ОСНОВНІ РІЗНОВИДИ АПАРАТІВ КЕРУВАННЯ І ПРИКЛАДИ ЇХНЬОГО ЗАСТОСУВАННЯ

Серед багатьох різновидів електричних апаратів керування особливе місце належить контактору – широко розповсюдженому і відповідальному виду апаратів керування. Контактор – це апарат з дистанційним керуванням, призначений для частих включень і відключень електричного кола при нормальних струмах навантаження, а також для рідких відключень при струмах перевантаження (звичайно 7 – 10 кратні стосовно номінального). Існують контактори постійного і змінного струму. Рід струму, що комутується, визначає деякі специфічні конструктивні особливості контакторів. Тому контактори змінного і постійного струму звичайно не взаємозамінні. Однак є і такі серії контакторів, що можуть комутувати електричні кола як постійного, так і змінного струму.

На рис. 1.1 дана схема керування і захисту асинхронного двигуна з клітковим ротором.

Рис. 1.1. Схема керування і захисту

асинхронного двигуна з клітковим ротором

Пуск і зупинка двигуна АД здійснюються за допомогою контактора, головні контакти якого позначені через ЛК, а електромагнітний привод (котушка ввімкнення) – через К. Кнопка керування КУ, рухливі контакти якої приводяться в дію рукою (чи ногою) за допомогою натискання на зв'язану з ними ізолюючу деталь, є різновидом так званих командоапаратів, що призначаються для комутації струму в колах керування, звичайно в колах котушок електричних апаратів чи елементів автоматики. До командоапаратів належать, наприклад, командоконтролери, що мають порівняно велику кількість контактів, що замикаються і розмикаються у визначеній послідовності при повороті приводного вала.

Повернемося до схеми рис. 1.1. Пуск двигуна АД здійснюється натисканням кнопки П. Тоді втягувальна котушка контактора К виявиться під напругою (коло струму від фази 1 до фази 2 замикається через котушку К, що роз’єднувальні контакти теплових реле 1РТ і 2РТ, кнопку П замикання і роз’єднувальну кнопку С). Під дією електромагнітної сили, що розвивається електромагнітом з котушкою К, контактор включається і його головні лінійні контакти, що замикаються, ЛК подають напругу (і струм) до двигуна. Двигун приходить в обертання. Коли оператор відпустить кнопку П і її контакти розімкнуться, котушка К залишиться під напругою, тому що кнопка П виявиться зашунтованою допоміжними контактами, що замикаються, так називаними блок-контактами БК2, що зв'язані з рухливою системою контактора і замикаються при його спрацьовуванні. Для відключення контактора (і зупинки двигуна) треба натиснути кнопку С, що своїми контактами розірве коло струму через котушку К. Під дією поворотної пружини контактор відключається. Блок-контакти БК2, зв'язані з рухливою системою контактора, при цьому розмикаються, і після повернення кнопки С в вихідне положення коло струму через котушку К залишиться також розірваним.

У колі двигуна АД встановлені два види захисних апаратів – плавкі запобіжники П і теплові реле 1РТ і 2РТ. Плавкі запобіжники відключають коло при виникненні у ньому короткого замикання. При протіканні надструму перегоряють металеві плавкі вставки запобіжника і гаситься виникаюча електрична дуга. Теплові реле спрацьовують при протіканні по колі струму перевантаження (7 – 18-кратного стосовно номінального). Цей струм нагріває спеціальні біметалічні елементи теплових реле, вони деформуються і відключають контакти, що розмикаються, 1РТ і 2РТ. Коло струму через котушку К контактора розривається, контактор відключає двигун. При самоповерненні контактів 1РТ і 2РТ у замкнутий стан контактор не включиться, тому що коло котушки виявиться розірваним блок-контактами БК2.

Якщо внаслідок якихось причин понизиться напруга в мережі, двигун буде працювати в ненормальних умовах (при збереженні механічного навантаження через нього буде протікати підвищений струм). Тому в контакторах іноді передбачається автоматичний захист від зниження напруги. Він може здійснюватися відповідним вибором параметрів електромагніта ввімкнення і його котушки К. Якщо напруга мережі буде нижче визначеної межі, електромагніт перестане розвивати достатню тягову силу. Відбувається самовідключення контактора під дією поворотної пружини.

На рис. 1.1 зображений ще один апарат – автоматичний повітряний вимикач (автомат) А. Автомат – це захисний електричний апарат, що автоматично відключає електричне коло при виникненні аварійних режимів (коротке замикання, зниження напруги, перевантаження). Автомат використовується також для нечастих комутацій електричних кіл у нормальних умовах. На рис. 1.1 індекс «I>» позначає, що автомат А має максимальний струмовий захист (від струму короткого замикання), а індекс «U<»показує, що даний автомат має також захист від зниження напруги. Звичайно автомат захищає не одиничний об'єкт, а ряд паралельно включених об'єктів. Він повинен працювати селективно (вибірково) з іншими захисними апаратами. Так, при виникненні короткого замикання на затискачах двигуна (рис. 1.1) повинні спрацювати і відключити коло запобіжники П. У випадку, якщо ці запобіжники з якої-небудь причини не спрацюють і не відключать вчасно коло зі струмом короткого замикання, повинен спрацювати автомат А. Для забезпечення селективного захисту створюється так називана ступінь селективності за часом: при даному струмі час спрацьовування автомата А повинне бути більшим за час спрацьовування запобіжника П. Автомати розраховуються на відключення дуже великих струмів, що досягають десятків і навіть сотень кілоамперів.

На рис. 1.1 показані блокувальні контакти БК1, жорстко зв'язані з рухомою системою автомата А. Вони застосовані тут для сигналізації положення автомата. У відключеному стані автомата контакти, що розмикаються, замикають коло зеленої лампи ЗЛ, у включеному стані контакти, що замикаються, включають коло червоної лампи КЛ.

Теплове реле РТ здійснює функції захисту двигуна від струмів перевантаження і безпосередньо реагує на температуру нагрівання елемента, через який протікає струм захищуваного кола. Воно часто вбудовується в пускач – апарат для включення і відключення двигунів постійного чи змінного струму.

До розряду реле керування належать реле струму, реле напруги, реле часу, проміжне реле й ін. На відміну від захисних реле, що спрацьовують при виникненні аварійного режиму в колах і які подають сигнали на відключення силового кола відповідним вимикачам, реле керування здійснюють функції керування режимом роботи установки в нормальних умовах. Для ілюстрації звернемося до зображеного на рис. 1.2 схемі пуску асинхронного двигуна з контактними кільцями за принципом струму.

Рис. 1 2. Схема пуску асинхронного двигуна

з контактними кільцями за принципом струму

Як відомо, у цьому випадку в коло ротора включаються ступіні опорів (R1, R2), що на визначених етапах пускового періоду обмежують величину струму в роторі. Ступіні пускових опорів у колі ротора автоматично закорочуються, коли струм у роторі знижується до визначеної заданої величини. При натисканні пускової кнопки П котушка контактора ЛК виявляється під напругою, контактор включається і подає напругу на статор асинхронного двигуна АД. Блоки-контакти контактора БК шунтують пускову кнопку П. Струм, що з'явився в роторі, буде протікати через опори R1 і R2 і котушки реле струму РТ1 і РТ2. Струмові реле спрацьовують лише при визначеній величині струму, що перевищує заданий струм, і відпускають (приходять у вихідне положення) при струмах, менших величини струму відпускання (повернення). У цих реле передбачається можливість регулювання струмів спрацьовування і відпускання.

Під впливом струму, що протікає через котушки реле РТ1 і РТ2 і який перевищує їхні струми спрацювання , ці реле спрацьовують і розмикають свої контакти РТ1 і РТ2, підготовляючи тим самим відповідні кола схеми керування до нормального функціонування в режимі пуску двигуна. Котушка реле часу РВ виявляється під напругою одночасно з котушкою контактора ЛК. Реле часу являє собою апарат, у якому передбачена можливість створення регульованої витримки часу між моментом подачі напруги на котушку і моментом замикання (чи розмикання) його контактів. У даному випадку контакти реле часу РВ замкнуться через заданий інтервал часу – після розмикання контактів РТ1 і РТ2.

В міру розгону двигуна струм у роторі зменшується і, коли він досягне величини струму відпускання реле РТ1, це реле повернеться у вихідне положення і замкне свої контакти РТ1, подавши напругу на котушку контактора 1У. Він спрацює, замкне свої головні контакти 1У, включені в роторний коло, і закоротить опір R1. Струм у роторному колі знову зросте. При спрацьовуванні контактора 1У замкнуться його блоки-контакти 1У, а коли струм у роторному колі знову зменшиться, реле РТ2 відпустить і замкне свої контакти РТ2. Котушка контактора 2У виявиться під напругою. Головні контакти контактора 2У закоротять другу ступінь опорів R2 у колі ротора. Розгін двигуна буде закінчений. Одночасно зі спрацьовуванням контакторів 1У і 2У замикаються їхні блоки-контакти 1У и 2У, відволікаючи на себе частина струму з контактів токових реле РТ1 і РТ2 і полегшуючи цим умови їхньої роботи.

У схемах електропривода контактори 1У и 2У прийнято називати контакторами прискорення, а реле РТ1 і РТ2 – реле прискорення. Сукупність цих контакторів і реле разом з реле часу РВ іноді іменують магнітними контролерами.

Складовими елементами схеми рис. 1.2 є опори R1 і R2, які прийнято називати пусковими. Звичайний опір являє собою самостійний елемент чи елемент, що є складовою частиною електричного апарата і що дозволяє обмежувати величину струму в установці чи змінювати спад напруги в тій чи іншій її ланці. Крім пускових опорів, існують пускові реостати, що виконують практично ті ж функції, що і пускові опори. Однак реостати можна розглядати як самостійні електричні апарати. На відміну від пускових опорів вони постачені спеціальним пристроєм для регулювання величини електричного опору.

Взаємодію апаратів можна розглянути також на прикладі схеми керування двигуном постійного струму з незалежним збудженням (рис. 1.3)

Рис. 1.3. Схема керування двигуном постійного струму

При натисканні пускової кнопки П спрацьовує контактор ЛК і якір двигуна Я виявляється під струмом, величину якого на якийсь час обмежує опір R1. У необхідний момент часу замикаються контакти Кє. Включається контактор КУ, контакти якого шунтують опір R1. Момент замикання контактів К може задаватися різними способами, наприклад, за принципом часу, коли спеціальне реле часу (на схемі не зображено) включає контактор КУ через визначену витримку часу після спрацьовування контактора ЛК. Таким чином, двигун буде пущений у хід.

Для відключення двигуна необхідно натиснути кнопку С. Тоді контактор K повернеться у вихідний стан, а схема керування автоматично здійснить динамічне гальмування двигуна. За рахунок наведеної в якорі ЕРС спрацює реле напруги РН (блоки-контакти БК2 відносяться до контактора ЛК і в цей час вони будуть замкнуті). Напруга мережі через контакти РН буде подана на котушку контактора ТК, він спрацює і його контакти ТК включать опір R2 паралельно до обмотки якоря двигуна. Почнеться динамічне гальмування двигуна. Зниження швидкості його обертання викликає зменшення ЕРС, що наводиться в обмотці якоря. Коли ця ЕРС стане рівною напрузі відпускання реле РН, вона відпустить і розірве своїми контактами коло котушки контактора ТК. Він відключиться, і двигун остаточно загальмується під дією статичного моменту.

Реле напруги спрацьовує при заданій величині напруги спрацьовування, а відпускає – при певній напрузі відпускання (повернення). У реле передбачена можливість регулювання тієї чи іншої величини напруги у визначених межах.

У схемах керування часто застосовуються так називані проміжні реле. Ці реле звичайно мають одну оперативну котушку і багато пар контактів. На котушку подається одиничний сигнал через один контакт, незалежний від проміжного реле. У той же час при спрацьовуванні цього реле порівняно велика кількість його контактів здатна комутувати кількість кіл, що дорівнює кількості пар контактів, тобто подавати в колі керування значно більшу кількість сигналів у порівнянні з початковим, поданим на котушку реле. Контакти цих реле можуть пропускати підвищені струми в порівнянні зі струмом, що протікає через котушку.

В електроприводі знайшли широке застосування електромагнітні муфти. На відміну від інших видів муфт вони приводяться в дію електромагнітною силою, що розвивається за рахунок струму, що протікає по котушці муфти.

Електромагнітні муфти застосовуються для автоматичного зчеплення і розчіплювання окремих елементів привода, для дистанційного керування цими операціями, для зміни напрямку обертання в окремих ланках електропривода.

Приклад використання електромагнітної муфти в схемі керування показаний на рис. 1.4.

Рис 1.4. .Схема керування з застосуванням електромагнітної муфти

При включенні рубильника Р двигун Д приходить в обертання. Одночасно з цим у коло керування обмоткою збудження 0В електромагнітної муфти подається випрямлена напруга (через понижуючий трансформатор Тр випрямний міст В). Якщо замкнути кнопку керування КУ, обмотка збудження 0В буде обтікатися струмом (коло струму проходить через контактні кільця КК, установлені на валу ВМ). В електромагнітній муфті М виникне сила, що здійснить зчеплення двох деталей муфти, зв'язаних з ведучим ВД і веденим ВМ валами. Обертання від ведучого вала буде передаватися до веденого вала і жорстко зв'язаної з ним установці Н, що представляє собою механічне навантаження. Реостат R може змінювати струм у колі обмотки збудження муфти і відповідно силу зчеплення, що розвивається муфтою.

Рубильник Р являє собою простий неавтоматичний апарат з ручним приводом. Він служить для комутації кіл при порівняно невеликих струмах. Аналогічні функції виконують пакетні вимикачі. На відміну від рубильників, що звичайно є апаратами відкритого виконання, контактні і струмоведучі деталі пакетних вимикачів монтуються усередині ізоляційних циліндрів, встановлюваних один над іншим. Таким чином, пакетний вимикач складається з набору ізоляційних пакетів – кілець, усередині яких монтуються окремі для кожного полюса контактні пристрої, що сидять на загальному приводному валу. Рубильники і пакетні вимикачі можуть конструюватися як перемикачі, що є власне кажучи апаратами двосторонньої дії. Пакетні перемикачі можуть мати кількість положень, що переключаються, більш двох.

Існує різновид апаратів керування, називаний командоапаратами. До них належать, наприклад, шляхові вимикачі – комутаційні апарати, кінематично зв'язані з рухомою системою якого-небудь механізму і призначені для спрацьовування на заданій ділянці шляху. Різновидом шляхових вимикачів є кінцеві вимикачі, що спрацьовують наприкінці шляху рухливої системи якої-небудь установки. Вони використовуються як обмежники ходу в підйомно-транспортних механізмах, обмежники ходу супорта в металорізальних верстатах і т.д.

Приклад включення шляхового вимикача в схему керування даний на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Схема пуску і гальмування асинхронного двигуна

У коло котушки Клк контактора включені контакти шляхового вимикача ПВ. Коли переміщувана двигуном деталь Н дійде до місця розташування шляхового вимикача, він спрацює і своїми контактами розірве коло котушки Клк контактора. Контактор відключиться і зніме напругу з двигуна.

Для швидкої зупинки знеструмленого двигуна і гальмування зв'язаної з ним механічного навантаження використовуються гальмові електромагніти ЭМ (рис. 1.5). Гальмове зусилля на валу може створювати, наприклад, пружина чи вантаж. Коли двигун включений, котушка гальмового електромагніта ЭМ розвиває електромагнітну силу, що перевищує силу пружини (вантажу), і підтягує їх у відповідне положення, знімаючи гальмовий момент із вала двигуна. Як тільки буде знята напруга з двигуна й обмотки електромагніта ЭМ, гальмовий елемент (пружина, вантаж) переміщається у відповідне положення і розвиває гальмовий момент на валу двигуна.

Майже всі розглянуті види електричних апаратів керування відносяться до пристроїв електромеханічного типу. Їхня дія звичайна засновано на сполученні явищ електричного чи електромагнітного характеру з обмеженим механічним переміщенням рухливої системи апарата. Тільки в пускових опорах і плавких запобіжниках немає рухливої системи. Але при спрацьовуванні запобіжників відбувається механічне руйнування плавкої вставки й у місці її розташування утвориться механічний розрив електричного кола.

У техніку керування електротехнічними установками знайшли поширення апарати й елементи, засновані на інших принципах дії, у результаті чого з'явилася можливість комутації струму в електричних колах без їхнього механічного розриву, тобто без застосування контактів, що розмикаються. Такі апарати називаються безконтактними. Безконтактні апарати створюються на базі магнітних підсилювачів, напівпровідникових елементів і т.д. Магнітний підсилювач можна розглядати як регульований електричний індуктивний опір, величина якого змінюється шляхом підмагнічування постійні магнітним потоком, створюваним струмом в обмотці керування. Дія напівпровідникових приладів засновано на властивості напівпровідникових матеріалів за певних умов змінювати в широких межах питомий електричний опір. Для напівпровідникових діодів характерна нелінійна залежність їхнього опору від прикладеної напруги: при нульовій і позитивній напругах опір діода малий, а при від’ємній напрузі він різко зростає. Вольтамперна характеристика керованих діодів (тиристорів) має особливий вид. Електричний опір такого діода великий не тільки в області від’ємних значень напруги, але й у досить великому діапазоні їхніх позитивних значень. Опір діода різко падає при подачі струму в коло керуючого електрода чи у випадку збільшення напруги вище визначеної величини. На відміну від напівпровідникового тріода (транзистора) тиристор може бути включений на тривалий час при відсутності струму в колі керуючого електрода. Ці особливості тиристорів створюють сприятливі можливості для широкого їхнього використання в керуванні режимом силових електричних кіл.

На базі магнітних підсилювачів і напівпровідникових приладів створюються пристрої, що змінюють струм в електричному колі при впливі керуючого сигналу. Характер реакції цих пристроїв на керуючий сигнал може бути неоднаковим. Якщо залежність вихідного параметра (наприклад, струму головного кола) від керуючого (вхідного) сигналу є неперервною і плавною, то цей пристрій відноситься до розряду підсилювачів. Але зазначена залежність може бути стрибкоподібно., коли при певному керуючому сигналі вихідний параметр (струм кола) різко змінюється. Такі пристрої за характером виконуваної функції аналогічні до контактних апаратів. Стрибкоподібну зміну вихідного параметра можна зіставити з явищем замикання (чи розмикання) контактів звичайного апарата. Безконтактні пристрої з можливістю стрибкоподібної зміни вихідного параметра при визначеному значенні керуючого сигналу прийнято називати безконтактними апаратами.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЛЕКЦИЯ №1	\|	Політика як соціальне явище її взаємодія з іншими суспільними сферами.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.022 сек.