Вы здесь

Аппаратура управления и защиты

Аппаратура управления и защиты электродвигателей — составная часть электропривода — предназначена для пуска и остановки двигателя, изменения частоты и направления вращения вала двигателя, а также для обеспечения работы электродвигателя в заданных режимах в соответствии с требованиями технологического процесса и для защиты его от ненормальных условий работы.

Аппаратуру управления классифицируют по назначению, способу управления (ручное, автоматическое, дистанционное), роду тока (постоянный или переменный), конструкции, исполнению (открытое, защищенное, пылебрызгонепроницаемое, тропическое и т. п.).

Аппаратура ручного управления приводится в действие обслуживающим персоналом. К аппаратуре ручного управления относятся рубильники, пакетные выключатели и переключатели, пусковые резисторы, кнопочные станции, автоматические выключатели. Ручное управление электроприводами применяют только в установках небольшой мощности с редкими включениями, не требующих дистанционного управления.



Для автоматического управления электроприводом чаще всего применяют релейно-контакторную аппаратуру, в которой используют контакторы, магнитные пускатели с кнопочными станциями, конечные и путевые выключатели, различные реле и т. п. Получают распространение бесконтактные способы управления электроприводами, основанные на применении тиристоров и симисторов.

Рубильники и переключатели предназначены для ручного включения, переключения и отключения электрических цепей с напряжением до 440 (постоянный ток) и 500 В (переменный ток). Рубильники и переключатели изготовляют на токи от 100 до 1500 А, выпускаются они в одно-, двух- и трехполюсном исполнении. По конструкции могут быть открытого типа, предназначенные для компоновки распределительных устройств станций и подстанций, а также с защитными кожухами — для отдельных электрических установок.

Рубильники и переключатели могут иметь центральный рычажный привод или боковую рукоятку. Подвижные контакты—ножи 4 рубильника (рис.38),

рис.38. Трехполюсный рубильник с центральной рукояткой.

поворачиваясь вокруг осей стоек, входят в неподвижные контакты 3, выполненные в виде пружинящих губок. Ножи всех полюсов соединены изоляционной планкой 1, к которой крепится рукоятка 2. Применяются рубильники и с рычажным приводом.

Пакетные выключатели и переключатели предназначены для нечастых включений в цепях с небольшой мощностью (токи до 400 А при напряжении 220 В — постоянный ток и 380 В — переменный ток). Они выпускаются в открытом исполнении, а также с защитным кожухом и рассчитаны для установки на щитах, в распределительных ящиках в сухих помещениях.

Пакетный выключатель (рис.39)

рис.39. Пакетный выключатель.

состоит из отдельных сложенных вместе пакетов и приводного механизма. Пакет является одним полюсом выключателя, в котором имеется два разрыва. Неподвижные контакты выполнены в виде массивных пластин из латуни. Подвижный контакт насажен на квадратный изолированный вал выключателя с рукояткой и может поворачиваться вместе с ним.

Движение подвижного контакта создается с помощью приводного механизма. При вращении рукоятки сначала заводится пружина, а затем эта пружина сообщает необходимую скорость контактам.

Пакетные выключатели и переключатели обладают большими преимуществами по сравнению с рубильниками. Они имеют малые габариты, удобны в монтаже, вибро- и удароустойчивы.

Предохранители — самые простые и дешевые аппараты автоматической защиты электродвигателей и других электроприемников от токов короткого замыкания и больших перегрузок. Предохранитель состоит из корпуса и плавкой вставки, изготовляемой из медной или цинковой проволоки (ленты).

Ток, проходя по плавкой вставке, нагревает ее и, когда сила тока превышает допустимый предел, вставка расплавляется, отключая электроприемник.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором плавкую встаку выбирают с учетом пускового тока по формуле:

Плавкие вставки для предохранителей выпускают на номинальные токи от 0,15 до 1000 А.

Для сокращения размеров распределительных устройств выпускают блоки предохранитель-выключатель (БПВ), обеспечивающие отключение номинальных токов и защиту от коротких замыканий. Трехполюсные блоки изготовляют с боковым приводом и боковой рукояткой (рис.40).

рис.40. Блок предохранитель-выключатель БВП.

В стальном корпусе помещена пластмассовая траверса, на которой укреплены три патрона трубчатых предохранителей, замена которых возможна лишь в отключенном положении аппарата. При вращении рукоятки траверса с предохранителями перемещается и контакты аппарата замыкаются или размыкаются. Блоки предохранитель-выключатель изготовляют на токи до 350 А.

Для управления электроприводами широко применяют реостаты.

Реостат в простейшем виде представляет собой аппарат, состоящий из элементов резисторов и переключающего устройства. В зависимости от назначения реостаты делятся на пусковые, пускорегулирующие, регулировочные, нагрузочные и реостаты возбуждения.

Для изготовления элементов резисторов в реостатах применяют манганин, константан, нихром в виде проволоки или ленты, а также листовую электротехническую сталь и пластинки из литого чугуна.

По виду охлаждения различают реостаты воздушные, масляные с принудительным масляным или воздушным охлаждением.

В реостатах с масляным охлаждением применяют сухое и чистое трансформаторное масло. Масляные реостаты компактнее воздушных.

Автоматические выключатели предназначены для зашиты электрических установок от недопустимых перегрузок и токов короткого замыкания, а также для нечастого включения и выключения электроприемников при нормальных условиях работы.

Автоматический выключатель АП50-ЗМТ представляет собой конструкцию, заключенную в пластмассовый корпус. Снаружи выключатель имеет две кнопки: «Пуск» и «Стоп». При нажатии кнопки «Пуск» электроприемник, подключенный через этот выключатель, включается в сеть, при нажатии кнопки «Стоп» — выключается. Выключатели АП50-ЗМТ рассчитаны на рабочие токи до 50 А. В конструкции этих выключателей (рис. 41)

рис.41. Схема устройства автоматического выключателя.

имеются тепловые (Т) и максимальные токовые (М) реле, часто называемые тепловыми и электромагнитными расцепителями. Их число указывается в типе выключателя, например в выключателе АП50-ЗМТ три тепловых и три максимальных реле.

Тепловое реле служит для защиты электроприемников от перегрузок. Оно состоит из биметаллической пластинки, которая представляет собой две жестко соединенные пластинки, выполненные из металлов с различными коэффициентами теплового расширения. В средней части биметаллическая пластинка покрыта листовым асбестом или слюдой, которые выполняют роль изолятора. Поверх асбестового (слюдяного) слоя намотан ленточный нагревательный элемент из проводника с высоким удельным сопротивлением (нихром). В ряде типов автоматических выключателей цепь тока нагрузки проходит непосредственно по биметаллической пластинке.

При перегрузке электроприемника в нагревательном элементе возрастает сила тока, так как он включен в цепь последовательно. Выделяющееся тепло нагревает биметаллическую пластинку и заставляет изгибаться. Изгибаясь, пластинка действует на механизм отключения выключателя, и электроприемник выключается.

Максимальное реле служит для защиты электроприемников от токов короткого замыкания (максимальных токов). Максимальное реле состоит из катушки с небольшим числом витков медной изолированной проволоки, включенной так же, как и нагревательный элемент теплового реле, последовательно с электроприемником. Внутри катушки размещается    подвижный стальной сердечник, связанный с механизмом отключения выключателя.

При возрастании силы тока до очень больших значений (короткое замыкание) сердечник втягивается внутрь катушки, нажимает на планку механизма отключения и аппарат отключается.

Номинальный ток теплового реле указывается на крышке выключателя. Ток срабатывания автоматического выключателя можно регулировать в диапазоне от 63 до 100%, перемещая рычаг, находящийся внутри выключателя. На смену автоматическому выключателю АГ150-ЗМТ начинают выпускать автоматы АЕ2000.

Автоматы серии A3100 и А3700 рассчитаны на токи от 15 до 1000 А; имеют в своей конструкции тепловые и максимальные реле и служат для включения и защиты мощных электроприемников от перегрузок и коротких замыканий.

Автоматический выключатель серии A3100 (рис.42)



рис.42. Автоматический выключатель А3100

состоит из контактной системы, дугогасительного устройства и механизма управления, смонтированных на общем пластмассовом основании, закрытом крышкой. Подвижные контакты укреплены на контактных рычагах. Неподвижные контакты 15 припаяны к медным шинам, уложенным на дно основания, и снабжены зажимами для присоединения к ним шин распределительного устройства или проводов питающей сети.

Для предохранения от разрушающего воздействия дуги на рабочих поверхностях контактов имеются напайки из металлокерамики.

Подвижный и неподвижный контакты каждого полюса автомата разделены пластмассовыми перегородками и заключены в съемные дугогасительные камеры. Каждая камера состоит из нескольких стальных пластин, закрепленных на фибровом каркасе так, что между ними образуются узкие, расходящиеся кверху щели. При отключении автомата образовавшаяся на его контактах дуга благодаря магнитному полю, создаваемому током дуги, втягивается в пространства между пластинами, образующими деионную решетку дугогасительного устройства, дробится на ряд мелких дуг и, интенсивно охлаждаясь о поверхность пластин, быстро гасится. Автомат имеет рукоятку ручного управления.

Держатели подвижных контактов соединены с общим стальным изолированным валиком, а через пружинный механизм при помощи системы рычагов — с рукояткой 5. Механизм управления автомата обеспечивает замыкание и размыкание контактов с постоянной скоростью, не зависящей от скорости движения рукоятки, а также необходимое нажатие в контактах и автоматическое отключение при перегрузках и коротких замыканиях.

По положению рукоятки управления определяют, включен или выключен автомат. Если рукоятка находится в верхнем положении, автомат включен, если в среднем (промежуточном) и нижнем — отключен. Среднее положение рукоятка занимает в том случае, если отключение произошло автоматически. Для восстановления включенного положения аппарата после автоматического отключения необходимо рукоятку опустить в нижнее положение («отключено»), ввести в зацепление рычаги механизма, а затем поднять рукоятку до крайнего верхнего положения.

Автоматически отключается аппарат А3100 с помощью специального устройства — расцепителя, встроенного в отдельный пластмассовый корпус и устанавливаемого под крышкой автомата.

Магнитные пускатели предназначены для автоматического или дистанционного управления асинхронными короткозамкнутыми двигателями и другими электроприемниками. Магнитный пускатель состоит из контактора переменного тока и теплового реле для защиты электродвигателя от перегрузки.

Магнитный пускатель состоит из двух основных частей: неподвижной и подвижной (рис43).

рис.43. Магнитный пускатель.

Неподвижная часть магнитного пускателя представляет собой пластмассовое основание, на котором укреплены Ш-образный магнитопровод, силовые и блокировочные контакты. Магнитопровод набран из большого количества изолированных друг от друга для уменьшения потерь от вихревых токов листов электротехнической стали толщиной 0,3—0,5 мм. На среднюю часть магнитопровода надета катушка, рассчитанная на сетевое напряжение.

Подвижная часть также представляет собой пластмассовое основание, на котором укреплены Ш-образный магнитопровод и контактные перемычки.

При протекании через катушку магнитного пускателя электрического тока магнитопровод неподвижной части намагничивается и притягивает к себе магнитопровод подвижной части магнитного пускателя, вследствие этого главные и вспомогательные (блокировочные) контакты замыкаются. Контакты магнитного пускателя, присоединяемые к сети, обозначаются Л1, Л2, Л3, а контакты, присоединяемые к электродвигателю, — CI, С2, СЗ.

Управление магнитным пускателем осуществляется с помощью кнопочной станции, имеющей две кнопки «Пуск» и «Стоп». На рис. 44

рис.44. Схема включения электродвигателя в сеть при помощи магнитного пускателя.

представлена схема нереверсивного магнитного пускателя. При нажатии на кнопку «Пуск» через размыкающий контакт «Стоп» замыкается цепь катушки магнитного пускателя КМП. Это вызывает срабатывание магнитного пускателя и включение электродвигателя в сеть. Одновременно замыкается замыкающий вспомогательный контакт магнитного пускателя, включенный параллельно кнопке «Пуск», что позволяет отпустить ее, не вызвав при этом разрыва цепи управления. Электродвигатель отключают от сети нажатием на кнопку «Стоп».

Описанная схема обеспечивает нулевую защиту, т. е. защиту электрической установки от самопроизвольного повторного включения при восстановлении напряжения после аварийного снижения его до нуля или до недопустимо низких значений.

При отключении магнитного пускателя вследствие перебоев в электроснабжении размыкаются все его контакты, в том числе и вспомогательные. При появлении напряжения в сети пускатель не включается до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Пуск». То же происходит, если напряжение в сети снижается до 50—60% номинального.

Если электродвигатель включается рубильником, пакетным выключателем или контроллером, то при перебое в электроснабжении и остановке двигателя схема не нарушится, при восстановлении напряжения двигатель самопроизвольно включится в сеть. Такой самопроизвольный пуск двигателя может явиться причиной аварии или несчастного случая.

Наиболее распространенные магнитные пускатели типа ПМЕ, ПАЕ, ПА позволяют осуществить 150 включений в час. Втягивающие катушки их могут быть рассчитаны на напряжение 127, 220, 380 В переменного тока частотой 50 Гц.

При выборе магнитных пускателей прежде всего необходимо обращать внимание на наибольшую допустимую мощность электродвигателя, работой которого будет управлять пускатель. Если магнитный пускатель управляет работой двигателя большей мощности, чем указано в паспорте пускателя, то контактная система пускателя быстро выйдет из строя. Кроме того, необходимо обращать внимание на напряжение, указанное на втягивающей катушке, которое должно соответствовать напряжению в сети. Таким образом, в сетях напряжения 380/220 В можно использовать катушки на 380 В и включать их на линейное напряжение или катушки на 220 В и включать их на фазное напряжение. Если напряжение сети больше, чем напряжение катушки, то последняя сгорит при первом же включении магнитного пускателя.

Тепловое реле предназначено для защиты электродвигателя от перегрузок. Оно состоит (рис.45)

рис.45. Принципиальная схема устройства тепловое реле типа РТ.

из электрического нагревательного элемента, биметаллической пластинки, контактов, пружины и кнопки возврата.

Нагревательный элемент теплового реле представляет собой спираль, свитую из проволоки (ленты) с высоким удельным сопротивлением (нихром), которая включается после силовых контактов магнитного пускателя последовательно с обмотками электродвигателя. Нагревательные элементы тепловых реле выбирают по номинальному току управляемого электродвигателя. Поэтому при протекании номинального тока электродвигателя нагревательный элемент не нагревается.

При перегрузках двигателя ток в его обмотках возрастает, нагревательный элемент теплового реле нагревается, биметаллическая пластина также нагревается, которая изгибаясь, разрывает контакты в цепи катушки магнитного пускателя. В результате электродвигатель отключается. Для приведения теплового реле в состояние готовности нужно после остывания биметаллической пластинки нажать кнопку возврата, расположенную на крышке магнитного пускателя.

Конструкция тепловых реле допускает регулирование уставки в пределах ±25% номинального тока нагревательных элементов с помощью специального рычага. Однополюсные тепловые реле в магнитных пускателях монтируют по одному с каждой стороны магнитной системы. Двухполюсные тепловые реле монтируют также по одному.

В ряде магнитных пускателей применяется двухполюсное тепловое реле типа ТРН (рис.46).

рис.46. Схема устройства теплового реле типа ТРН.

Это реле встраивается в магнитные пускатели. Реле ТРН состоит из пластмассового корпуса, разделенного на три ячейки. В крайних ячейках размещены нагревательные элементы, в средней — температурный компенсатор, регулятор тока срабатывания, механизм расцепителя, размыкающий контакт мостикового типа и рычаг ручного возврата. Шкала регулятора разбита на 10 делений: пять в сторону увеличения и пять в сторону уменьшения. Цена одного деления 5%. Вследствие этого ток уставки можно регулировать в пределах ±25% от номинального тока.

При протекании тока перегрузки через нагревательный элемент основная биметаллическая пластина, деформируясь (показано пунктиром), перемещает вправо толкатель, связанный жестко с биметаллической пластинкой температурного компенсатора.



Направление деформации пластины температурного компенсатора противоположно направлено деформации основной пластины. Деформация незначительна по абсолютной величине.

Вследствие этого, несмотря на противодействие, пластина температурного компенсатора начинает перемещаться тоже вправо. При этом защелка освобождается и штанга расцепителя под действием пружины отходит вверх, а контакты реле размыкаются.

Тепловые реле встраиваются в магнитные пускатели первой— третьей величины. Для каждого типа реле выпускаются комплекты сменных нагревательных элементов.

Реверсивный магнитный пускатель состоит из двух нереверсивных магнитных пускателей, один из которых обеспечивает вращение вала электродвигателя в одном направлении, а другой—в противоположном. Реверсивный магнитный пускатель управляется с помощью кнопочной станции, имеющей три кнопки: Кнн, Кнп и Cт (рис.47).

рис.47. Схема включения трехфазного электродвигателя через реверсивный магнитный пускатель.

При нажатии кнопки Кнп ток от фазы В проходит через контакты тепловых реле РТ1 и РТ2, кнопку Ст, затем через кнопку Кнн, катушку магнитного пускателя КМП1 на фазу С. Катушка магнитного пускателя КМП1 начинает обтекаться током, сердечник магнитного пускателя намагничивается и притягивает к себе подвижную часть пускателя. Замыкаются главные контакты магнитного пускателя, обеспечивающие работу электрического двигателя в одном направлении. Одновременно включается вспомогательный контакт, шунтирующий кнопку Кнп, которую отпускают.

Аналогичным образом осуществляется включение электродвигателя в обратном направлении. Изменение направления вращения вала электродвигателя осуществляется в результате смены мест двух фаз А и С.