Автоматизированный электропривод

б) Схема управления низковольтным СД
На рис. 5.9 приведена схема автоматического пуска и останова СД, соответствующая серийно выпускаемой станции управления тина ПН 7401. Такие схемы используются для СД мощностью от 50 до 400 кВт, имеющих номинальные напряжения статора 220, 380 или 500 В.
В состав схемы входит следующая аппаратура: контакторы ускорения KМ1, линейный KМ2, возбуждения KМ3, форсировки KМ4; реле пусковое токовое KS, включенное на выход трансформатора тока ТА, форсировки KU, времени KТ1, KТ2; резисторы пусковой R1, возбуждения R2 и разрядный R3, кнопки пуска SB1 и останова SB2; автоматические выключатели SF и QF; выпрямитель V; лампы сигнальные HL1, HL2, HL3; резисторы вспомогательные R4–R7.



Пуск СД осуществляется нажатием кнопки SB1, после чего включается контактор KМ1 и СД подключается к сети через пусковой резистор R1. Вследствие броска пускового тока сработает реле KS, которое, в свою очередь, вызовет включение реле времени KТ1 и KТ2, подготавливающих к включению цепь линейного контактора KМ2. Происходит разбег СД с введенным в цепь его обмотки возбуждения резистором R3 (контактор KМЗ отключен контактами контактора KМ2 и реле KТ2).
При снижении тока в статоре СД ниже уставки реле KS происходит его отпускание и реле времени KТ1 теряет питание. В результате этого через некоторый интервал времени, соответствующий выдержке времени этого реле, включится контактор KМ2; обеспечивая прямое подключение СД к питающей сети.
Реле времени KТ2, потеряв питание через некоторое время после отключения KТ1, с выдержкой времени осуществит включение контактора возбуждения KМ3. Контактор KМ3 зашунтирует резистор R3 в цепи обмотки возбуждения СД, что приведет к его возбуждению и втягиванию в синхронизм. Одновременно включение KМ3 приведет к отключению контактора KМ1 и реле KS.
Форсирование возбуждения СД, выполненное с помощью аппаратов KU, KМ4 и резистора R2, осуществляется по полной аналогии со схемой рис. 5.8.
В схеме рис. 5.9 предусмотрены следующие защиты: максимальная, тепловая и от работы в асинхронном режиме, осуществляемые с помощью автоматического выключателя QF; нулевая, реализуемая линейным контактором KМ2; максимальная в цепях управления, обеспечиваемая выключателем SF.
Если сеть и СД допускают прямой пуск, то узлы схемы с контактором KМ1 и резистором R1 исключаются. При небольших моментах нагрузки двигателя (M_с<0,4М_ном) может быть реализован пуск с глухоподключенным возбудителем, для чего из схемы рис. 5.9 исключаются узлы, обведенные штрихпунктирной линией, и выполняются дополнительные соединения, показанные штриховой линией.
Лампы HL1, HL2, HL3 осуществляют сигнализацию о положении контакторов KМ1–KМ4.
в) Схема управления СД с тиристорным возбуждением
Рассмотренные схемы предусматривали возбуждение СД от электромашинного возбудителя, установленного с ним на одном валу. Такой способ возбуждения характеризуется определенными недостатками, к числу которых относятся инерционность процесса регулирования тока возбуждения СД (постоянная времени возбудителей достигает нескольких десятых долей секунды), усложнение механической части привода и ее повышенные габариты и масса.
При необходимости быстрого регулирования тока возбуждения, что требуется, например, при ударном приложении нагрузки или значительном падении напряжения сети, в современных синхронных приводах применяются тиристорные возбудители (ТВ). Они позволяют резко повысить быстродействие систем регулирования возбуждения (постоянная времени ТВ составляет 0,005–0,01 с), упростить процесс автоматизации регулирования возбуждения СД. Тиристорные возбудители, кроме того, бесшумны в работе, не требуют установки специального фундамента и более просты в эксплуатации.
Недостатком ТВ является более низкий коэффициент мощности, чем у электромашинных возбудителей. Однако этот фактор не является существенным, так как мощность ТВ составляет обычно несколько процентов мощности СД, а сам СД может обеспечить повышение cos до необходимого уровня.
На рис. 5.10 приведена упрощенная схема синхронного высоковольтного электропривода с ТВ, выполненным по трехфазной нулевой схеме выпрямления. В состав схемы входят: трансформаторы Т2 питания ТВ, Т1 питания блока управления ТВ, ТА питания катушки токового реле KА; реле времени KТ1 и KТ2, промежуточное KV, инверторного режима KV1; контактор K, предназначенный для включения СД вентилятора охлаждения ТВ (на схеме не показан); выпрямитель V; разрядный резистор R_p. Коммутация силовой части схемы рис. 5.10 осуществляется масляным выключателем QF и разъединителями QS1 и QS2, а схемы управления – автоматическим выключателем QF1. На схеме не показаны цепи сигнализации, а блок управления тиристорным возбудителем БУТВ представлен упрощенно.
Перед пускам СД включаются разъединители QS1, QS2, выключатель QF1 и трансформатор Т2. Пуск СД осуществляется включением выключателя QF, в результате чего статор СД подключается к сети, а ТВ вследствие срабатывания контактора K, включающего двигатель вентилятора, начинает охлаждаться.

Включение аппаратов QF и KМ приведет к срабатыванию реле KТ2 и KV1, а бросок пускового тока вызовет включение реле KА и реле времени KТ1. По мере разгона СД происходит снижение тока в статоре, и при некотором его значении отключается реле, которое своим контактом разрывает цепь питания KТ1. Последнее, отсчитав свою выдержку времени, замыкает свой контакт в цепи питания реле KV и вызывает его включение. В результате срабатывания этого реле БУТВ начинает подавать управляющие импульсы на тиристоры ТВ, те откроются, в обмотку возбуждения двигателя подается ток и он втягивается в синхронизм. Реле KV, включившись, обеспечивает также питание своей катушки и катушки контактора KМ.
При отключении выключателя QF теряют питание реле KТ2 и KV1. Реле KV1 воздействует своим контактом на БУТВ, который переводит ТВ в режим инвертора, обеспечивая тем самым гашение магнитного поля двигателя. После гашения магнитного поля, время которого соответствует выдержке времени KТ2, последнее размыкает свой контакт в цепи реле KV. Отключение реле KV приведет к закрытию тиристоров ТВ и отключению двигателя вентилятора, в результате чего схема вернется в исходное положение.
Отметим, что в данной схеме БУТВ позволяет обеспечивать автоматическое регулирование тока возбуждения СД.
г) Регулирование скорости СД
Как уже отмечалось, СД применяется главным образом в электроприводе рабочих машин и механизмов, не требующих регулирования координат своего движения. Вместе с тем серийный выпуск статических ПЧ создал предпосылки для использования частотного способа регулирования скорости СД.
По своим принципам построения и структуре частотно-управляемый синхронный электропривод мало отличается от асинхронного. В то же время он имеет ряд специфических свойств, а именно, постоянство скорости независимо от момента нагрузки во всем диапазоне регулирования скорости, высокая точность синхронного движения нескольких исполнительских органов; менее резкое (по сравнению с АД) снижение перегрузочной способности привода при уменьшении напряжения сети, большие значения моментов при малых скоростях, получаемые за счет соответствующего регулирования напряжения и тока возбуждения. Свое развитие синхронный регулируемый электропривод нашел в реализации схем так называемого вентильного двигателя, который рассматривается в § 6.3.