NISKIEGO NAPIĘCIA
Układy przekaźnikowo-stycznikowe stosuje się przede wszystkim w obwodach zasilania rozdzielnic niskiego napięcia i w zautomatyzowanym napędzie elektrycznym:
w rozdzielnicach - do samoczynnego załączania rezerwy (SZR), w napędzie - do sterowania procesami: rozruchu, hamowania, nawrotu (zmiany kierunku wirowania) lub „przechodzenia”
na inną charakterystykę naturalną (w celu zmiany prędkości pracy ustalonej). Włączanie i wyłączanie styczników może być dokonywane ręcznie (za pomocą przycisków sterujących - jak na rys. 2.46; w III wydaniu skryptu - rys. 4.24) lub samoczynnie tzn. w uzależnieniu od zmian wartości określonych wielkości fizycznych. W układach napędowych zmienne te są związane bezpośrednio (prąd, napięcie, częstotliwość, prędkość) lub pośrednio (czas, położenie mechanizmu napędzającego) ze stanami pracy silników [18].
Sterowanie automatyczne odbywa się zwykle wg funkcji jednej z wielkości zmiennych.
Przy przekraczaniu wartości progowych tej zmiennej następują w układzie kolejne
przełączenia styczników, wywołujące zmiany struktury obwodu sterowanego (głównego).
Zmianom struktury obwodów elektrycznych urządzeń napędowych towarzyszą skokowe zmiany wartości chwilowych prądu i momentu obrotowego silników. Wartości progowe kontrolowanej wielkości mogą być w przekaźnikach nastawiane, stosownie do potrzeb sterowania.
W układach sterowania przekaźnikowo-stycznikowego stosuje się powszechnie przekaźniki elektromechaniczne. Są to przyrządy reagujące na określone zmiany wartości wielkości pobudzającej (wejściowej, sterującej) przełączeniem swego układu styków. Zestyki przekaźników wykorzystuje się wyłącznie w obwodach sterowania, cechuje je bowiem mała obciążalność.
Działanie przekaźnika charakteryzuje określona zwłoka czasowa. Jeśli jest ona wynikiem celowych zabiegów konstrukcyjnych, przekaźnik nazywa się zwłocznym, a jeśli nie - bezzwłocznym. Ze względu na przeznaczenie przekaźniki dzielimy na pomiarowe i pomocnicze. Przekaźniki pomiarowe działają przy pewnej określonej wartości wielkości pobudzającej i mają z reguły podziałkę nastawień tej wielkości. Przekaźniki pomocnicze reagują na pojawienie się lub zanik wielkości pobudzającej i nie mają podziałki nastawień tej wielkości.
Przekaźniki pomocnicze dzielą się na pośredniczące, czasowe i sygnałowe. Przekaźniki pośredniczące mają za zadania powtarzać bądź negować i zwielokrotniać sygnał wejściowy, przy czym moc obwodów sterowanych (wyjściowych) jest zwykle większa od mocy obwodu sterującego (wejściowego). Dodatkowa zadanie może polegać na galwanicznym rozdzieleniu torów prądowych: sterujących i sterowanych. Przekaźnik czasowy jest przekaźnikiem zwłocznym o nastawianym czasie działania. Przekaźniki sygnałowe posiadają sygnalizację zadziałania, kasowaną przez obsługę.
Większość przekaźników elektromechanicznych pomocniczych, stosowanych w energoelektryce, stanowią przekaźniki elektromagnetyczne oraz czasowe o napędzie elektromagnesowym lub silnikowym. Przekaźniki elektromagnetyczne pośredniczące działają na tej samej zasadzie, co stycznik elektromagnesowy.
W obwodach sterowania układów zautomatyzowanego napędu elektrycznego występują cewki i zestyki przekaźników pomocniczych, cewki styczników i ich zestyki pomocnicze, zestyki przekaźników pomiarowych i zabezpieczeniowych, zestyki przycisków sterowniczych, wyłączników drogowych itp. Dla przejrzystości, schematy obwodów sterowania przedstawia się w postaci obwodowej (rozwiniętej), jak na rys. 2.47, gdzie występuje ten sam układ połączeń co na rys. 2.46 (w III wydaniu skryptu - rys. 4.24). Analizę i syntezę nieskomplikowanych obwodów sterowania prowadzi się w sposób intuicyjny, a bardziej złożonych - przy zastosowaniu metod teorii układów przełączających (teorii automatów).
W obwodach głównych układów zautomatyzowanego napędu elektrycznego występują zestyki łączników ręcznych, bezpieczniki, zestyki główne styczników, uzwojenia przekaźników pomiarowych i zabezpieczeniowych, uzwojenia silników oraz ich zwalniaków (luzowników). Zadanie zwalniaków polega na sterowaniu hamulcami mechanicznymi silników (np. wciągarek), są więc równocześnie z nimi włączane i wyłączane. Cewki zwalniaków, w zależności od wykonania, mogą być zasilane prądem stałym lub przemiennym oraz łączone szeregowo lub równolegle z uzwojeniem obwodu podstawowego silników.
Dla przejrzystości, w pokazanych tutaj schematach obwodów głównych napędu elektrycznego, pominięto zestyki łączników ręcznych, bezpieczniki, cewki przekaźników oraz zwalniaków.
Rys. 2.47. Schematy rozwinięte sterowania silnika indukcyjnego za pomocą stycznika elektromagnesowego: a) obwód główny, b) obwód sterujący
Rys. 2.48. Obwody główne wybranych układów stycznikowych do rozruchu
rezystorowego (oporowego) silników elektrycznych: a) bocznikowych prądu stałego (A1 i B2 albo C2 - zaciski uzwojenia twornika z dołączonym uzwojeniem komutacyjnym oraz, jeśli występuje, kompensacyjnym; E1 i E2 - zaciski uzwojenia wzbudzającego bocznikowego), b) szeregowych prądu stałego (A1, B2, C2 - jw.; D1 i D2 - zaciski uzwojenia wzbudzającego szeregowego), c) indukcyjnych pierścieniowych (U, V, W - zaciski uzwojenia stojana w układzie gwiazdowym; K, L, M - końcówki
uzwojenia wirnika)
Układy przekaźnikowo-stycznikowego sterowania napędem elektrycznym należą do układów wielotaktowych (sekwencyjnych). Powtarzanie się niektórych sekwencji łączeniowych w obwodach głównych różnych układów napędu elektrycznego ułatwia projektowanie schematów obwodów sterowania; za przykład mogą służyć układy pokazane na rys. 2.48, w których załączanie styczników przy rozruchu silników powinno następować w kolejności zgodnej z ich numeracją (1S, 2S, 3S).
Uzyskanie określonej kolejności przełączania zestyków głównych styczników (pod wpływem zmian kontrolowanej wielkości fizycznej) wiąże się z realizacją uzależnień logicznych i koordynacją czasów działania poszczególnych elementów układu sterowania (wejściowych, wyjściowych i pośredniczących), co unaoczniają rys. 2.49 i 2.50.
Rys. 2.49. Sterowanie rozruchem silników prądu stałego wg funkcji czasu: a) schemat rozwinięty obwodu sterującego (obwód główny na rys. 2.48a, b); b) wykresy czasowe działania elementów obwodu sterującego, uwzględniające opóźnienia związane z czasami własnymi tych elementów;
c) objaśnienie do wykresów czasowych dotyczące sposobu oznaczania stanów pracy elementów.
Symbole elementów: W, Z - przyciski sterujące; S - styczniki elektromagnesowe; PC - przekaźniki pomocnicze czasowe (z nastawianymi opóźnieniami - odpowiednio: T1 i T2 - przy wzbudzaniu);
PP - przekaźnik pomocniczy pośredniczący; cyfry przed S i PC - numery aparatów;
indeksy po S, PC i PP - numery zestyków
Rys. 2.50. Sterowanie rozruchem silników prądu stałego wg funkcji prądu: a) schemat rozwinięty obwodu sterującego (obwód główny - jak na rys. 2.48a, b - z cewką przekaźnika pomiarowego
prądowego FI, połączoną szeregowo z uzwojeniem twornika); b) wykresy czasowe działania elementów obwodu sterującego, uwzględniające opóźnienia związane z czasami własnymi tych
elementów. Symbole elementów - jak na rys. 2.49