка запобіжника FU. Автоматичний вимикач спрацьовує тоді, коли струм короткого замикання стане рівний, тобто в 5 разів перевищить робочий струм кола. Оскільки часто в схемі керування є декілька кіл з різними робочими струмами, то є необхідність ставити в кожне свій пристрій захисту.

Для захисту двигуна від перевантаження, яке діє певний час, у три фази вмикають чутливий елемент теплового реле КТ. Воно захищає також двигун від роботи на двох фазах. Контакт цього реле вмикають в коло живлення магнітного пускача КМ.

У разі перевантаження двигуна збільшується споживання струму, а це при тривалій дії може призвести до виходу двигуна з ладу. Для запобігання цього явища розмикаючий контакт теплового реле КТ вимикає магнітний пускач від мережі. Перед вмиканням магнітного пускача необхідно повернути контакти теплового реле у вихідне положення натисканням кнопки, що розташована на захисному корпусі магнітного пускача.

Щоб змінити напрям обертання (реверсування) вихідного вала двигуна, необхідно поміняти місцями будь-які дві фази (рис.2).

Рис.2. Принципова електрична схема керування асинхронним трифазним

двигуном з короткозамкнутим ротором з реверсуванням

Контакти магнітних пускачів КМ1 і КМ2 увімкнені в силову мережу таким чином, що коли замикаються контакти КМ1 (контакти КМ2 при цьому розімкнені), на обмотку статора подаються три фази мережі в одному порядку, а коли замикаються контакти КМ2, дві крайні фази міняються місцями. Схема відрізняється від попередньої тільки наявністю додаткових кнопок керування і другого магнітного пускача КМ2.

Для вмикання двигуна у напрямі “вперед” натискають кнопку . При цьому спрацьовує магнітний пускачКМ1, який своїми силовими контактами подає напругу на статор електродвигуна. Одночасно замикаються блок-контакти, які шунтують кнопку , і розмикаються блокуючі контакти в колі живлення магнітного пускачаКМ2. Для зміни напряму обертання кнопкою вимикають магнітний пускачКМ1 і вимикають двигун від мережі. Натискаючи кнопку , вмикають магнітний пускачКМ2. Він, замикаючи свої контакти в колі живлення двигуна, міняє місцями дві крайні фази. Двигун буде обертатися в протилежну сторону (“назад”). Замикаючими контактами шунтується кнопка , а розмикаючі контакти розривають коло живленняКМ1. Інші елементи мають те ж саме призначення, що і в схемі на рис.1.

Для запобігання одночасного випадкового вмикання обох магнітних пускачів в коло живлення одного магнітного пускача увімкнені розмикаючі блок-контакти другого (рис.2). При спрацюванні будь-якого із них його контакти розмикаються, і коло живлення другого магнітного пускача буде розірване (захист від “дурня”).

Кнопки керування і– двоколові з двома контактами, один із яких замикаючий, а другий – розмикаючий. Контакти механічно зблоковані таким чином, що коли вмикається кнопка, розмикається контакт який увімкнено в коло котушкиКМ2.

В деяких типах реверсивних магнітних пускачів для збільшення надійності роботи зблоковані також і якорі. Для цього вони оснащені спеціальним важелем, котрий робить неможливим одночасне втягування якорів обох котушок. Це також дає можливість уникнути короткого замикання в силовому колі при випадковому вмиканні одночасно двох пускачів.

Наведені схеми дозволяють здійснювати і “нульовий” (або мінімальний) захист при зникненні або при пониженні напруги мережі до 30…40%. При відхиленні напруги від номінального значення магнітний пускач вимкнеться і від’єднає двигун від мережі. Самозапуск двигуна не відбудеться при відновленні напруги, бо кнопка відпущена, а блок-контакт розімкнений.

Для увімкнення елементів сигналізації, що живляться пониженою напругою 24 або 36В, використовують вільні блокуючі контакти магнітних пускачів або спеціальних реле (див рис.3).