2.1.4. Специальные электродвигатели.

К специальным электродвигателям можно отнести линейные двигатели, у которых подвижная часть совершает не вращательное, а линейное движение. Применение таких двигателей позволяет упростить или вообще исключить механическую передачу к исполнительному механизму. Наибольшее распространение получили асинхронные линейные двигатели. Они состоят из статора и движущегося вторичного элемента. Обмотка статора подключается к сети переменного тока и образует магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора. Поле статора наводит вихревые токи в проводниках вторичного элемента и тем самым увлекает за собой последний. В качестве вторичного элемента может использоваться металлические лист, рельс или даже жидкий металл.

Линейные двигатели используются в транспортных устройствах и для перекачки жидкого металла. Мощность их достигает тысяч киловатт, скорость 150 км/ч, а в рельсовом транспорте – 500 км/ч. реверсирование осуществляется изменением чередования фаз статорной обмотки. Регулирование скорости производится изменением частоты питающего напряжения или переключением числа пар полюсов статорной обмотки. Линейный двигатель может работать в обращенном режиме, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор.

К специальным двигателям можно отнести также шаговые двигатели. Они применяются там, где исполнительный орган должен совершать строго дозированное перемещение с фиксацией своего положения в конце движения. Движение шагового двигателя состоит из последовательных элементарных поворотов – шагов.

Шаговые двигатели представляют собой разновидность синхронных двигателей, у которых дискретность движения достигается путем импульсного возбуждения обмоток статора от специального электронного коммутатора. Реверс осуществляется изменением порядка коммутации обмоток статора. Шаговые двигатели могут быть с активным или пассивным ротором. Активный ротор содержит обмотку возбуждения или постоянные магниты. Пассивный ротор выполняется из ферромагнитного материала и не имеет обмоток.

В металлургии шаговые двигатели применяются там, где требуется высокая точность движения – перемещение электродов печей, например, или выращивание монокристаллов.

2.2. Аппаратура управления и защиты.

Электрические аппараты можно классифицировать по различным признакам.

По назначению: коммутационные, пускорегулирующие, защиты, контроля, управления и регулирования.

По принципу действия: электромагнитные, электротепловые, полупроводниковые.

По роду тока: постоянного и переменного тока.

По способу переключения цепей: контактные и бесконтактные.

По величине рабочего напряжения: до 1000 В, свыше 1000 В.

По способу управления: непосредственного и дистанционного автоматического управления.

Кроме того, можно провести классификацию по способу исполнения и защиты от воздействия среды.

Резисторы и реостаты могут быть: пусковые (включаются на время пуска для ограничения пусковых токов), регулировочные (включаются на длительное время с целью регулирования скорости), шунтирующие (включаются параллельно участку цепи с целью уменьшения тока на этом участке) и др. Они изготавливаются из металлических сплавов высокого удельного сопротивления: нихром, константан, фехраль, чугун, сталь и т.п.; обладают относительно небольшим температурным коэффициентом сопротивления и могут длительно выдерживать нагрев до 200300 С. Активная часть резисторов выполняется в виде проволоки, ленты, пластин. Резисторы характеризуются величиной сопротивления и рассеиваемой мощностью.

Контактная аппаратура непосредственного управления включает в себя различные рубильники, путевые и конечные выключатели и командоконтроллеры. Рубильники служат для снятия напряжения со схемы при ремонтах, осмотрах и длительных остановках. Для включения и отключения двигателей их не применяют.

Путевые и конечные выключатели располагаются соответственно по пути следования механизма и в крайних его положениях. Их контакты переключаются движущими механизмами.

Командоконтроллер служит для ручного дистанционного управления механизмами. При повороте вала командоконтроллера кулачковые шайбы замыкают электрические контакты. Число контактов, замыкаемых в различном положении вала, может быть различным.

Основным элементом контактной аппаратуры служит электрический контакт. Контакты изготавливаются из материалов обладающих низким удельным сопротивлением (медь, серебро, бронза, металлокерамика) и повышенной износостойкостью. Для защиты контактов от возможного действия электрической дуги применяются различные дугогасительные приспособления. Электрические контакты требуют постоянного ухода и снижают надежность работы установки.

Электромагнитные реле и контакторы относятся к группе релейно-контакторных устройств. Контактор – это аппарат предназначенный для дистанционного оперативного переключения силовых цепей двигателей и других электроустановок.

Контакторы различаются по роду тока, по числу главных полюсов, по номинальному току главных цепей ( до 2500 А), по номинальному напряжению главной цепи (до 660 В), по напряжению включающих катушек, по способу гашения дуги и по конструкции. Контакторы кроме главных силовых контактов содержат замыкающие и размыкающие блок-контакты в цепи управления катушкой. Более надежно работают контакторы с катушками постоянного тока, у которых отсутствует гудение, вибрация, а пусковые броски тока минимальны. Поэтому электроустановки часто содержат специальный выпрямитель малой мощности для питания цепей управления реле и контакторов. Время включения контакторов составляет 0,050,5 с, а время отключения 0,030,05 с.

Реле – элемент автоматизированного управления, осуществляющий включение или выключение различных цепей управления под действием входных сигналов. По назначению их делят на реле управления, защиты, сигнализации, блокировки и т.д. По выполняемой функции различают реле тока, напряжения, промежуточные, скорости, времени, частоты и т.д. По принципу действия они могут быть электромагнитными, тепловыми, двигательными, электронными, изотопными, гидравлическими и т.д. Реле могут быть контактными и бесконтактными.

Реле характеризуются следующими номинальными параметрами: током, напряжением, частотой, уставкой (параметром срабатывания) и временем срабатывания.

Чаще всего применяют электромагнитные реле тока и напряжения. При увеличении входной величины, например тока, до уровня уставки реле срабатывает и переключает свои контакты. При уменьшении тока катушки реле до величины тока отпускания реле отключается в исходное положение. Отношение величины параметра отпускания к величине параметра срабатывания называется коэффициентом возврата реле; его величина находится в пределах от 0,4 до 0,95.

Серийные промежуточные реле рассчитаны на работу в цепях постоянного или переменного тока с напряжением от 12 до 660 В. Они могут иметь от 2 до 10 пар контактов, способных коммутировать токи от 0,5 до 10 А. Надежность реле может достигать 10 млн. циклов и даже более .

В последнее время находят применение герконовые реле, в том числе реле с памятью.

В некоторых случаях, когда требуется замыкать различные контакты при различной полярности постоянного тока в обмотке, используют поляризованные реле. Они снабжаются либо двумя катушками либо постоянными магнитами.

Достаточно широко используются электромагнитные реле времени. Выдержка времени обеспечивается благодаря искусственному замедлению отпадания якоря реле после отключения катушки за счет установки коротко-замкнутого витка большого сечения. Время замедления можно регулировать в определенных пределах (0,110 с) за счет изменения поджатия якоря пружиной. Еще большие времена задержки обеспечиваются реле с часовыми механизмами или с двигателем и редуктором с большим передаточным числом (задержка до нескольких часов). На рис. 2.3 приведены условные обозначения контактов реле времени.

К аппаратуре защиты относят плавкие предохранители, максимальные токовые реле, автоматические выключатели, тепловые и температурные реле.

Плавкие предохранители применяются для защиты электроустановок от коротких замыканий. Время расплавления плавкой вставки зависит от кратности тока по отношению к номинальному. Так, при токе 2I_Н время расплавления примерно 40 с; 2,5 I_Н - 8 с; 4I_Н - 2,5 с.

Рис. 2.3. Условные обозначения контактов реле времени: а – замыкающий контакт с выдержкой времени при размыкании; б – то же с выдержкой при замыкании; в – размыкающий контакт с выдержкой при замыкании.

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток плавкой вставки берется примерно в два раза меньше номинального пускового тока.

Максимальные токовые реле служат для защиты двигателей от коротких замыканий и от недопустимых бросков тока. Катушка максимального реле включается в цепь нагрузки непосредственно или через трансформатор. Номинальные токи катушки находятся в пределах 1500 А; время срабатывания порядка 0,05 с. Ток срабатывания устанавливают на 3050 % больше пиков пусковых токов.

Кроме однокатушечных максимальных реле применяют двух и трехкатушечные, катушки которых включают в две и три фазы защищаемого двигателя. Реле срабатывает, если ток хотя бы одной катушки превысит значение уставки.

Тепловые реле служат для защиты двигателей от перегрева при длительных перегрузках, сравнительно небольших по величине. Обычно тепловые реле срабатывает, если в течении 20 мин перегрузка двигателя по току составляет 20 %. Это реле не реагирует на кратковременные перегрузки. Основу теплового реле составляет биметаллический нагревательный элемент. Серийные реле рассчитаны на номинальный ток от 0,1 до 200 А.

Температурные реле реагируют не на ток двигателя, а непосредственно на температуру его элементов (обмотки, подшипника, корпуса). В качестве чувствительного элемента используются терморезистор, закрепленный в контролируемой точке. При перегреве сопротивление терморезистора резко снижается, что приводит к срабатыванию электромагнитного реле, обмотка которого включена последовательно с терморезистором.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) осуществляют защиту электроустановок при коротких замыканиях, перегрузках, снижении или исчезновении напряжения сети. В сетях трехфазного тока применяют трехполюсные автоматы, в цепях постоянного тока – одно и двухполюсные. Расцепители автомата двойные – электромагнитные и тепловые. Включение автомата осуществляется вручную, а отключение как от руки, так и автоматически. Автоматические выключатели серии АВМ выпускаются на номинальные токи 400-2300 А, серии А3700 – на токи 160-630 А, серии АЕ2000 – на токи до 100 А, серии А63 – на токи до 25 А.

Автоматы рассчитаны на напряжение до 440 В постоянного тока и до 660 В переменного тока.

Ток отсечки электромагнитного расцепителя автомата устанавливается на уровне 1,25I_КР , где I_КР – максимальный кратковременный ток линии. Для электродвигателя I_КР берется равным пусковому току.