Principes de la commande de démarrage et d'arrêt automatique des moteurs électriques

L'article traite des schémas de relais-contacteurs pour l'automatisation du démarrage, de l'inversion et de l'arrêt des moteurs à induction avec un rotor de phase et des moteurs à courant continu.

Considérez les schémas pour activer les résistances de démarrage et les contacts des contacteurs KM3, KM4, KM5 qui les contrôlent, lors du démarrage moteur à induction à rotor bobiné (AD avec f. R.) Et Moteur à courant continu à excitation indépendante DPT SA (Fig. 1). Ces schémas prévoient un freinage dynamique (Fig. 1, a) et un freinage opposé (Fig. 1, b).

Lors du démarrage d'un rhéostat DPT NV ou IM à rotor de phase, la fermeture alternée (court-circuit) des étages du rhéostat de démarrage R1, R2, R3 s'effectue automatiquement à l'aide des contacts des contacteurs KM3, KM4, KM5, qui peuvent être contrôlé par trois voies :

• en comptant les intervalles de temps dt1, dt2, dt3 (Fig. 2), pour lesquels des relais temporisés sont utilisés (gestion du temps) ;

• en surveillant la vitesse du moteur électrique ou CEM (contrôle de vitesse).Des relais de tension ou des contacteurs directement connectés via des rhéostats sont utilisés comme capteurs EMF ;

• l'utilisation de capteurs de courant (relais de courant réglables pour un courant de retour égal à Imin) donnant une impulsion de commande lorsque le courant d'induit (rotor) diminue pendant le processus de démarrage à la valeur de Imin (contrôle du principe de courant).

Considérez les caractéristiques mécaniques d'un moteur à courant continu (DCM) (Fig. 1) (pour un moteur à induction (IM), il en est de même si vous utilisez la partie fonctionnement de la caractéristique mécanique) lors du démarrage et de l'arrêt, ainsi que les courbes de la vitesse, du couple (courant) en fonction du temps.

Riz. 1. Schémas d'activation des résistances de démarrage d'un moteur à induction à rotor de phase (a) et d'un moteur à courant continu à excitation indépendante (b)

Riz. 2. Caractéristiques de démarrage et d'arrêt (a) et dépendances DPT (b)

Démarrage du moteur électrique (les contacts KM1 sont fermés (Fig. 1)).

Lorsque la tension est appliquée, le courant (couple) dans le moteur est égal à I1 (M1) (point A) et le moteur accélère avec une résistance de démarrage (R1 + R2 + R3).

Au fur et à mesure de l'accélération, le courant diminue et au courant I2 (point B) R1 est court-circuité, le courant augmente jusqu'à la valeur I1 (point C) et ainsi de suite.

Au point F, au courant I2, le dernier étage du rhéostat de démarrage est court-circuité et le moteur électrique atteint sa caractéristique propre (point G). L'accélération se produit jusqu'au (point H) qui correspond au courant Ic (dépendant de la charge). Si R1 n'est pas court-circuité au point B, alors le moteur accélérera jusqu'au point B' et aura une vitesse constante.

Freinage dynamique (ouvert KM1, fermé KM7) jusqu'à ce que le moteur électrique aille au point K, qui correspond au moment (courant) et dont la valeur dépend de la résistance Rtd.

Freinage par opposition (KM1 ouvert, KM2 fermé) alors que le moteur électrique va au point L et commence à décélérer très rapidement avec résistance (R1 + R2 + R3 + Rtp).

La pente de cette caractéristique, et donc la valeur, est la même (parallèle) que la caractéristique initiale avec la résistance (R1 + R2 + R3 + Rtp).

Au point N, un court-circuit Rtp est demandé, le moteur électrique va au point P et accélère en sens inverse. Si Rtp n'est pas court-circuité au point N, alors le moteur accélérera jusqu'au point N' et tournera à cette vitesse.

Schémas de contrôle automatique pour démarrer DPT

Commande en fonction du temps (Fig. 3) Le plus souvent, les relais temporisés électromagnétiques sont utilisés comme relais temporisés dans les circuits EP. Ils sont réglés pour tenir compte des temporisations préréglées dt1, dt2,…. Chaque relais temporisé doit comporter un contacteur de puissance correspondant.

Riz. 3. Schéma du démarrage automatique du DPT en fonction du temps

Commande en fonction de la vitesse (le plus souvent utilisée pour le freinage dynamique et le freinage inverse) Ce principe d'automatisme de commande implique l'utilisation de relais qui commandent directement ou indirectement la vitesse du moteur électrique : pour les moteurs à courant continu, la fem d'induit est mesurée, pour les moteurs asynchrones et des moteurs électriques synchrones, la FEM ou la fréquence du courant est mesurée.

L'utilisation d'appareils mesurant directement la vitesse (relais de contrôle de vitesse (RCC) sur un appareil complexe) complique l'installation et le circuit de commande.Le RKS est plus souvent utilisé pour la commande de freinage afin de déconnecter le moteur électrique du réseau à une vitesse proche de zéro. Les méthodes indirectes sont plus souvent utilisées.

A flux magnétique constant, la force électromotrice de l'induit du DPT est directement proportionnelle à la vitesse. Par conséquent, la bobine de relais de tension peut être connectée directement aux bornes de l'induit. Cependant, la tension aux bornes de l'induit Uy diffère de Eya par l'amplitude de la chute de tension aux bornes de l'enroulement d'induit.

Dans ce cas, deux options sont possibles :

• l'utilisation de relais de tension KV, qui peuvent être ajustés à différentes tensions d'actionnement (Fig. 4, a);
• en utilisant des contacteurs KM connectés via des résistances de démarrage (Fig. 4, b). Les contacts de fermeture des relais KV1, KV2 alimentent en tension les bobines des contacteurs de puissance KM2, KM3.

Riz. 4. Circuits d'alimentation pour la connexion de DPT utilisant des relais de tension (a) et des contacteurs (b) comme DCS

Riz. 5. Circuit électrique (a) et circuit de commande (b) DPT avec automatisation de démarrage en fonction de la vitesse. Les lignes pointillées montrent le circuit lorsque les relais de tension KV1, KV2 sont utilisés pour mesurer la tension.

Contrôle dans la fonction actuelle. Ce principe de commande est mis en œuvre à l'aide de relais à minimum de courant, qui activent les contacteurs de puissance lorsque le courant atteint la valeur I1 (Fig. 6, b). Il est le plus souvent utilisé pour démarrer à vitesse augmentée avec un affaiblissement du flux magnétique.

Riz. 6. Schéma de connexion (a) et dépendance de Ф, Ia = f (t) (b) lors du démarrage d'un moteur à courant continu en fonction du courant

Lorsque le courant d'appel (Rp2 est court-circuité), le relais KA est excité et l'alimentation est appliquée à la bobine KM4 via le contact KA.Lorsque le courant d'induit diminue jusqu'au courant inverse, le contacteur KM4 se ferme et le flux magnétique diminue (Rreg est introduit dans le circuit d'enroulement de champ LOB). Dans ce cas, le courant d'induit commence à augmenter (le taux de variation du courant d'induit est supérieur au taux de variation du flux magnétique).

Lorsque Iya = Iav est atteint au point t1, les relais KA et KM4 sont activés et Rreg est manipulé. Le processus d'augmentation du flux et de diminution de Ia commencera au temps t2 lorsque le vaisseau spatial et KM4 s'éteindront. Avec toutes ces commutations, M > Ms et le moteur électrique vont accélérer. Le processus de démarrage se termine lorsque l'amplitude du flux magnétique approche de la valeur de consigne déterminée par l'introduction de la résistance Rreg dans le circuit de la bobine d'excitation et lorsque, à la prochaine déconnexion de KA, KM4, le courant d'induit n'atteint pas Iav ( point ti). Ce principe de contrôle est appelé vibration.

Automatisation de la commande de frein DPT

Dans ce cas, les mêmes principes s'appliquent que pour l'automatisation du démarrage. Ces circuits ont pour but de déconnecter le moteur électrique du réseau à une vitesse égale ou proche de zéro. Il est plus facilement résolu avec un freinage dynamique, en utilisant les principes de temps ou de vitesse (Fig. 7).

Riz. 7. Circuit électrique (a) et circuit de commande (b) freinage dynamique

Au démarrage, nous appuyons sur SB2 et la tension est fournie à la bobine KM1, tandis que: le bouton SB2 (KM1.2) est manipulé, la tension est appliquée à l'induit du moteur (KM1.1), le circuit d'alimentation KV ( KM1.3 ) s'ouvre.

Lors de l'arrêt, nous appuyons sur SB1 pendant que l'armature est déconnectée du réseau, KM1.3 se ferme et le relais KV est activé (puisqu'au moment de l'arrêt, il est approximativement égal à Uc et diminue avec une diminution de la vitesse). La tension est fournie à la bobine KM2 et RT est connectée à l'induit du moteur. Lorsque la vitesse angulaire est proche de zéro, l'armature du relais KV disparaît, KM2 est désexcité et RT est désactivé. Le relais KV de ce circuit doit avoir le facteur de rétroaction le plus faible possible, car ce n'est qu'alors qu'il est possible d'obtenir un freinage à la vitesse minimale.

Lorsque le moteur est inversé, le freinage à contre-commutation est utilisé et le travail du circuit de commande est d'introduire un étage de résistance supplémentaire lorsque la commande d'inversion est donnée et de le contourner lorsque la vitesse du moteur est proche de zéro. Le plus souvent, à ces fins, le contrôle est utilisé en fonction de la vitesse (Fig. 8).

Riz. 8. Circuit électrique (a), circuit de commande (b) et caractéristiques de freinage (c) du freinage DPT inverse

Considérez un circuit sans bloc d'automatisation de démarrage. Laisser le moteur électrique tourner « en marche avant » naturellement (y compris KM1, l'accélération n'est pas prise en compte).

Appuyer sur le bouton SB3 éteint KM1 et allume KM2. La polarité de la tension appliquée à l'induit est inversée. Les contacts KM1 et KM3 sont ouverts, une impédance est introduite dans le circuit d'induit. Un courant d'appel apparaît et le moteur passe à la caractéristique 2, selon laquelle le freinage a lieu. A une vitesse proche de zéro, le relais KV1 et le contacteur KM3 doivent s'enclencher. L'étage Rpr est manipulé et l'accélération démarre dans le sens opposé selon la caractéristique 3.

Caractéristiques des circuits de commande de moteur à induction (IM)

1. Les relais de contrôle de la vitesse d'induction (RKS) sont souvent utilisés pour contrôler le freinage (en particulier la marche arrière).

2. Pour IM avec un rotor bobiné, des relais de tension KV sont utilisés, qui sont déclenchés par différentes valeurs de rotor EMF (Fig. 9). Ces relais sont activés via un redresseur pour exclure l'influence de la fréquence du courant du rotor sur la résistance inductive des bobines du relais lui-même (avec une modification des modifications XL et Iav, Uav), réduisant le coefficient de retour et augmentant la fiabilité de fonctionnement.

Riz. 9. Schéma d'arrêt de la tension artérielle inversée

Principe de fonctionnement : à une vitesse angulaire élevée du rotor du moteur électrique, la force électromotrice induite dans ses enroulements est faible, puisque E2s = E2k · s, et le glissement s est négligeable (3 à 10 %). La tension du relais KV n'est pas suffisante pour tirer son armature. En sens inverse (KM1 s'ouvre et KM2 se ferme), le sens de rotation du champ magnétique dans le stator est inversé. Le relais KV fonctionne, ouvre le circuit d'alimentation des contacteurs KMP et KMT et les résistances de démarrage Rï et de freinage Rï sont introduites dans le circuit du rotor. À une vitesse proche de zéro, le relais KV s'éteint, le KMT se ferme et le moteur accélère dans le sens opposé.