2.6. Пускозащитная аппаратура и управление электроприводами

В системах электропривода распространены так называемые разомкнутые схемы управления, в которых для управления исполнительными органами не используются обратные связи по скорости, моменту или другим параметрам. Разомкнутые схемы управления применяются в тех случаях, когда не требуется высокое качество управления двигателем (пуск, реверс, торможение электродвигателей).

Разомкнутые схемы кроме управления электроприводами обеспечивают защиту электродвигателей, питающей сети и технологического оборудования от аварийных режимов — перегрузка электродвигателей, короткие замыкания, исчезновение питающего напряжения, обрыв фазы питающей сети и т.д. Для этих целей в разомкнутых схемах управления используются релейно-контактная аппаратура, реле управления и защиты, защитно-отключающие устройства.

К аппаратам ручного управления относятся силовые коммутационные аппараты; рубильники, кулачковые контроллеры и пакетные выключатели, а также маломощные устройства — кнопки и ключи управления.

Рубильник представляет собой простейший коммутационный силовой аппарат, предназначенный для нечастого замыкания и размыкания силовых цепей постоянного и переменного тока. Они могут быть одно-, двух- и трехполюсными, иметь два или три положения (рис. 2.10).

Пакетные выключатели могут заменять рубильники в установках с напряжением до 400 В. Контактная система пакетного выключателя набирается из отдельных пакетов по числу полюсов. Пакет состоит из изолятора, в пазах которого находятся неподвижный контакт с зажимом для подключения проводов, пружинный подвижный контакт и устройство искрогашения (рис. 2.11, а).

Пакетный кулачковый переключатель (ПКП) (рис. 2.11, б) позволяет одновременно переключать две электрические цепи. Механизм переключателя расположен в корпусе, образованном из изолирующих шайб, и принципиально не отличается от пакетного выключателя.

Кулачковые контроллеры представляют собой многопозиционные электрические аппараты с ручным или ножным приводом для непосредственной коммутации силовых цепей электродвигателей постоянного и переменного тока. Размыкание и замыкание контактов производится смонтированными на барабане кулачками, за счет профилирования которых обеспечивается необходимая последовательность коммутации контактных элементов. Контроллеры могут иметь до шести позиций рукоятки в каждую сторону от среднего положения (рис. 2.12).

Ключи управления (универсальные переключатели) предназначены для коммутации цепей управления электроприводами при формировании управляющего воздействия на электропривод. Эти аппараты имеют два и более фиксированных положений рукоятки и несколько групп контактов (рис. 2.13).

Кнопки управления предназначены для подачи оператором управляющего воздействия в схему управления электроприводом. Кнопки управления возвращаются в исходное положение после снятия воздействия (обладают самовозвратом). Выпускаются кнопки серий КУ и КЕ, которые предназначены для работы в цепях постоянного тока с напряжением до 220 В, переменного тока с напряжением до 500 В и токами до 4 А.

Электрические аппараты дистанционного управления являются двухпозиционными коммутационными аппаратами с самовозвратом, замыкание контактов которых происходит при подаче электрического сигнала (тока или напряжения) в цепь катушки управления. К аппаратам дистанционного управления относятся контакторы, магнитные пускатели и реле.

Контактор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для частых дистанционных коммутаций силовых цепей электродвигателей. Выпускаются одно-, двух- и многополюсные контакторы постоянного и переменного тока с управлением от постоянного и переменного тока. Они могут иметь различные конструктивные исполнения и различаются по номинальному току и напряжению коммутируемых цепей, по напряжению катушки управления. На рисунке 2.14 показано устройство однополюсного контактора постоянного тока.

На неподвижном сердечнике 14 магнитной системы контактора установлена втягивающая катушка 12. С подвижной частью магнитной системы якорем 8 связан подвижный контакт 5, который соединяется с силовой цепью гибким проводником 7. При подаче напряжения на катушку 12 (замыкание контакта 13) якорь притягивается к сердечнику и контакт J замыкается с неподвижным контактом /, что обеспечивает коммутацию тока /. Необходимое нажатие главных контактов обеспечивается пружиной 6. С якорем 8 механически связаны вспомогательные (блокировочные) контакты 10 и 11, предназначенные для работы в цепях управления и рассчитанные на небольшие токи. Отключение силовой цепи производится размыканием контакта 13 в цепи катушки 12. При этом подвижная система контактора под действием возвратной пружины 9 приходит в исходное состояние. Возникающая между силовыми контактами 1 и 5 дуга гасится в дугогасительной камере 4, изготавливаемой из жаростойкого изоляционного материала.

Магнитный пускатель (рис. 2.15) представляет собой комплексный аппарат для управления трехфазным асинхронным электродвигателем. Пускатель обеспечивает подключение и отключение элекродвигателя к сети, а также может обеспечивать тепловую защиту и сигнализацию о его работе.

В соответствии с перечисленными функциями в состав пускателя могут входить контактор, кнопки управления, тепловые реле защиты, сигнальные лампы, которые размещаются в одном корпусе.

Выпускаемые магнитные пускатели различаются по назначению (реверсивные и нереверсивные); по наличию или отсутствию тепловых реле, кнопок управления; по степени защиты от воздействия окружающей среды; по величинам коммутируемых токов и напряжению главной цепи. На рисунке 2.15 приведена конструкция и схема включения магнитного пускателя.

Электромагнитное реле представляет собой аппарат, предназначенный для коммутации слаботочных цепей управления при помощи сигнала, подаваемого на его катушку. Электромагнитные реле применяются в качестве промежуточных элементов для передачи команд из одной цепи в другую и размножения сигналов. Они могут использоваться в качестве датчиков тока и напряжения, выходных элементов различных регуляторов. Таким образом, электромагнитные реле выполняют разнообразные функции управления, контроля, защиты и блокировки в системах автоматизации. Устройство и принцип работы электромагнитного реле постоянного тока показаны на рисунке 2.16.

На сердечнике из ферромагнитного материала 2 магнитной системы реле расположена катушка 1, по обмотке которой протекает ток входного сигнала. Когда ток (напряжение) в цепи катушки превысит ток (напряжение) срабатывания реле, якорь 3, преодолевая противодействующую силу пружины 10, притягивается к сердечнику 2 и траверса 6 обеспечит замыкание контактов 8 и размыкание контактов 7. При уменьшении тока (напряжения) в катушке якорь под воздействием пружины 10 перейдет в исходное состояние.

К электрическим аппаратам защиты относятся предохранители и автоматические выключатели. Плавкие предохранители включаются в каждую линию (фазу) электродвигателя или другого электроприемника. Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, контактная система и корпус с дугогаситель-ным устройством.

Автоматические воздушные выключатели являются многоцелевыми аппаратами, которые могут обеспечивать как ручное включение и отключение электродвигателей, так и их защиту от перегрузок. Кроме того, автоматические выключатели защищают электропроводки от коротких замыканий. Контактная система автоматического выключателя замыкается и размыкается вручную с помощью рукоятки или кнопок; для отключения цепей при коротких замыканиях служит максимальное токовое реле прямого действия, для отключения при перегрузках — тепловое реле прямого действия. На рисунке 2.17 приведено устройство автоматического выключателя типа АП-50.

Ток нагрузки /в протекает через контакт 1 автоматического выключателя, через нагреватель теплового реле 6, катушку 9 реле максимального тока. При коротком замыкании в защищаемой цепи ток резко возрастает и сердечник 10 втягивается в катушку 9 и толкателем 8 воздействует на рычаг 5. Рычаг 5 приподнимает защелку 4, которая освобождает рычаг 3, и под действием пружины 2 контакт / выключателя размыкается.

При перегрузке цепи отключение происходит с выдержкой времени, обратной величине тока перегрузки. Когда ток в защищаемой цепи больше допустимого, но меньше тока короткого замыкания, происходит нагрев элемента 6 теплового реле, вызывающий нагрев и деформацию биметаллической пластины 7. В результате изгиба пластины 7 рычаг 5 освобождает защелку 4 и под действием пружины 2 контакт 1 размыкается.

Защитно-отключающие устройства в электроприводах применяются следующих видов: встроенной температурной защиты; защиты от поражения электрическим током; защиты электродвигателей и других потребителей трехфазного тока от работы на двух фазах и от асимметрии междуфазных напряжений.