Principios del control automático de arranque y parada de motores eléctricos

El artículo trata sobre esquemas de relé-contactor para automatización de arranque, marcha atrás y paro de motores de inducción con rotor de fase y motores de corriente continua.

Considere los esquemas para encender las resistencias de arranque y los contactos de los contactores KM3, KM4, KM5 que los controlan, al arrancar motor de inducción de rotor bobinado (AD con f. R.) Y Motor DC con excitación independiente DPT NV (Fig. 1). Estos esquemas prevén frenado dinámico (Fig. 1, a) y frenado opuesto (Fig. 1, b).

Al arrancar un reóstato DPT NV o IM con rotor de fase, el cierre alternativo (cortocircuito) de las etapas del reóstato de arranque R1, R2, R3 se realiza automáticamente utilizando los contactos de los contactores KM3, KM4, KM5, que pueden ser controlado por tres vías:

• contando los intervalos de tiempo dt1, dt2, dt3 (Fig. 2), para los cuales se utilizan relés de tiempo (gestión del tiempo);

• controlando la velocidad del motor eléctrico o campos electromagnéticos (control de velocidad).Los relés de tensión o contactores conectados directamente a través de reóstatos se utilizan como sensores EMF;

• el uso de sensores de corriente (relés de corriente ajustables para una corriente de retorno igual a Imin) que dan un impulso de comando cuando la corriente del inducido (rotor) disminuye durante el proceso de arranque al valor de Imin (control del principio de corriente).

Considere las características mecánicas de un motor DC (DCM) (Fig. 1) (para un motor de inducción (IM), es lo mismo si usa la sección operativa de la característica mecánica) durante el arranque y la parada, así como las curvas de velocidad, torque (corriente) versus tiempo.

Arroz. 1. Esquemas para encender las resistencias de arranque de un motor de inducción con un rotor de fase (a) y un motor de CC con excitación independiente (b)

Arroz. 2. Características de arranque y parada (a) y dependencias DPT (b)

Puesta en marcha del motor eléctrico (los contactos KM1 están cerrados (Fig. 1)).

Cuando se aplica tensión, la corriente (par) en el motor es igual a I1 (M1) (punto A) y el motor acelera con resistencia de arranque (R1 + R2 + R3).

A medida que avanza la aceleración, la corriente disminuye y en la corriente I2 (punto B) R1 se cortocircuita, la corriente aumenta al valor I1 (punto C) y así sucesivamente.

En el punto F, con la corriente I2, la última etapa del reóstato de arranque se cortocircuita y el motor eléctrico alcanza su característica natural (punto G). La aceleración se produce hasta el (punto H) que corresponde a la corriente Ic (dependiente de la carga). Si R1 no está en cortocircuito en el punto B, entonces el motor acelerará hasta el punto B' y tendrá una velocidad constante.

Frenado dinámico (abierto KM1, cerrado KM7) hasta que el motor eléctrico pasa al punto K, que corresponde al momento (corriente) y su valor depende de la resistencia Rtd.

Frenado por oposición (KM1 abre, KM2 cierra) mientras el motor eléctrico va al punto L y empieza a decelerar muy rápidamente con resistencia (R1 + R2 + R3 + Rtp).

La pendiente de esta característica, y por tanto el valor, es la misma (paralela) que la característica inicial con la resistencia (R1 + R2 + R3 + Rtp).

En el punto N se requiere un cortocircuito Rtp, el motor eléctrico va al punto P y acelera en sentido contrario. Si Rtp no está cortocircuitado en el punto N, entonces el motor acelerará hasta el punto N' y funcionará a esa velocidad.

Esquemas de control automático para iniciar DPT.

Control en función del tiempo (Fig. 3) Muy a menudo, los relés de tiempo electromagnéticos se utilizan como relés de tiempo en circuitos EP. Están configurados para tener en cuenta los retardos de tiempo preestablecidos dt1, dt2,…. Cada relé de tiempo debe incluir un contactor de potencia correspondiente.

Arroz. 3. Esquema de inicio automático de DPT en función del tiempo

Control en función de la velocidad (utilizado con más frecuencia para frenado dinámico y frenado opuesto) Este principio de automatización de control implica el uso de relés que controlan directa o indirectamente la velocidad del motor eléctrico: para motores de corriente continua se mide la fem del inducido, para motores asíncronos y motores eléctricos síncronos, se mide la EMF o frecuencia actual.

El uso de dispositivos que miden directamente la velocidad (relé de control de velocidad (RCC) en un dispositivo complejo) complica la instalación y el circuito de control.RKS se usa más a menudo para el control de frenado para desconectar el motor eléctrico de la red a una velocidad cercana a cero. Los métodos indirectos se utilizan con mayor frecuencia.

A un flujo magnético constante, la fem del inducido del DPT es directamente proporcional a la velocidad. Por lo tanto, la bobina del relé de tensión se puede conectar directamente a los terminales del inducido. Sin embargo, el voltaje del terminal del inducido Uy difiere de Eya en la magnitud de la caída de voltaje a través del devanado del inducido.

En este caso, dos opciones son posibles:

• el uso de relés de voltaje KV, que se pueden ajustar a diferentes voltajes de actuación (Fig. 4, a);
• usando contactores KM conectados a través de resistencias de arranque (Fig. 4, b). Los contactos de cierre del relé KV1, KV2 suministran tensión a las bobinas de los contactores de potencia KM2, KM3.

Arroz. 4. Circuitos de alimentación para conexión de DPT utilizando relés de tensión (a) y contactores (b) como DCS

Arroz. 5. Circuito eléctrico (a) y circuito de control (b) DPT con automatización de arranque en función de la velocidad. Las líneas discontinuas muestran el circuito cuando se usan los relés de voltaje KV1, KV2 para medir el voltaje.

Control en la función actual. Este principio de control se implementa mediante relés de mínima corriente, que encienden los contactores de potencia cuando la corriente alcanza el valor I1 (Fig. 6, b). Se utiliza con mayor frecuencia para arrancar a mayor velocidad con un debilitamiento del flujo magnético.

Arroz. 6. Diagrama de conexión (a) y dependencia de Ф, Ia = f (t) (b) al arrancar un motor de CC dependiendo de la corriente

Cuando la corriente de irrupción (Rp2 está en cortocircuito), el relé KA se energiza y se aplica energía a la bobina KM4 a través del contacto KA.Cuando la corriente de armadura disminuye a la corriente inversa, el contactor KM4 se cierra y el flujo magnético disminuye (Rreg se introduce en el circuito de devanado de campo LOB). En este caso, la corriente del inducido comienza a aumentar (la tasa de cambio de la corriente del inducido es mayor que la tasa de cambio del flujo magnético).

Cuando se alcanza Iya = Iav en el punto t1, se activan los relés KA y KM4 y se manipula Rreg. El proceso de aumentar el flujo y disminuir Ia comenzará en el tiempo t2 cuando la nave espacial y KM4 se apaguen. Con todas estas conmutaciones M > Ms y el motor eléctrico acelerará. El proceso de arranque finaliza cuando la magnitud del flujo magnético se acerca al valor de consigna determinado por la introducción de la resistencia Rreg en el circuito de la bobina de excitación y cuando, en la siguiente desconexión de KA, KM4, la corriente de armadura no llega a Iav ( punto ti). Este principio de control se llama vibración.

Automatización de control de frenos DPT

En este caso, se aplican los mismos principios que para la automatización de inicio. El objetivo de estos circuitos es desconectar el motor eléctrico de la red a una velocidad igual o cercana a cero. Se resuelve más fácilmente con frenado dinámico, utilizando los principios de tiempo o velocidad (Fig. 7).

Arroz. 7. Circuito eléctrico (a) y circuito de control (b) frenado dinámico

Al arrancar, presionamos SB2 y se suministra voltaje a la bobina KM1, mientras: se manipula el botón SB2 (KM1.2), se aplica voltaje al inducido del motor (KM1.1), el circuito de alimentación KV ( KM1.3 ) se abre.

Al parar, presionamos SB1 mientras la armadura se desconecta de la red, KM1.3 se cierra y se activa el relé KV (ya que en el momento del apagado es aproximadamente igual a Uc y disminuye con la disminución de la velocidad). Se suministra voltaje a la bobina KM2 y RT se conecta a la armadura del motor. Cuando la velocidad angular es cercana a cero, la armadura del relé KV desaparece, KM2 se desenergiza y RT se apaga. El relé KV en este circuito debe tener el factor de realimentación más bajo posible, porque solo así es posible lograr el frenado a la velocidad mínima.

Cuando se invierte el motor, se utiliza el frenado de contra-conmutación y el trabajo del circuito de control es introducir una etapa de resistencia adicional cuando se da el comando de marcha atrás y pasarla por alto cuando la velocidad del motor está cerca de cero. La mayoría de las veces, para estos fines, el control se usa en función de la velocidad (Fig. 8).

Arroz. 8. Circuito eléctrico (a), circuito de control (b) y características de frenado (c) del frenado DPT inverso

Considere un circuito sin un bloque de automatización de arranque. Deje que el motor eléctrico funcione «hacia delante» de forma natural (incluido KM1, no se tiene en cuenta la aceleración).

Al pulsar el botón SB3 se apaga KM1 y se enciende KM2. La polaridad del voltaje aplicado a la armadura se invierte. Los contactos KM1 y KM3 están abiertos, se introduce impedancia en el circuito del inducido. Aparece una corriente de irrupción y el motor pasa a la característica 2, según la cual se produce el frenado. A una velocidad cercana a cero, el relé KV1 y el contactor KM3 deben encenderse. Se manipula el escalón Rpr y se inicia la aceleración en sentido contrario según la característica 3.

Características de los circuitos de control de motores de inducción (IM)

1. Los relés de control de velocidad por inducción (RKS) a menudo se usan para controlar el frenado (especialmente en reversa).

2. Para IM con rotor bobinado, se utilizan relés de voltaje KV, que se activan por diferentes valores de EMF del rotor (Fig. 9). Estos relés se encienden a través de un rectificador para excluir la influencia de la frecuencia de la corriente del rotor en la resistencia inductiva de las bobinas del propio relé (con un cambio en los cambios XL e Iav, Uav), reduciendo el coeficiente de retorno y aumentando la fiabilidad de funcionamiento.

Arroz. 9. Esquema de detención inversa de la presión arterial

Principio de funcionamiento: a una alta velocidad angular del rotor del motor eléctrico, la FEM inducida en sus devanados es pequeña, ya que E2s = E2k · s, y el deslizamiento s es despreciable (3–10%). El voltaje del relé KV no es suficiente para tirar de su armadura. A la inversa (KM1 abre y KM2 cierra), se invierte el sentido de giro del campo magnético en el estator. El relé KV opera, abre el circuito de suministro de los contactores KMP y KMT, y las resistencias de arranque Rп y frenado Rп se introducen en el circuito del rotor. A una velocidad cercana a cero, el relé KV se apaga, el KMT se cierra y el motor acelera en la dirección opuesta.