АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ Для реализации технологического режима производственного механизма электропривод должен быть обеспечен техническими средствами, в том числе аппаратурой автоматического и неавтоматического управления и защиты. В процессе работы электропривод может испытывать кратковременные и продолжительные перегрузки, вызывающие перегрев обмоток двигателя. Возможен пробой изоляции, что приводит к появлению короткого замыкания и преждевременному выходу из строя двигателя. Грамотный выбор аппаратуры и параметров ее настройки с учетом появления аномальных режимов даст возможность исключить эти режимы с нежелательными последствиями для электропривода. Цель главы — дать классификацию аппаратуры, применяемой в схемах электропривода, ознакомить с назначением, принципом действия аппаратов управления и защиты электропривода, рассмотреть методы расчета параметров защиты электродвигателя от длительных перегрузок и токов короткого замыкания. После изучения главы необходимо знать • Классификацию аппаратов по способу управления, назначению, режиму работы, роду защиты от окружающей среды. • Аппаратуру неавтоматического управления, назначение, принцип действия, область применения. • Аппаратуру автоматического управления, назначение, принцип действия, область применения. • Аппаратуру защиты электроприводов от длительных перегрузок, назначение, принцип действия, область применения. • Аппаратуру защиты электроприводов от токов короткого замыкания, назначение, принцип действия, область применения. • Выбор параметров настройки аппаратов защиты электроприводов. Аппаратура управления электроприводами Назначение аппаратуры управления — обеспечить пуск, остановку, реверсирование и торможение электроприводов, а также их работу в заданных режимах в соответствии с требованиями технологических процессов, осуществляемых рабочими машинами и механизмами. При управлении электроприводами применяют аппаратуру ручного (или неавтоматического) управления: рубильники, пакетные выключатели, переключатели, контроллеры, реостаты. При автоматическом управлении используют контакторы, магнитные пускатели, различные реле и командоаппараты. Электрические аппараты управления и защиты — это электротехнические устройства или механизмы, предназначенные для ручного или автоматического изменения, регулирования и контроля параметров электрических и неэлектрических объектов и цепей. Их классифицируют: по способу управления, назначению, режиму работы и роду защиты от окружающей среды. По способу управления аппаратуру управления подразделяют: на неавтоматическую, которой управляют вручную, и автоматическую, срабатывающую при получении соответствующего импульса. По назначению в зависимости от условий, при которых совершается разрыв электрической цепи, аппаратуру подразделяют на четыре группы: 1) для выключения цепи под напряжением, но без тока* 2) для выключения цепи под током, но без напряжения; 3) для выключения цепи под нагрузкой (полной, пониженной и повышенной); 4) для разрыва цепи с разрушением элемента, предназначенного для размыкания цепи. По режиму работы подразделяют на аппараты продолжительной, кратковременной и повторно-кратковременной работы. По роду защиты от окружающей среды подразделяют на пять групп: 1) открытое исполнение — токоведущие части открыты и доступны для прикосновения; 2) защитное исполнение — имеются кожух или другие устройства, предохраняющие от прикосновения к токоведущим частям; 3) плотно закрытое исполнение — кожух имеет уплотнение, предохраняющее от попадания внутрь пыли и грязи; 4) герметическое исполнение — имеются сальниковые устройства, предохраняющие от попадания влаги; 5) взрывобезопасное. Аппаратура неавтоматического управления Аппаратуру неавтоматического управления применяют для подготовительных операций по включению и отключению электрических цепей постоянного (напряжением до 440 В) и переменного (напряжением до 500 В) тока и приводят в действие вручную. К ней относят: рубильники, пакетные выключатели, кнопочные выключатели, контроллеры, автоматы и т. п. Рубильники. Это аппараты ручного управления для включения и выключения цепей постоянного и переменного тока на номинальные токи до 1000 А. Изготовляют одно-, двух- и трехполюсными, с центральной или боковой ручкой, с боковым или центральным рычажным приводом. По способу присоединения проводов они бывают переднего и заднего присоединения. Промышленность выпускает рубильники типа Р, РБ, РПБ, РПЦ: Р — рубильник; Б — боковая рукоятка или боковой привод; П — наличие привода; Ц — центральный привод. Первая цифра после буквенного обозначения указывает число контактов (1, 2 или 3), а вторая — условное значение номинального тока: 1 (100 А), 2 (250 А), 4 (400 А) и 6 (600 А). Рубильники применяют для включения и отключения электродвигателей мощностью не более 10 кВт. Они предназначены для замыкания и размыкания электрических цепей. Их применяют в качестве пусковых аппаратов для прямого включения в сеть короткозамкнутых электродвигателей, выключателей и переключателей цепей управления и сигнализации, выключателей для трансформаторов местного освещения и переключателей со «звезды» на «треугольник». Пакетные выключатели бывают в однополюсном и в многополюсном исполнениях на номинальный ток: 10; 25; 60; 100; 250 и 400 А при напряжении 220 В. При напряжении 380 В номинальные токи должны быть снижены на 40 %. В обозначении пакетного выключателя указывают число полюсов и номинальный ток. Например, ПК-3-10 означает: пакетный кулачковый выключатель, трехфазный на 10 А. Пакетные выключатели. Кнопочные выключатели или пускатели. Они предназначены для управления электродвигателями малой мощности до 0,25 кВт постоянного тока напряжением 220 В и до 4 кВт переменного тока на напряжение до 500 В. Кнопочный выключатель в пластмассовом корпусе монтируют на фарфоровом основании. Он состоит из контактов, дугогасительной камеры, кнопок выключения и отключения. Барабанные выключатели и переключатели (контроллеры). Они предназначены для коммутации переменного тока в цепях управления и сигнализации при необходимости одновременного переключения большого числа цепей. Барабанные контроллеры служат для пуска и регулирования скорости электродвигателей постоянного и переменного тока. Их изготовляют защищенного и открытого исполнения типа БП, БП1, БПК (Б — барабанный, П — переключатель, К—обозначение серии). Переключатели БП и БПК (БП2-98, БПК2-32, БПЗ-126, БПКЗ-129) используют для управления электродвигателями, поэтому в их обозначения вводят число переключаемых скоростей, одна или две первые цифры означают число контактных элементов. Допускается применять барабанные переключатели для включения и выключения электродвигателей мощностью до 3 кВт при напряжении 380 В. Барабанные переключатели применяют при частотах переключений, не превосходящих 120 в час. При больших частотах переключений используют кулачковые переключатели с перекатывающимися контактами, которые способны выдержать большую частоту включений. Командные переключатели (командоконтроллеры) и командоаппараты. Их применяют в цепях оперативного тока и выпускают следующих серий: КК, КК-Т, ЭК, ЭК-Т, где первая буква К — крановый, Э — экскаваторный, вторая буква К— кулачковый, Т— тропическое исполнение. Командоаппараты (в отличие от командоконтроллеров) снабжены приводом барабана и выпускают следующих типов: КА, КАР, КАМ, где КА — командоаппарат, Р —с приводным редуктором, М — с приводным редуктором и серводвигателем. Электромагниты. Их применяют в электрических схемах управления приводами для привода заслонок, шиберов, механических переключателей, золотников, тормозных колодок. Втяжные электромагниты изготовляют с номинальной силой тяги от 15 до 250 Н, включая массу якоря, с номинальным ходом якоря 25, 30 и 50 мм. Кроме втяжных электромагнитов существуют электромагниты толкающего действия. Выпускают тормозные электромагниты, которые используют для быстрой и точной остановки. Тормозные электромагниты переменного тока выпускают в однофазном и трехфазном исполнении. Они предназначены для параллельного присоединения. Электромагнит выбирают по каталогам, по тяговому усилию с учетом значения хода якоря. При определении требуемого тягового усилия электромагнита учитывают суммарное тяговое усилие, необходимое для привода механизма или тормозных колодок и преодоления силы сопротивления от массы якоря. Аппаратура автоматического управления Аппаратуру автоматического управления используют для пуска, остановки, торможения и регулирования частоты вращения электроприводов, их защиты при возникновении аварийных режимов, а также для блокировочных связей и дистанционного управления. Для автоматического управления электроприводами широко применяют как контактную аппаратуру (магнитные пускатели, контакторы, промежуточные реле, программные элементы и т. д.), так и бесконтактную. КОНТАКТНАЯ АППАРАТУРА Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления нагрузкой и бывают как постоянного, так и переменного тока. Это наиболее распространенные коммутационные устройства. В сельскохозяйственном производстве используют главным образом магнитные пускатели единой серии ПМЕ и ПА. Магнитные пускатели бывают реверсивными и нереверсивными, с защитивши кожухами и без них, с тепловой защитой и без нее. С помощью магнитных пускателей со встроенной тепловой защитой электродвигатели предохраняют от длительных перегрузок. Магнитные пускатели с включающей катушкой обеспечивают нулевую защиту электродвигателя при снижении напряжения или при полном его исчезновении, то есть исключают самозапуск электродвигателя. Буквенные обозначения пускателей ПМЕ и ПА указывают серию, первая цифра после буквенного обозначения — габарит, вторая — исполнение (1 — открытое, 2 -защищенное, 3 — пылеводозащищенные), третья цифра может принимать значения от 1 до 4, причем 1 означает нереверсивный без тепловой защиты, 2 — нереверсивный с тепловой защитой, 3 — реверсивный без тепловой защиты, 4 — реверсивный с тепловой защитой. Например, ПМЕ-223 расшифровывают так: пускатель магнитный единой серии, второго габарита, защищенный, реверсивный без тепловой защиты. Контактор. Это аппарат дистанционного действия, предназначенный для частых включений и отключений электрической цепи, число которых для контакторов достигает 5 млн. Электромагнитные контакторы различают п о роду тока: постоянный и переменный; по числу полюсов: одно,-двух-, трех-, четырех- и пятиполюсные; по положению контактов: замыкающие и размыкающие; по назначению контактов: главные контакты и блокконтакты; по способу включения катушки контактора: последовательное и параллельное. Регулятор Овен ТРМ1032 Принцип работы контактора аналогичен магнитному пускателю. Контактор остается включенным все время, пока по катушке протекает ток. Подача тока в катушку обычно прекращается или нажатием на кнопку «стоп», или под действием реле, размыкающих цепь питания катушки. После этого сердечник размагничивается, и контакты расходятся под действием собственного веса подвижной части контактора, масса которой специально усиливается противовесом. При размыкании контактов между ними образуется электрическая дуга, вызывающая сильное обгорание, а в некоторых случаях и приваривание контактов. Для гашения дуги контакторы снабжают специальными дугогасительными катушками, включенными последовательно в главную цепь тока. Быстрое ее гашение достигается тем, что катушка создает мощное магнитное поле под электрической дугой. Дуга выталкивается кверху, растягивается между концами контактов, ослабевает и быстро гаснет. Контакторы постоянного тока бывают однополюсные и двухполюсные. Магнитные системы с уравновешенным якорем применяют в установках, подверженных сотрясениям. Они наиболее подходят для работы в мобильных сельскохозяйственных установках. Контакторы постоянного тока изготовляют на 40, 75, 150, 300, 600, 1500 и 2500 А с частотой включений в час до 1500. Контакторы переменного тока отличаются от контакторов постоянного тока устройством своей магнитной системы. Для уменьшения вихревых токов, возникающих в железе, магнитную систему контакторов переменного тока выполняют из отдельных листов железа, изолированных друг от друга. Катушки контакторов переменного тока выполняют однофазными. Поскольку переменный ток катушки создает условия для вибрации якоря, то для устранения этого явления в магнитопровод впрессовывают короткозамкнутый виток. Контакторы переменного тока имеют 3 главных контакта, номинальный ток которых 100... 1000 А, номинальное напряжение главных контактов 380...660 В, номинальное напряжение включающих катушек контакторов 220...380 В. Компрессоры передвижные. По заводским ценам! Реле. Это одно из наиболее распространенных устройств, применяемых при построении схем управления электроприводами. Представляет собой аппарат, замыкающий или размыкающий свои контакты при определенных факторах, на которые реагирует реле (ток, напряжение, время). По назначению различают реле: управления, защиты и сигнализации. Они могут быть электромагнитными, механическими, тепловыми и др. Электромагнитные реле по устройству аналогичны магнитным пускателям, но они в основном предназначены для коммутации цепей управления и имеют контактную систему, рассчитанную на относительно небольшие токи. В цепях управления широко используют реле типа МКУ48, РП-1, РП-2, РП-3, ПЭ, РПУ-2 и др. Герконы (герметизированные контакты) применяют для автоматизации производственных процессов. Они помещены в герметическую стеклянную колбу, заполненную инертным газом, что уменьшает их загрязнение и окисление, а также исключает влияние окружающей среды. Управление герконами осуществляется при помощи магнитного поля, создаваемого катушкой реле или постоянным магнитом, поэтому их называют еще и магнитоуправляемыми контактами. Герконы имеют высокую надежность (интенсивность отказов лежит в пределах (5 • 10~8...5 • Ю-10), допускают большое число срабатываний (1 • Кг...2 • 108). На базе герконов промышленность выпускает реле типа РМГ (с магнитной памятью), РПГ (промежуточное), РНГ (напряжения) и РТГ (токовое).
