Схема электропривода: Схемы управления электроприводами

При этом размыкается блок-контакт К3 в цепи катушки КТ. Двигатель разгоняется при включении обмоток цепи в «звезду». Через 5—10 с (в зависимости от установленной выдержки времени) размыкается замыкающий контакт реле времени РВ. Это приводит к отключению контактора К3 и включению контактора КТ. Одновременное включение контакторов К3 и КТ исключается размыкающим блок-контактом К3.

Рис. 5. Схема управления асинхронным электродвигателем с переключением при пуске обмотки статора со «звезды» на «треугольник»

Рис. 6. Электрическая схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем

Схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем (рис. 6). Конструкция многоскоростного асинхронного электродвигателя позволяет изменять число полюсов обмотки статора. Изменение числа пар полюсов меняет скорость вращения асинхронного электродвигателя. Для производственных механизмов, требующих две скорости вращения, отличающиеся в два раза, применяют двухскоростные асинхронные электродвигатели. Нажимая кнопку «Пуск», включают контактор К, который своими главными контактами подготавливает цепь включения статора двигателя. Воздействуя на кнопку

«Пуск медленно», включают контактор 1К, который подключает обмотку статора, соединенную в треугольник. Если необходимо увеличить скорость, нажимают кнопку «Пуск быстро». Образуется замкнутая цепь питания параллельно включенных катушек 2К и 3К. При этом число пар полюсов уменьшается вдвое, и электродвигатель вращается с большей скоростью.

Схема управления реверсивным двухскоростным электродвигателем (рис. 7). Нажатием кнопок «Пуск 1» или «Пуск 2» устанавливают необходимую частоту вращения при соединениях обмоток двигателя в «треугольник» или в «двойную звезду». Контакторы В или Н включаются нажатием кнопок

«Пуск вперед» или «Пуск назад». Двухцепные кнопки позволяют осуществить дополнительную блокировку, исключающую одновременное включение контакторов В, Н и 1К, 2К.

Торможение асинхронного электродвигателя противовключением (рис. 8). При торможении противовключением электродвигатель включается на время торможения в сеть с соединением обмоток статора с противоположным направлением вращения. При этом необходимо, чтобы двигатель отключился от сети в момент достижения скорости вращения, близкой к нулю.

Рис. 7. Схема управления реверсивным двухскоростным электродвигателем

Рис. 8. Торможение асинхронного короткозамкнутого электродвигателя противовключением

Для этого в цепь катушки контактора 2К включены замыкающие контакты реле контроля скорости РС, работающего от вала двигателя. При работе двигателя эти контакты замкнуты, а размыкающие контакты контактора 1К разомкнуты и контактор торможения 2К отключен. В режиме торможения, когда нажата кнопка «Стоп», катушка 1К обесточивается, электродвигатель отключается от сети. Одновременно размыкающий дополнительный контакт 1К замыкается и включает контактор торможения 2К. При достижении скорости, близкой нулю, реле РС срабатывает, его контакт отключает цепь питания контактора 2К и двигатель затормаживается.

Схема управления реверсивным электродвигателем с торможением противовключением и использованием реле контроля скорости (рис. 9). При нажатии кнопок «Вперед» или «Назад» замыкаются соответственно цепи катушек контакторов В или Н, срабатывают их контакты, статор двигателя подключается к сети, ротор начинает вращаться.

Рис. 9. Схема управления реверсивным электродвигателем с торможением противовключением

Одновременно с началом вращения приводится в действие вал реле контроля скорости и замыкаются соответствующие контакты реле РКСВ или РКСН, которые подготавливают цепи катушек контакторов «Вперед» или «Назад» к работе (при работе двигателя в режиме «Вперед» подготавливается к работе цепь катушки контактора

«Назад», и наоборот). При остановке двигателя, когда нажата кнопка «Стоп», разрывается цепь работающей катушки («Вперед» или «Назад»), главные контакты отключают двигатель от сети, а блок-контакты замыкают цепь катушки контактора «Назад» в том случае, когда двигатель работал вращаясь «Вперед», и наоборот. Таким образом, двигатель переключается в реверсивный режим, однако по инерции продолжает вращаться в прежнем направлении, работая в тормозном режиме противовключения. Из-за действия тормозного момента частота вращения ротора постепенно снижается и при достижении частоты, близкой к нулю, контакты реле контроля скорости размыкают цепи катушек контакторов

«Вперед» или «Назад» и отключают статор двигателя от сети.

2. Управление электроприводами с асинхронными электродвигателями с фазным ротором

Схема управления в функции времени (рис. 10). Эта схема является типичной для двигателей длительного режима с использованием маятниковых реле времени. При нажатии кнопки «Пуск» включается контактор Л. При включении контактора Л начинает работать маятниковое реле, которое через заданный промежуток времени включит своими контактами контактор 1У. Далее процесс повторяется. Замыкающий блок-контакт Л (1—2) предназначен для облегчения работы контактов маятникового реле.

Схема управления в функции времени с несколькими реле времени (рис.11).

Рис. 10. Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором в функции времени

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором пускают с помощью пусковых реостатов, состоящих из нескольких ступеней, включаемых в фазы обмоток ротора.

При нажатии на кнопку «Пуск» катушка магнитного пускателя ПМ получает питание, и электродвигатель включается на полное сопротивление пускового реостата. Одновременно включается реле времени 1РВ, которое через выдержку времени, достаточную для разгона двигателя на этой ступени, включает контактор 1К, и он своими контактами закорачивает первую ступень пускового реостата. Блок-контакты контактора блокируют катушку 1К и отключают реле времени 1РВ.

Включается одновременно с катушкой 1К реле времени 2РВ, которое через заданную выдержку времени включает второй контактор 2К, а он отключает вторую ступень пускового реостата. Третья ступень пускового реостата отключается аналогично.

Необходимо обеспечивать выбор правильных выдержек времени реле 1РВ, 2РВ и 3РВ. Чрезмерно большие выдержки времени затягивают процесс пуска, а заниженные — не обеспечивают разгон до нужной скорости и вызывают повышенные броски тока. При нажатии на кнопку «Стоп» электродвигатель отключается, и все ступени пускового реостата включаются по фазам ротора.

Схема управления в функции тока (рис. 12). В роторную цепь включены катушки токовых реле ускорения 1РУ, 2РУ, 3РУ, настроенные на срабатывание при токах I1РУ, I2РУ, I3РУ. Контактор 1У включается при спаде силы пускового тока в роторной цепи до значения, соответствующего уставке реле 1РУ.

Рис. 11. Электрическая схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором

При большей силе тока в цепи ротора размыкающий контакт 1РУ будет разомкнут. Реле ускорения 2РУ и 3РУ, контакторы 2У и 3У работают так же. Из-за возможности вибраций размыкающих контактов реле ускорения 1РУ, 2РУ и 3РУ предусмотрено их шунтирование размыкающими блок-контактами 1У, 2У и 3У. Реле блокировки РБ создает выдержку времени, пока сила тока в роторной цепи не достигнет значения, при котором сработает реле ускорения.

Схема управления в функции частоты (рис. 13). Работа этой схемы обеспечивается с помощью частотных реле 1ЧР, 2ЧР и 3ЧР, катушки которых включены в цепь ротора. Магнитный поток реле создается совместным действием магнитодвижущих сил катушки и короткозамкнутого витка (гильзы). При пуске, т.е. при большой частоте переменного тока в роторе двигателя, размагничивающее действие тока, протекающего по витку, будет велико, и магнитный поток реле будет относительно мал. При уменьшении частоты тока в роторе магнитный поток реле возрастает, так как происходит уменьшение тока в короткозамкнутом витке. При каком-то определенном значении частоты якорь притягивается и замыкает контакты реле частоты (1ЧР, 2ЧР и 3ЧР) в цепи контактора ускорения (1У, 2У и 3У). При оживлении током катушки контактора ускорения происходит шунтирование его контактами соответствующей ступени пускового сопротивления, включенного в цепь ротора. Частотные реле должны быть настроены на определенные частоты.

Рис. 12. Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором в функции силы тока

Рис. 13. Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором в функции частоты

Типовые схемы управления электроприводами с асинхронными двигателями

Типовые схемы релейно-контакторного управления асинхронными двигателями (АД) строятся по тем же принципам, что и схемы управления двигателями постоянного тока.

1. Типовые схемы управления ад с короткозамкнутым ротором

Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно пускаются прямым подключением к сети без ограничения пусковых токов. В этих случаях они управляются с помощью магнитных пускателей, которые одновременно обеспечивают и некоторые виды их защиты.

Схема управления асинхронным двигателем с использованием магнитного пускателя (рис. 2.1) включает в себя магнитный пускатель, состоящий из контактора КМ и трех встроенных в него тепловых реле защиты КК. Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск двигателя, отключение его от сети, а также защиту от коротких замыканий (предохранители FА) и перегрузки (тепловые реле КК).

Рис. 2.1. Схема управления АД с использованием

нереверсивного магнитного пускателя

Для пуска двигателя замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SВ1. Получает питание катушка контактора КМ, который, включившись, своими главными силовыми контактами в цепи статора двигателя подключает его к источнику питания, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку SВ1. Происходит разбег двигателя по его естественной характеристике. Для отключения двигателя нажимается кнопка остановки SВ2, контактор КМ теряет питание и отключает двигатель от сети. Начинается процесс торможения двигателя выбегом под действием момента нагрузки на его валу.

2. Реверсивная схема управления ад.

Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два линейных контактора КМ1 и КМ2 и два тепловых реле защиты КК (рис. 2.2). Схема обеспечивает прямой пуск и реверс двигателя, а также торможение противовключением при ручном (неавтоматическом) управлении.

Рис. 2.2. Схема управления АД с использованием реверсивного магнитного пускателя

В схеме предусмотрена защита от перегрузок двигателя (реле КК) и коротких замыканий в цепи статора (автоматический выключатель QF) и управления (предохранители FА). Кроме того, схема управления обеспечивает и нулевую защиту от исчезновения (снижения) напряжения сети (контакторы КМ1 и КМ2).

Пуск двигателя при включенном QF в условных направлениях «Вперед» или «Назад» осуществляется нажатием соответственно кнопок SВ1 или SВ2. Это приводит к срабатыванию контактора КМ1 или КМ2, подключению двигателя к сети и его разбегу.

Для реверса или торможения двигателя вначале нажимается кнопка SВЗ, что приводит к отключению включенного до сих пор контактора (например, КМ1), после чего нажимается кнопка SВ2.

Это приводит к включению контактора КМ2 и подаче на АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз. Магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения на противоположное, что приводит к началу процесса реверса. Этот процесс состоит из двух этапов: торможения противовключением и разбега в противоположную сторону.

В случае необходимости только торможения двигателя при достижении им нулевой частоты вращения должна быть вновь нажата кнопка SВЗ, что приведет к отключению двигателя от сети и возвращению схемы в исходное положение. Если кнопка SВЗ нажата не будет, то это приведет к разбегу двигателя в другую сторону, т.е. к его реверсу.

Во избежание короткого замыкания в цепи статора, которое может возникнуть в результате одновременного ошибочного нажатия кнопок SВ1 и SВ2, в реверсивных магнитных пускателях иногда предусматривается специальная механическая блокировка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотвращает втягивание одного контактора, если включен другой. В дополнение к механической блокировке в схеме используется типовая электрическая блокировка, применяемая в реверсивных схемах управления. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ1 в цепь катушки аппарата КМ2 и, наоборот.

Следует отметить, что повышению надежности и удобства в эксплуатации способствует использование в схеме воздушного автоматического выключателя QF. Его наличие исключает возможность работы привода при обрыве одной фазы, при однофазном коротком замыкании.

3. Схема управления многоскоростным АД.

Эта схема (рис. 2.3) обеспечивает получение двух скоростей двигателя путем соединения секций (полуобмоток) обмотки статора в треугольник или двойную звезду, а также его реверсирование. Защита электропривода осуществляется тепловыми реле КК1 и КК2 и предохранителями FА.

Рис. 2.3. Схема управления двухскоростным АД

Для пуска двигателя на низкую частоту вращения нажимается кнопка SВ4, после чего срабатывает контактор КМ2 и блокировочное реле КV. Статор двигателя оказывается включенным по схеме треугольника, а реле КV, замкнув свои контакты в цепях катушек аппаратов КМЗ и КМ4, подготавливает подключение двигателя к источнику питания. Далее нажатие кнопки SВ1 или SВ2 приводит к включению соответственно в направлении «Вперед» или «Назад».

После разбега двигателя до низкой частоты вращения может быть осуществлен его разгон до высокой частоты вращения. Для этого нажимается кнопка SВ5, что приведет к отключению контактора КМ2 и включению контактора КМ1, обеспечивающему переключение секций обмоток статора с треугольника на двойную звезду.

Остановка двигателя производится нажатием кнопки SВ3, что вызовет отключение всех контакторов от сети и торможение двигателя выбегом.

Применение в схеме двухцепных кнопок управления не допускает одновременного включения контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4. Этой же цели служит перекрестное включение размыкающих блок-контактов контакторов КМ1 и КМ2, КМ3 и КМ4 в цепи их катушек.

4. Схема управления АД, обеспечивающая прямой пуск и динамическое торможение в функции времени

Пуск двигателя осуществляется нажатием кнопки SВ1 (рис. 2.4), после чего срабатывает линейный контактор КМ, подключающий двигатель к источнику питания. Одновременно с этим замыкание контакта КМ в цепи реле времени КТ вызовет его срабатывание и замыкание его контакта в цепи контактора торможения КМ1. Однако последний не срабатывает, так как перед этим разомкнулся в этой цепи размыкающий контакт КМ.

Рис. 2.4. Схема управления пуском и динамическим торможением АД с короткозамкнутым ротором

Для остановки двигателя нажимается кнопка SВ2, Контактор КМ отключается, размыкая свои контакты в цепи статора двигателя и отключая тем самым его от сети переменного тока. Одновременно с этим замыкается контакт КМ в цепи аппарата КМ1 и размыкается контакт КМ в цепи реле КТ. Это приводит к включению контактора торможения КМ1, подаче в обмотки статора постоянного тока от выпрямителя V через резистор R_т и переводу двигателя в режим динамического торможения.

Реле времени КТ, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени. Через интервал времени, соответствующий времени останова двигателя, реле КТ размыкает свой контакт в цепи контактора КМ1, тот отключается, прекращая подачу постоянного тока в цепь статора. Схема возвращается в исходное положение.

Интенсивность динамического торможения регулируется резистором R_т, с помощью которого устанавливается необходимый постоянный ток в статоре двигателя.

Для исключения возможности одновременного подключения статора к источникам переменного и постоянного тока в схеме использована типовая блокировка с помощью размыкающих контактов КМ и КМ1, включенных перекрестно в цепи катушек этих аппаратов.

Типовые схемы управления АДс фазным ротором. Схемы управления двигателя с фазным ротором, которые рассчитаны в основном на среднюю и большую мощность, должны предусматривать ограничение токов при их пуске, реверсе и торможении с помощью добавочных резисторов в цепи ротора. За счет включения резисторов в цепь ротора можно также увеличить момент при пуске вплоть до уровня критического (максимального) момента.

5. Схема одноступенчатого пуска АД в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

После подачи напряжения включается реле времени КТ (рис. 2.5), ко­торое своим размыкающим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3, предотвращая тем самым его включение и преждевременное закорачивание пусковых резисторов в цепи ротора.

Рис.2.5. Схема управления пуском и торможением противовключением АД с фазным ротором

Включение двигателя производится нажатием кнопки SВ1, после чего включается контактор КМ1. Статор двигателя подсоединяется к сети, электромагнитный тормоз YВ растормаживается, и начинается разбег двигателя. Включение КМ1 одновременно приводит к срабатыванию контактора КМ4, который своим контактом шунтирует ненужный при пуске резистор противовключения R_д2, а также разрывает цепь катушки реле времени КТ. Последнее, потеряв питание, начинает отсчет выдержки времени, после чего замыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ3, который срабатывает и шунтирует пусковой резистор R_д1, в цепи ротора, и двигатель выходит на свою естественную характеристику.

Управление торможением обеспечивает реле торможения KV, контролирующее уровень ЭДС (частоты вращения) ротора. С помощью резистора R_p, оно отрегулировано таким образом, что при пуске, когда скольжение двигателя 0 < s < 1, наводимая в роторе ЭДС будет недостаточна для включения, а в режиме противовключения, когда 1 < s < 2, уровень ЭДС достаточен для его включения.

Для осуществления торможения двигателя нажимается сдвоенная кнопка SВ2, размыкающий контакт которой разрывает цепь питания катушки контактора КМ1. После этого двигатель отключается от сети и разрывается цепь питания контактора КМ4 и замыкается цепь питания реле КТ. В результате этого контакторы КМ3 и КМ4 отключаются и в цепь ротора двигателя вводится сопротивление R_д1 + R_д2.

Нажатие кнопки SВ2 приводит одновременно к замыканию цепи питания катушки контактора КМ2, который, включившись, вновь подключает двигатель к сети, но уже с другим чередованием фаз сетевого напряжения на статоре. Двигатель переходит в режим торможения противовключением. Реле КV срабатывает и после отпускания, кнопки SВ2 будет обеспечивать питание контактора КМ2 через свой контакт и замыкающий контакт этого аппарата.

В конце торможения, когда частота вращения будет близка к нулю и ЭДС ротора уменьшится, реле КV отключится и своим размыкающим контактом разомкнет цепь катушки контактора КМ2. Последний, потеряв питание, отключит двигатель от сети, и схема придет в исходное состояние. После отключения КМ2 тормоз YВ, потеряв питание, обеспечит фиксацию (торможение) вала двигателя.

6. Схема одноступенчатого пуска АД в функции тока и динамического торможения в функции частоты вращения

Схема (рис. 2.6) включает в себя контакторы КМ1, КМ2 и КМ3; реле тока КА; реле контроля частоты вращения SR, промежуточное реле KV; понижающий трансформатор для динамического торможения Т; выпрямитель VD. Максимальная токовая защита осуществляется предохранителями FA1 и FA2, защита от перегрузки двигателя – тепловыми реле КК1 и КК2.

Рис. 2.6. Схема управления пуском и динамическим торможением АД с фазным ротором

Схема работает следующим образом. После подачи с помощью автоматического выключателя QFнапряжения для пуска двигателя нажимается кнопка SВ1, включается контактор КМ1, силовыми контактами которого статор двигателя подключается к сети. Бросок тока в цепи ротора вызовет включение реле тока КА и размыкание цепи контактора ускорения КМ2. Тем самым разбег двигателя начнется с пусковым резистором R_д2 в цепи ротора.

Включение контактора КМ1 приводит также к шунтированию кнопки SВ1, размыканию цепи катушки контактора торможения КМ3 и включению промежуточного реле напряжения КV, что, тем не менее, не приведет к включению контактора КМ2, так как до этого в этой цепи разомкнулся контакт реле КА.

По мере увеличения частоты вращения двигателя уменьшаются ЭДС и ток в роторе. При некотором значении тока в роторе, равном току отпускания реле КА, оно отключится и своим размыкающим контактом замкнет цепь питания контактора КМ2. Тот включится, зашунтирует пусковой резистор R_д2, и двигатель выйдет на свою естественную характеристику.

Следует отметить, что вращение двигателя вызовет замыкание контакта реле частоты вращения SR в цепи контактора КМ3, однако он не сработает, так как до этого разомкнулся контакт контактора КМ1.

Для перевода двигателя в тормозной режим нажимается кнопка SВ2. Контактор КМ1 теряет питание и отключает АД от сети переменного тока. Благодаря замыканию контактов КМ1 включится контактор торможения КМ3, контакты которого замкнут цепь питания обмотки статора от выпрямителя VD), подключенного к трансформатору Т, и тем самым двигатель переводится в режим динамического торможения. Одновременно с этим потеряют питание аппараты КV и КМ2, что приведет к вводу в цепь ротора резистора R_д2. Двигатель начинает тормозиться.

При частоте вращения двигателя, близкой к нулю, реле контроля частоты вращения SR разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМ3. Он отключится и прекратит торможение двигателя. Схема придет в исходное положение и будет готова к последующей работе.

Принцип действия схемы не изменится, если катушку реле тока КА включить в фазу статора, а не ротора.

Что такое электрический тяговый привод? Определение, услуги, особенности и рабочий цикл

Определение: Привод, который использует электроэнергию для движения вперед, такой тип привода называется тяговым электрическим приводом. Одно из основных применений электропривода — это транспортировка людей и материалов из одного места в другое. Тяговые приводы в основном подразделяются на два типа: однофазный тяговый привод переменного тока и тяговый привод постоянного тока.

Электротяга

Услуги электрической тяги в целом можно отнести к

1. Электропоезда
   • Магистральные поезда
   • Пригородные поезда
2. Электробусы, трамваи и троллейбусы.
3. Транспортные средства на аккумуляторах и солнечных батареях

Услуги по электротяге подробно описаны ниже.

1. Электропоезда

Электропоезд, курсирующий по фиксированным рельсам, далее классифицируется как магистральный и пригородный поезд.

Магистральные поезда — В поездах такого типа питание двигателя осуществляется двумя способами: либо от воздушной линии в электровозе, либо через дизель-генераторную установку в тепловозе.

В электровозе приводной двигатель размещен в локомотиве. Воздушная линия электропередачи прокладывается вдоль рельса или над ним. Токосъемник прикреплен к локомотиву и имеет полоску, которая скользит по питающему проводу. Таким образом, поддерживайте контакт между питанием и локомотивом. Питающий провод обычно известен как контактный провод. Для обеспечения хорошего контакта между токосъемником и питающим проводом используются контактный кабель и подводящие провода.

В высокоскоростном поезде используется коллектор пантографа. Коллектор имеет форму пятиугольника и поэтому называется пантографным коллектором. Коллектор имеет токопроводящую полосу, которая прижимается пружинами к контактному проводу. Коллекторная полоса обычно изготавливается из стали и поддерживает постоянное давление между полосой коллектора и контактным проводом для предотвращения вертикальных колебаний.

Однофазное питание проложено по всей трассе, а ток через коллектор попадает в локомотив.Мощность поступает через первичную обмотку понижающего трансформатора и возвращается на землю через колеса локомотива. Вторичная обмотка силового трансформатора питает силовой модулятор, который, в свою очередь, приводит в действие приводной двигатель. Вторичная обмотка трансформатора также питает вентилятор молнии, кондиционер и т. Д.

Пригородные поезда — Пригородные поезда используются для передвижения на небольшие расстояния. Этот поезд еще называют пригородным, пригородный поезд имеет последовательные остановки на гораздо меньшем расстоянии.Этот поезд состоит из моторных вагонов для увеличения соотношения веса на ведущих колесах и общей массы поезда, за счет чего увеличивается ускорение и замедление поезда.

Каждый вагон оборудован электроприводом и пантографным коллектором. Обычная схема использования силовых и немоторизованных тренеров — соотношение 1: 2. Для поездов большой мощности это соотношение может быть увеличено с 1: 1. Поезд, в котором используются автобусы с электроприводом и прицепами, также известен как поезд с электроприводом.Электроснабжение пригородного поезда такое же, как и в главном поезде, за исключением метро.

В поезде метро используется источник постоянного тока, поскольку для системы питания постоянного тока требуется меньший зазор от питающего проводника корпуса поезда. Кроме того, модулятор мощности становится проще и дешевле. Поезда метрополитена не используют воздушную линию электропередачи, и, следовательно, энергия подается по ходовым рельсам или с одной стороны туннеля.

2. Электробусы, трамваи и троллейбусы

Такой тип привода обычно представляет собой однодвигательный автобус.Он получает питание от воздушной линии низкого напряжения постоянного тока, которая проходит вдоль дороги. Поскольку ток, как правило, небольшой, коллектор состоит из стержня, на конце которого находится колесо с канавками или два стержня, соединенных контактной дугой. Система коллектора обладает достаточной гибкостью, а также обеспечивает дополнительный проводник для возврата тока. .

Трамваи — это электрические автобусы, которые ходят по рельсам и состоят из одного автобуса. Иногда добавляются два или более немоторизованных или прицепных вагона.Их нынешняя система сбора аналогична автобусам, и ее возврат может осуществляться через одну из рельсов. Трамваи ходят по рельсам, и их путь по дороге фиксированный.

Электрические тележки используются для транспортировки материалов на шахтах и ​​фабриках. Ездят в основном по рельсам. Они похожи на трамваи; только форма другая.

Важные характеристики тяговых электроприводов

Ниже описаны важные особенности тяговых электрических приводов.

1. Тяговому приводу требовался большой крутящий момент при трогании с места и ускорении для разгона тяжелой массы.
2. По экономическим причинам в тяге переменного тока используется однофазное питание.
3. Питание резкое вольта

Что такое система электрического привода? Определение и объяснение

Определение: Система электрического привода определяется как система, которая используется для управления скоростью, крутящим моментом и направлением электродвигателя. Каждая система электропривода отличается от других систем электропривода, но у всех систем электропривода есть некоторые общие черты.

Системы электропривода

На рисунке ниже представлена ​​типичная схема распределительной сети на уровне предприятия.Эта система электропривода получает входящее питание переменного тока от центра управления двигателями (MCC). MCC управляет питанием нескольких приводов, расположенных в определенной области.

На большом производственном предприятии существует множество таких MCC, и они получают питание от главного распределительного центра, называемого центром управления питанием (PCC). MCC и PCC обычно используют воздушный выключатель в качестве элемента переключения мощности. Номинальные характеристики этих переключающих элементов составляют до 800 В и 6400 А.

Тепловые реле перегрузки защищают систему электропривода от перегрузки.Защита от короткого замыкания обеспечивается магнитным датчиком выключателя. Предохранители с высокой отключающей способностью используются для резервной защиты, а также для обеспечения защиты от короткого замыкания, происходящего в секции шин перед автоматическим выключателем.

Рассмотрен на примере двух приводных систем. В одном используется двигатель постоянного тока, управляемый преобразователем, а в другом — двигатель переменного тока с питанием от инвертора. Система привода двигателя постоянного тока, управляемая преобразователем, показана на рисунке ниже.

Асинхронный привод с инверторным управлением GTO показан на рисунке ниже:

Ниже приведены основные части этих приводных систем:

1. Выключатель входящего переменного тока.
2. Блок преобразователя мощности и инвертора.
3. Распределительное устройство исходящего постоянного и переменного тока
4. Логика управления
5. Двигатель и соответствующая нагрузка.

Основные части системы электроснабжения описаны ниже.

1 . Распределительное устройство входящего переменного тока: Оно состоит из блока предохранителей переключателя и подрядчика по питанию переменного тока, которые имеют диапазоны до 660 В, 800 А. Коммутационное устройство заменяет обычного подрядчика подрядчиком, установленным на шину, а также использует воздушный выключатель в качестве входного выключателя.Подрядчик, установленный на планке, увеличивает диапазон до 1000 В, 1200 А.

Используется предохранитель HRC с номиналом до 660 В, 800 А. Распределительное устройство переменного тока имеет тепловую перегрузку для защиты системы от перегрузки. Иногда подрядчика КРУЭ заменяют автоматическим выключателем в литом корпусе.

2. Блок преобразователя мощности / или инвертора — Этот блок состоит из двух основных блоков — силовой и управляющей электроники. Блоки силовой электроники состоят из полупроводниковых приборов, радиаторов, полупроводниковых предохранителей, ограничителей перенапряжения, охлаждающих вентиляторов.Управляющая электроника состоит из цепи запуска, собственного регулируемого источника питания и привода, а также цепи изоляции. Цепь привода и изоляции контролирует и регулирует поток мощности к двигателю.

Когда привод работает в замкнутом контуре, он будет иметь контроллер и контуры обратной связи по току и скорости. Система управления имеет изоляцию трех портов, то есть источника питания, входов и выходов, которые изолированы с соответствующими уровнями изоляции.

3. Ограничители перенапряжения в линии — Защищают полупроводниковый преобразователь от скачков напряжения, возникающих в линии из-за включения и выключения нагрузки, подключенной к той же линии.Ограничитель перенапряжения в линии вместе с индуктивностью подавляет скачки напряжения.

Ограничитель перенапряжения в линии поглощает определенное количество захваченной энергии при срабатывании входящего автоматического выключателя и прерывает ток, подаваемый на ловушку. Ограничитель перенапряжения в линии не потребуется, если модулятор мощности не является полупроводником.

4. Логика управления — Используется для блокировки и упорядочивания различных операций приводной системы в нормальных, аварийных и аварийных состояниях.Блокировка защищает систему от ненормальных и небезопасных операций. Последовательность защищает различные операции привода, такие как пуск, торможение, реверс, толчковый режим и т. Д., Которые выполняются в заранее запланированной последовательности. Для сложных операций блокировки и последовательности используется программируемый логический контроллер.

Что такое привод переменного тока? Работа и типы электрических приводов и VFD

Что такое электрические приводы переменного тока? Классификация приводов переменного тока и частотно-регулируемых приводов

Электрические приводы являются неотъемлемой частью промышленных процессов и процессов автоматизации, особенно там, где точный контроль скорости двигателя является основным требованием. Кроме того, все современные электропоезда или локомотивы приводились в действие электрическими приводами. Робототехника — еще одна важная область, в которой приводы с регулируемой скоростью обеспечивают точное управление скоростью и положением.

Что такое привод постоянного тока? Работа и типы приводов постоянного тока

Даже в нашей повседневной жизни мы можем найти так много приложений, в которых приводы с регулируемой скоростью (или приводы с регулируемой скоростью) используются для выполнения широкого спектра функций, включая управление электробритвами, компьютерное периферийное управление, автоматическая работа стиральных машин и так далее.

Что такое электропривод?

Привод управляет скоростью, крутящим моментом и направлением движущихся объектов.Приводы обычно используются для приложений управления скоростью или движением, таких как станки, транспорт, роботы, вентиляторы и т. Д. Приводы, используемые для управления электродвигателями, известны как электрические приводы .

Приводы могут быть постоянного или переменного типа. Приводы с постоянной скоростью неэффективны для операций с переменной скоростью; в таких случаях приводы с регулируемой скоростью используются для управления нагрузками в любом из широкого диапазона скоростей.

Зачем нужны электрические приводы?

Приводы с регулируемой скоростью необходимы для точного и непрерывного управления скоростью, положением или крутящим моментом различных нагрузок.Наряду с этой важной функцией есть много причин использовать приводы с регулируемой скоростью. Некоторые из них включают

• Для достижения высокой эффективности: электрические приводы позволяют использовать широкий диапазон мощности, от милливатт до мегаватт для различных скоростей, и, следовательно, общие затраты на эксплуатацию системы снижаются.
• Для увеличения скорости точности остановки или реверсирование двигателя
• Для управления пусковым током
• Для обеспечения защиты
• Для установки расширенного управления с изменением таких параметров, как температура, давление, уровень и т. д.

Развитие силовых электронных устройств, микропроцессоров и цифровой электроники привело к разработке современных электроприводов, которые более компактны, эффективны, дешевле и имеют более высокие характеристики, чем громоздкие, негибкие и дорогие традиционные электрические приводные системы, в которых используется система из нескольких машин. для производства переменной скорости.

Блок-схема электропривода переменного тока

Компоненты современной системы электропривода показаны на рисунке ниже. На приведенной выше блок-схеме системы электропривода, электродвигатель, силовой процессор (силовой электронный преобразователь), контроллер, датчики (например, ПИД-регулятор) и фактическая нагрузка или устройство показаны как основные компоненты, включенные в привод.

Электродвигатель — это основной компонент электрического привода, который преобразует электрическую энергию (направляемую процессором мощности) в механическую энергию (приводящую в движение нагрузку). Двигатель может быть двигателем постоянного или переменного тока в зависимости от типа нагрузки.

Силовой процессор также называется силовым модулятором, который, по сути, является силовым электронным преобразователем и отвечает за управление потоком мощности к двигателю с целью достижения переменной скорости, реверса и торможения двигателя. Силовые электронные преобразователи включают преобразователи AC-AC, AC-DC, DC-AC и DC-DC.

Контроллер сообщает процессору питания, сколько мощности он должен генерировать, предоставляя ему опорный сигнал после рассмотрения входной команды и входных сигналов датчиков.Контроллер может быть микроконтроллером, микропроцессором или процессором DSP.

Привод переменной скорости, используемый для управления двигателями постоянного тока, известен как приводы постоянного тока , а приводы переменной скорости, используемые для управления двигателями переменного тока, называются приводами переменного тока . В этой статье мы поговорим о приводах переменного тока.

Классификация приводов переменного тока

Приводы переменного тока используются для привода двигателей переменного тока, особенно трехфазных асинхронных двигателей, потому что они преобладают над другими двигателями в большинстве отраслей промышленности.В промышленных терминах привод переменного тока также называют частотно-регулируемым приводом (VFD), приводом с регулируемой скоростью (VSD) или приводом с регулируемой скоростью (ASD).

Хотя существуют различные типы частотно-регулируемых приводов (или приводов переменного тока), все они работают по одному и тому же принципу, который преобразует фиксированное входное напряжение и частоту в переменное напряжение и частоту на выходе. Частота привода определяет, насколько быстро двигатель должен работать, в то время как комбинация напряжения и частоты определяет величину крутящего момента, который двигатель должен генерировать.

ЧРП состоит из силовых электронных преобразователей, фильтра, центрального блока управления (микропроцессора или микроконтроллера) и других датчиков. Блок-схема типичного ЧРП показана ниже.

Блок-схема привода переменного тока (типичный частотно-регулируемый привод)

Конструкция и детали типового привода переменного тока с частотно-регулируемым приводом

Различные секции частотно-регулируемого привода (VFD) включают выпрямитель

а секция фильтра преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока с незначительной пульсацией.В основном выпрямительная секция сделана из диодов, которые выдают неконтролируемый выход постоянного тока. Затем секция фильтра удаляет рябь и создает постоянный постоянный ток из пульсирующего постоянного тока. В зависимости от типа питания количество диодов определяется выпрямителем. Например, если это трехфазный источник питания, требуется минимум 6 диодов, и поэтому он называется шестиимпульсным преобразователем.

Инвертор получает питание постоянного тока от выпрямительной секции, а затем преобразует обратно в мощность переменного тока переменного напряжения и переменной частоты под управлением микропроцессора или микроконтроллера.Эта секция состоит из ряда транзисторов, IGBT, SCR или MOSFET, и они включаются / выключаются сигналами от контроллера. В зависимости от включения этих силовых электронных компонентов определяется мощность и, в конечном итоге, скорость двигателя.

Контроллер выполнен с микропроцессором или микроконтроллером и принимает входные данные от датчика (в качестве задания скорости) и задание скорости от пользователя и, соответственно, запускает силовые электронные компоненты для изменения частоты источника питания.Он также выполняет отключение при повышении и понижении напряжения, коррекцию коэффициента мощности, контроль температуры и подключение к ПК для мониторинга в реальном времени.

Принцип работы частотно-регулируемого привода (VFD)

Мы знаем, что скорость асинхронного двигателя пропорциональна частоте источника питания ( N = 120f / p ), и, изменяя частоту, мы может получить переменную скорость. Но когда частота уменьшается, крутящий момент увеличивается, и, следовательно, двигатель потребляет большой ток.Это, в свою очередь, увеличивает магнитный поток в двигателе. Также магнитное поле может достигать уровня насыщения, если не снижать напряжение питания.

Следовательно, и напряжение, и частота должны изменяться в постоянном соотношении, чтобы поддерживать поток в рабочем диапазоне. Поскольку крутящий момент пропорционален магнитному потоку, крутящий момент остается постоянным во всем рабочем диапазоне v / f. На приведенном выше рисунке показано изменение крутящего момента и скорости асинхронного двигателя для регулирования напряжения и частоты.На рисунке напряжение и частота изменяются с постоянным соотношением до базовой скорости. Таким образом, магнитный поток и, следовательно, крутящий момент остаются почти постоянными до базовой скорости. Эта область называется областью постоянного крутящего момента.

Так как напряжение питания может быть изменено только до номинального значения и, следовательно, скорость при номинальном напряжении является базовой скоростью. Если частота увеличивается сверх базовой скорости, магнитный поток в двигателе уменьшается, и, таким образом, крутящий момент начинает падать. Это называется областью ослабления потока или постоянной мощности.

Этот тип управления называется методом постоянного напряжения / частоты и используется в частотно-регулируемых приводах (ЧРП) и является наиболее популярным типом управления в промышленности. Предположим, асинхронный двигатель подключен к источнику питания 460 В, 60 Гц, тогда соотношение будет 7,67 В / Гц (как 460/60 = 7,67). Пока это соотношение сохраняется пропорционально, двигатель развивает номинальный крутящий момент и регулируемую скорость.

Схемы управления частотно-регулируемым приводом

Существуют различные методы управления скоростью, реализованные для частотно-регулируемых приводов.Ниже приводится основная классификация методов управления, используемых в современных ЧРП.

• Скалярное управление
• Векторное управление
• Прямое управление крутящим моментом

Скалярное управление

В этом случае величины напряжения и частоты контролируются путем поддержания постоянного отношения v / f и, следовательно, называются скалярным управлением (скалярные значения определяет скорость и крутящий момент). На двигатель подаются сигналы переменного напряжения и частоты, генерируемые ШИМ-управлением от инвертора.

Инвертором можно управлять с помощью микроконтроллера, микропроцессора или любого другого цифрового контроллера в зависимости от типа производителя. Эта схема управления широко используется, поскольку для управления скоростью требуется небольшое знание двигателя. Скалярное управление может быть реализовано несколькими способами, и некоторые из популярных схем включают

Синусоидальный ШИМ

В этом методе частота переключателя изменяется в зависимости от входного задания скорости и среднего или среднеквадратичного значения напряжение для этой частоты определяется количеством импульсов и шириной импульсов.Если ширина импульса изменяется, напряжение на двигателе также изменяется. Это напряжение создает через двигатель синусоидальный ток, который намного ближе к истинной синусоиде.

Для реализации этого метода требуются лишь небольшие вычисления. Однако этот метод имеет недостатки, заключающиеся в том, что он включает гармоники при скорости переключения ШИМ, а также величина основного напряжения менее 90%. В этом методе синусоидальные взвешенные значения сохраняются в микроконтроллере или микропроцессоре и становятся доступными на выходном порту через определенные пользователем интервалы, которые затем подаются на инвертор для обеспечения переменного питания двигателя.

Шестиступенчатый ШИМ

В этом методе инвертор VFD имеет шесть различных состояний переключения, и они переключаются в определенном порядке, чтобы обеспечить переменное напряжение и частоту для двигателя. Изменение направления вращения двигателя легко достигается путем изменения последовательности фаз на выходе инвертора с помощью угла включения.

Этот метод можно легко реализовать, так как не требуется промежуточных вычислений, а также величина основного напряжения больше, чем у шины постоянного тока.Однако в этом методе высоки гармоники низкого порядка, которые не могут быть отфильтрованы индуктивностью двигателя, и, следовательно, это приводит к большим потерям, рывкам и пульсации крутящего момента.

ШИМ с пространственной векторной модуляцией (SVPWM)

В этом методе три вектора фазного напряжения асинхронного двигателя преобразуются в один вращающийся вектор. Инвертор VFD может быть переведен в восемь уникальных состояний. Напряжение ШИМ на нагрузку достигается путем правильного выбора состояний переключателя инвертора и расчета соответствующего периода времени для каждого состояния.

При использовании преобразования пространственного вектора для каждого состояния генерируются три фазовых синусоидальных волны, которые затем применяются к двигателю.

Основным преимуществом этого метода является то, что величина гармоники меньше на частоте переключения ШИМ. Однако для использования этого метода требуются дополнительные вычисления.

Векторное управление

Этот метод также называется управлением, ориентированным на поток, управлением, ориентированным на поле, или косвенным управлением крутящим моментом. При этом три вектора фазного тока преобразуются в двумерную вращающуюся систему отсчета (d-q) из трехмерной системы отсчета с использованием преобразования Кларка-Парка.Компонент «d» — это составляющая, создающая магнитный поток, в токе статора, а составляющая «q» — составляющая, создающая крутящий момент. Эти два компонента управляются независимо через отдельный ПИ-регулятор, а затем выходы ПИ-регуляторов преобразуются обратно в трехмерную стационарную базовую плоскость с использованием обратного преобразования Кларка-Парка.

Используя метод пространственно-векторной модуляции, соответствующее переключение является широтно-импульсной модуляцией. Различные типы методов векторного управления включают управление, ориентированное на поток статора, управление, ориентированное на поток ротора, и управление, ориентированное на поток намагничивания.

Векторное управление дает лучший отклик крутящего момента и точное управление скоростью по сравнению со скалярным управлением. Но для этого требуется сложный алгоритм расчета скорости, и он дороже по сравнению со скалярным управлением из-за устройств обратной связи.

Прямое управление крутящим моментом

Этот метод не имеет фиксированной схемы переключения по сравнению с традиционным векторным управлением. Он переключает инвертор в соответствии с потребностями нагрузки. Этот метод обеспечивает высокий отклик, особенно при изменении нагрузки из-за отсутствия фиксированной схемы переключения.Это исключает использование какой-либо обратной связи, хотя обеспечивает точность скорости до 0,5%. В этом методе используется адаптивная моторная модель, которая основана на математических выражениях базовой моторной теории. Для этой модели требуются основные параметры двигателя, такие как сопротивление статора, коэффициент насыщения, взаимная индуктивность и т. Д., И алгоритм фиксирует эти данные без вращения двигателя. Эта модель вычисляет фактический крутящий момент и магнитный поток двигателя, учитывая такие входные данные, как напряжение шины постоянного тока, положение переключателя тока и линейные токи.Затем эти значения передаются на два компаратора уровня крутящего момента и магнитного потока.

Выходными данными компараторов являются опорные сигналы крутящего момента и магнитного потока, которые передаются в таблицу выбора переключателя, в которой выбранное положение переключателя применяется к инвертору без какой-либо модуляции. Отсюда и название «прямое управление крутящим моментом», поскольку крутящий момент и магнитный поток двигателя становятся напрямую управляемыми переменными.

Приводы переменного тока в реальном времени: краткий обзор

Несколько расширенных функций приводов переменного тока или (VFD) делают их экономичным выбором для приложений с регулируемой скоростью.Такие функции, как дизайн корпуса, аналоговые входы / выходы, цифровые входы / выходы, многофункциональные клавиатуры и технология IGBT, позволяют легко настроить VFD для любого приложения.

В настоящее время большинство конструкций приводов переменного тока более компактны из-за использования микропроцессоров, IGBT, а также использования технологии поверхностного монтажа (например, резисторов SMD) для сборки компонентов. Эти блоки могут быть настенными или отдельно стоящими приводами. Существуют различные приводы от разных производителей, включая ABB, AB, Siemens, Delta и так далее.Ниже показаны различные пакеты приводов переменного тока ABB.

По сути, настройка привода переменного тока для приложения включает три основных этапа, а именно: управляющую проводку, силовую проводку и программирование программного обеспечения. После подключения силовой и управляющей проводки мы должны настроить параметры привода переменного тока в соответствии с требованиями приложения с помощью программного обеспечения, съемной клавиатуры или удаленной панели оператора.

Нет необходимости переподключать привод, если приложение было изменено.Настройка для новых приложений выполняется просто путем изменения функций привода в программе. Приводы переменного тока

имеют аналоговые входы (например, задание скорости), аналоговые выходы (для вспомогательного измерения), цифровые входы (например, пуск, останов, реверс и т. Д.) И релейные выходы (реле скорости, реле неисправности и т. Д.) в секции проводки управления. Этот раздел контролируется специальным программным обеспечением, которое называется состоянием ввода-вывода, которое отслеживает и отображает входы и выходы привода.

В обычных приводах панели программирования или сенсорные клавиатуры прикреплены к самому приводу.Современные приводы состоят из съемных панелей программирования, которые позволяют пользователю программировать, перемещаться по различным функциям и настраивать привод в соответствии с требованиями приложения.

Помимо ручных инструментов, каждый привод переменного тока поставляется со специальным программным обеспечением, которое упрощает запуск и обслуживание. Этот инструмент состоит из мастеров настройки для настройки параметров. Программный инструмент позволяет просматривать, редактировать, сохранять и загружать параметры в привод. Он также обеспечивает графический и числовой мониторинг сигналов.

При проектировании производители устанавливают для параметров привода переменного тока значения по умолчанию. Таким образом, оператору необходимо загрузить значения данных двигателя и значения, чтобы настроить привод для приложения. В дополнение к значениям по умолчанию производители также предоставляют макросы, которые представляют собой не что иное, как заранее запрограммированный набор значений.

Пользователь или оператор могут установить и настроить все параметры, включенные в макросы, за несколько секунд, вместо того, чтобы настраивать все параметры по отдельности, что может занять несколько минут.Эти макросы включают трехпроводное управление, ручной автоматический режим, ПИД-регулирование и регулирование крутящего момента.

Макрос управления пропорционально-интегрально-производной (ПИД) позволяет приводу автоматически управлять скоростью, получая управляющие входные данные, такие как давление, температура или уровень в резервуаре. При правильном программировании параметров аналогового и цифрового ввода / вывода с помощью макроса ПИД-регулирования достигается работа привода с обратной связью.

имеют подключаемую опцию управления полевой шиной для подключения к основным автоматизированным системам, таким как ПЛК, ПК, PAC, системы SCADA и т. Д.Они могут поддерживать широкий спектр систем полевых шин связи, включая DeviceNet, PROFIBUS DP, ControlNet, MODBUS, PROFINET, Ethernet / IP и т. Д.

Динамика электрических приводов — Формула и объяснение

Когда двигатель вращается, нагрузка системы может вращаться или может совершать поступательное движение. При поступательном движении положение тела меняется от точки к точке в пространстве. Скорость нагрузки может отличаться от скорости двигателя.

Если груз состоит из разных частей, их скорость может быть разной. Некоторые части ротора могут вращаться, в то время как другие могут совершать поступательное движение. Система эквивалентной нагрузки двигателя показана на рисунке ниже.

Где J — полярный момент инерции мотор-нагрузочной системы, относящийся к валу двигателя, кг-м ²
ω _м — мгновенная угловая скорость вала двигателя, рад / с.
Тл — мгновенное значение развиваемого момента двигателя, Н-м.
T ₁ — мгновенное значение момента нагрузки на валу двигателя, Н-м.

Уравнение, показанное ниже, описывает уравнение нагрузки двигателя. Это уравнение применимо для приводов с переменной инерцией, таких как шахта, намоточные машины, мотовило, приводы, промышленные роботы.В этом уравнении крутящий момент нагрузки включает трение и крутящий момент двигателя.

Для привода с постоянным моментом инерции dj / dt = 0. Следовательно, уравнение принимает вид

Приведенное выше уравнение показывает, что нагрузка, развиваемая двигателем, уравновешивается крутящим моментом T ₁ и динамическим крутящим моментом jdω _м т / dt. Составляющая крутящего момента j (dω _м т / dt) называется динамическим крутящим моментом, потому что он присутствует только во время переходных процессов.

Ускорение или замедление привода в основном зависит от того, больше или меньше момент нагрузки, чем момент двигателя.Во время ускорения двигатель передает крутящий момент нагрузки вместе с дополнительной составляющей крутящего момента jdω _m t / dt для преодоления инерции привода.

Приводы с большим моментом инерции должны увеличивать момент нагрузки на большую величину для получения достаточного ускорения. Привод, который требует быстрой переходной реакции, крутящий момент двигателя должен поддерживаться на чрезмерно высоком уровне, а система нагрузки двигателя должна быть спроектирована с меньшей возможной инерцией.

Энергия, связанная с динамическим крутящим моментом, сохраняется в виде кинетической энергии и определяется уравнением jdω ² _m / dt.Во время замедления динамический крутящий момент имеет отрицательный знак. Таким образом, он помогает двигателю развивать крутящий момент T и поддерживает движение привода, извлекая энергию из накопленной кинетической энергии.