Виды аппаратов и их применение

Введение.

I

Рассмотрим несколько типичных схем управления электродвигателями, основанных на применении контактных электрических аппаратов. Пример электрической схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и его защиты от токов короткого замыкания и токов перегрузки дан на рис. 1.

Схема питается от трансформатора Т.

Функции основного силового коммутационного аппарата выполняет контактор или пус­катель.

Контактор — это ап­парат с дистанционным управ­лением, предназначенный для многократных включений и от­ключении цепи при токах нагрузки, не пре­вышающих номинальный, а также для редких отключений при токах перегрузки (обычно 7 - 10-кратные по отно­шению к номинальному). Род коммутируемого тока определяет некоторые конструктив­ные особенности контакторов. Поэтому контакторы перемен­ного и постоянного токов обычно не взаимозаменяемые. Хотя практически имеются контакторы, совмещающие в себе возможности коммутации как постоянного, так и пере­менного тока.

Пускатель — аппарат, предназначаемый только для включения и отключения двигателей.

Рисунок 1 - Схема управления и за щиты асинхронного двигателя

В него нередко встраиваются элементы, осуществляющие тепловую защиту двигателя от пе­регрева токами перегрузки. Пуск и останов двигателя М (рис. 1-1) осуществляются с помощью контактора, главные контакты которого обозначены

ЛК, а включающая обмотка — ОК. Кнопка управления КУ является разновидностью так называемых командоаппаратов, предназначенных для коммутации тока в цепях управления — обычно в цепях обмоток электрических аппаратов или элемен­тов автоматики. К командоаппаратам относятся, например, командоконтроллеры, имеющие сравнительно большое количество контактов, замыкаемых и размыкаемых в определенной последовательности при повороте приводного вала. Командоконтроллеры применяются в более сложных схемах управления двигателями, когда при повороте вала подается не одна, а ряд команд в схему управления.

Пуск двигателя М осуществляется нажатием кнопки П, после чего обмотка ОК контактора оказывается под напряжением цепь тока от фазы1 к фазе 2 замыкается через обмотку ОК, размыкаемые контакты тепловых реле РТ1 и РТ2, замыкаемую кнопку П и размыкаемую кнопку С). Под действием электро­магнитной силы, развиваемой электромагнитом обмотки ОК, контактор включается и его замыкаемые главные линейные контакты ЛК подают напряжение (и ток) к двигателю, который начи­нает вращаться. Когда оператор отпускает кнопку П и ее контакты размыкаются, обмотка ОК остается под напряжением, так как кнопка П шунтируется замыкаемыми вспомогательными контактами ВК2, которые связаны с подвижной системой контактора и замыкаются при его срабатывании. Для отключения контактора (и останова двигателя) нажимают кнопку С, которая своими контактами разрывает цепь тока через обмотку ОК. Под действием возвратной пружины контактор отключается. Вспомогательные контакты ВК2, связанные с подвижной системой контактора размыкаются и после возврата кнопки С в исходное положение цепь тока через обмотку ОК остается также разорванной.

В цепи двигателя М установлены два вида защитных аппаратов плавкие предохранители ПР и тепловые реле P7I и РТ2.Плавкие предохранители отключают цепь при возник­новении в ней короткого замыкания. При прохождении сверхтока перегорают металлические плавкие вставки предохранителя гасится возникающая электрическая дуга. Тепловые реле сра­батывают при прохождении по цепи тока перегрузки (7—18-кратного по отношению к номинальному). Этот ток нагревает специальные биметаллические элементы тепловых реле, они деформируются и отключают размыкаемые контакты РТ1 и РТ2. Цепь тока через обмотку ОК контактора прерывается, контактор отключает двигатель. При самовозврате контактов PT1 и РТ2 в замкнутое состояние контактор не включается, так как цепь разрывается вспомогательными контактами ВК2.

В схеме 1 имеется автоматический воздушный выключатель автомат А - защитный электрический аппарат, автоматически отключающий электрическую цепь при возникновении аварийных режимов (короткое замыкание, понижение напряжения, пе­регрузка). Автомат используется также для редких коммутаций электрических цепей в нормальных условиях. На рис. 1-1 видно, что автомат А имеет максимальную токовую защиту (от тока короткого замыкания), а индекс U показывает, что авто­мат имеет защиту от понижения напряжения. Обычно автомат защищает не единичный объект, а ряд параллельно включенных объектов. Он работает селективно (избирательно) с другими защитными аппаратами. Так, при возникновении короткого за­мыкания на зажимах двигателя срабатывают и отключают цепь предохранители ПР. Если эти предохранители не сработают и не отключат своевременно цепь с током короткого замыкания, дол­жен сработать автомат А. Для обеспечения селективной защиты создается так называемая ступень селективности по времени:.при данном токе время срабатывания автомата А должно быть больше времени срабатывания предохранителя ПР. Автоматы рассчитываются на отключение очень больших токов, достигаю­щих десятков и даже сотен килоампер. Применяются автоматы и на другие, существенно меньшие значения предельных отклю­чаемых токов. Вспомогательные контакты ВК1 жестко связаны С подвижной системой автомата А. Они применены для сигна­лизации положения автомата. В отключенном состоянии автомата размыкаемые контакты замыкают цепь зеленой лампы ЗЛ, во включенном состоянии — цепь красной лампы КЛ.

Тепловые реле РТ1 и РТ2 осуществляют функции защиты двигателя от токов перегрузки, и непосредственно реагируют на температуру нагрева элемента, обтекаемого током защищаемой цепи. Их часто встраивают в пускатель. Кроме тепловых реле к реле управления относятся также реле тока, напряжения. времени, промежуточное реле и др. В отличие от защитных реле, срабатывающих при возникновении аварийного режима в цепях и подающих сигнал на отключение силовой цепи соот­ветствующим выключателям, реле управления выполняют функ­ции управления режимом работы установки в нормальных условиях. Для иллюстрации функций, выполняемых некоторыми реле управления, на рис. 2 показана схема пуска асинхронного двигателя с контактными кольцами по принципу тока. Пуск схемы осуществляется нажатием кнопки П, останов двигателя нажатием кнопки С (стоп).

Рисунок 2 – Схема пуска асинхронного двигателя

В цепь ротора включаются блоки резисторов R1, R2, кото­рые на определенных этапах пускового периода ограничиваю) величину тока в роторе. Блоки пусковых резисторов в цепи ротора автоматически закорачиваются, когда ток в роторе сни­жается до заданной величины. При нажатии пусковой кнопки П обмотка контактора ЛК оказывается под напряжением, контактор включается и подает напряжение на статор асинхронной машины.

Вспомогательные: контакты контактора ВК шунтируют пусковую кнопку П. Появившийся в роторе ток протекает через резисторы R1 и R2, обмотки токовых реле РТ1- РТ2 Токовые реле срабатывают лишь при определенном значении тока, превышающем заданный ток трогания, и отпускают (приходят в исходное положение) при токах, меньших значений отпускания (возврата). В этих реле предусматривается возможность регулирования токов срабатывания и отпускания.

Под воздействием тока, протекающего через обмотки реле и РТ2 и превышающего токи их трогания, эти реле срабатывают и размыкают контакты РТ1 и РТ2, подготавливая тем самым соответствующие цепи схемы управления к нормальному тонированию в режиме пуска двигателя. Обмотка реле

времени РВ оказывается под напряжением одновременно с обмоткой контактора ЛК. Реле времени представляет собой аппарат, в котором предусмотрена возможность создания регулируемой выдержки времени между моментом подачи напряжения на обмотку и моментом замыкания (или размыкания) его контактов. В данном случае контакты реле времени РВ замыкаются через заданный интервал времени после размыкания контактов РТ1 и РТ2.

По мере разгона двигателя ток в роторе уменьшается. При |достижении значения тока отпускания реле РТ1 это реле возвращается в исходное положение и замыкает контакты РТ1 Через них подается напряжение на обмотку контактора У1 который срабатывает, замыкает главные контакты У1, включенные в роторную цепь, и закорачивает резисторы R1. При срабатывании контактора У1 замыкаются его вспомогательные I контакты ВУ1, а когда ток в роторной цепи снова уменьшается, реле РТ2 отпускает и замыкает контакты РТ2. Обмотки контактора У2 оказывается под напряжением. Главные контакты контактора У2 закорачивают вторую ступень резисторов R2 в цепи ротора. Разгон двигателя закончен. Одновременно со срабатыванием контакторов У1 и У2 замыкаются их вспомогательные контакты ВУ1 и ВУ2 переключая на себя часть тока контактов токовых реле РТ1 и РТ2 и облегчая этим условия их работы.

В схемах электропривода контакторы У1 и У2 принято называть контакторами ускорения, а реле РТ1 и РТ2 реле ускорения. Совокупность этих контакторов, различных реле и других элементов иногда называют станциями управления, Составными элементами схемы (рис. 1-2) являются резисторы R1 и R2, которые принято называть пусковыми. Обычно они представляют собой самостоятельные элементы или элементы, являющиеся составной частью электрического аппарата и позволяющие ограничивать значения тока в установке или изменять падение напряжения в том или ином ее звене. Кроме пусковых резисторов существуют пусковые реостаты, которые выполняют практически те же функции, что и пусковые резисторы.

Рассмотренные схемы относятся к управлению двигателями переменного тока и их защите от аварийных режимов. На рисунке 3 приведена схема управления двигателем постоянного тока I с независимым возбуждением (обмотка возбуждения ОВ включена на полное напряжение Uном).

Рисунок 3 –Схема пуска двигателя постоянного тока

При нажатии пусковой кнопки П срабатывает контактор ЛК и якорь двигателя Я оказывается под током, значение которого на некоторое время ограничивает резистор R1. При отпускании кнопки П схема продолжает работать, так как кнопка зашунтируется вспомогательным контактом ВК1, механически связанным с контактором ЛК. В необходимый момент времени замыкаются контакты РВ задающего органа, и включается контактор КУ, контакты которого шунтируют резистор R1. Момент замыкания контактов РВ может задаваться различными способами, например, по принципу времени, когда специальное реле време­ни РВ включает контактор КУ через определенную выдержку времени после срабатывания контактора ЛК. Таким образом, двигатель начинает работать в нормальном режиме.

Для отключения двигателя необходимо нажать кнопку С. При этом контактор ЛК возвращается в исходное состояние, а схема управления автоматически осуществляет динамическое торможение двигателя. За счет наведенной в якоре ЭДС сраба­тывает реле напряжения РН (контакты ВК2 относятся к контактору ЛК и в это время они замыкаются). Напряжение сети через контакты РН подается на обмотку контактора ТК, он срабатывает, и его контакты ТК включают резистор R2 парал­лельно обмотке якоря двигателя. Начинается динамическое торможение двигателя. Снижение частоты его вращения вызывает уменьшение ЭДС, наводимой в обмотке якоря. Когда напряже­ние на обмотке якоря становится равным напряжению отпуска­ния реле РН, оно отпускает и разрывает своими контактами цепь обмотки контактора ТК, который при этом отключается, и двигатель окончательно затормаживается под действием ста­тического момента.

Реле напряжения срабатывает при заданном значении на­пряжения срабатывания, а возвращается в отключенное состоя­ние при определенном напряжении отпускания (возврата). В реле предусмотрена возможность регулирования той или другой ве­личины напряжения в определенных пределах.

В схемах управления часто применяют так называемые промежуточные реле. Эти реле обычно имеют одну оперативную обмотку и много пар контактов. На обмотку подается единич­ный сигнал через один контакт, не зависимый от промежуточ­ного реле. В то же время при срабатывании этого реле сравни­тельно большое количество его контактов способно коммутиро­вать число цепей, равное числу пар контактов, т. е. подавать в цепи управления значительно большее количество сигналов по сравнению с начальным, поданным на обмотку реле. Контакты этих реле могут пропускать существенно большие токи по сравнению с током, проходящим через обмотку.

В электроприводе широко применяются электромагнитные муфты. В отличие от других видов муфт они приводятся в действие электромагнитной силон, развиваемой за счет тока обмотки муфты. Электромагнитные муфты применяются для ав­томатического сцепления и расцепления отдельных элементов привода, дистанционного управления этими операциями, измене­ния направления вращения в отдельных звеньях электропривода.

Применяются аппараты управления, называемые командоап­паратами. К ним относятся, например, путевые выключатели — коммутационные аппараты, кинематически связанные с подвиж­ной системой какого-либо механизма и предназначенные ля срабатывания на заданном участке пути. Разновидностью путевых выключателей являются конечные выключатели, срабатывающие в конце пути подвижной системы какой-либо установки. Они используются как ограничители хода в подъемно-транспортных механизмах, ограничители хода суппорта в металлорежущих станках и т. п.

В технике управления электрическими приводами широко применяются бесконтактные аппараты, основанные на полупроводниковых приборах или магнитных усилителях. Они не имеют контактов и других подвижных элементов и это опреде­лило ряд их преимуществ перед контактными, главное из которых — отсутствие электрической дуги при коммутации тока (бездуговая коммутация). Разработка сверхпроводящих материалов приводит к созда­нию электромагнитов, электрических машин и кабелей на сверх­проводниках.

Дата добавления: 2013-12-12