Раздел 2: Элементы электросилового оборудования. Электроприводы.
Электроустановки обеспечивают подачу электрического тока к приемникам, приводят машины в действие, включают или отключают их от электросети, регулируют режим работы, осуществляют их защиту и обеспечивают дистанционное управление ими. К электроустановкам относятся электроприводы, аппараты ручного и дистанционного управления, аппаратура защиты.
Электропривод служит для приведения машины в действие и состоит из электродвигателя, передаточных механизмов и аппаратуры управления. Электродвигатель превращает электрический ток в механическую энергию, т.е. позволяет получить вращательное движение.
Основные части электродвигателя:
Статор – неподвижная часть электродвигателя.
Ротор – подвижная часть электродвигателя.
Корпус.
Вентиляторы.
Электродвигателя бывают:
Синхронные – электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения.
Асинхронные – электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением.
По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются:
Однофазные – запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь.
Двухфазные – в том числе конденсаторные.
Трехфазные.
Многофазные.
Асинхронный однофазный двигатель с алюминиевым корпусом – АОЛ.
На двигателях стоят буквы IP – Index of protection – степень защиты; P(x,y) – чем больше x и y, тем лучше степень защиты.
Частота – 50Hz – 50Гц – зависит число оборотов.
Напряжение – 240V или 230V – допускается ±5%.
По числу электродвигателей приводы различают:
Однодвигательный привод.
Многодвигательный привод.
При однодвигательном приводе рабочая машина приводится в движение от одного электродвигателя (мясорубка, вентилятор, насос). Для передачи движения от двигателя к машине используют в основном зубчатый редуктор. При непосредственной передаче движения от двигателя к машине (насос, вентилятор) скорость двигателя должна соответствовать скорости машины. Для удобства обслуживания машины и уменьшения ее габаритов двигатель, как правило, устанавливают внутри машины (картофелечистки, мясорубки).
При многодвигательном приводе рабочая машина приводится в движение несколькими двигателями, например, машина для мытья столовой посуды ММУ-2000. Однако механизм этой машины можно привести в движение и от одного двигателя, но для этого потребуется сложное передаточное устройство.
По числу приводимых в действие машин различают:
Индивидуальный электропривод - служит для приведения в действие одной машины.
Универсальный электропривод - поочередно приводит в действие несколько сменных механизмов, входящих к нему в комплект.
Приборы ручного управления.
Аппараты ручного управления служат для включения в сеть и отключения от сети приемников электроэнергии, а также для регулирования режимов их работы. Принцип действия аппаратов включения основан на замыкании или размыкании электрической цепи с помощью подвижных и неподвижных контактов. При замыкании подвижных контактов с неподвижными происходит подача электрического тока от источника к приемнику, а при размыкании этих контактов приемник обесточивается.
К аппаратам ручного управления относятся: рубильники, кулачковые теплостойкие переключатели для кухонных плит, штепсельные разъемы, пакетные выключатели и переключатели, кнопочные пускатели.
Рубильники.
Служат для включения и отключения различных приемников электроэнергии. Выпускаются различных видов: на силу тока 60, 100, 200 А и на напряжение 220 и 380 Вв, одно-, двух- и трехполюсном исполнении. Однополюсные рубильники в торговом оборудовании не применяются.
Двухполюсные рубильники используются для включения однофазных электрических приемников. Они имеют два неподвижных и два подвижных контакта (ножа), одновременно перемещаемых вручную. При воздействии на рукоятку подвижные контакты поворачиваются вокруг оси. Приемник электроэнергии подключают к клеммам подвижных контактов (ножей), а провода сети — к клеммам неподвижных контактов. Контакты рубильника укрепляют на изоляционной плите (текстолитовой или мраморной).
Трехполюсные рубильники служат для включения приемников трехфазного тока. Такой рубильник имеет три неподвижных 3 и три подвижных 4 контакта; контакты укреплены на изоляционной плите 1. К клеммам 2 подсоединяют провода сети, а к клеммам 6 — трехфазный электрический приемник. Рукоятка 5 перемещения подвижных контактов (ножей) рубильника расположена сбоку. Это дает возможность легко закрывать рубильник кожухом 7, обеспечивая безопасность обслуживающего персонала.
При повороте рукоятки усилие через пружины предается подвижным контактам (ножам). Размыкание контактов начинается только при определенном усилии. Пружины в это время находятся в растянутом состоянии и в процессе размыкания обеспечивают быстрое движение подвижных контактов (ножей) независимо от дальнейшего увеличения нажима на рукоятку. Такое размыкание контактов позволяет быстро гасить дугу, обеспечивая их малый износ.
Теплостойкий пакетный кулачковый переключатель ТПКП.
В однофазных электротепловых аппаратах нагревательный элемент состоит из двух секций, различные способы включения которых изменяют его мощность. Включение секций — последовательное и параллельное.
Переключатель ТПКП состоит из шпинделя 2 с кулачками механизма быстрого переключателя 3, корпуса 4 и контактной группы 7 с клеммами 5 неподвижных контактов. Контактная группа закреплена на корпусе с помощью винтов 6.
На данном рисунке изображена схема кулачкового переключателя для положения рукоятки 1 "О".
Механизм быстрого переключения 3 крепится винтами 8. Он состоит из фигурной шайбы, к впадинам которой пружинами прижимаются шарики. При повороте рукоятки на 45° пружины сжимаются и шарики начинают соприкасаться с выступами шайбы. При дальнейшем повороте рукоятки потенциальная энергия сжатых пружин увеличивает скорость вращения шпинделя с кулачками. При быстром повороте кулачков увеличивается скорость размыкания контактов, поэтому искра (дуга) между ними легче гасится.
При повороте рукоятки на 90° по часовой стрелке (положение рукоятки "1") все нагревательные элементы оказываются включенными в электросеть последовательно, а нагрев будет слабым. При установлении рукоятки в положение "2" одна часть нагревательных элементов будет обесточена, а другая включена, что приведет к снятию половины мощности (средний нагрев). При переводе рукоятки в положение "3" все нагревательные элементы будут включены параллельно, что дает максимальный нагрев.
Штепсельный разъем.
Служат для включения переносных, передвижных приемников однофазного и трехфазного тока.
Как правило, приемники однофазного тока снабжены штепсельным разъемом с заземляющим контактом б). К клеммам гнезд 6 розетки 1 подсоединяют провода электрической сети, к клеммам гнезда 8 — провод заземления. К контактам 4 вилки подсоединяют выводы электрического приемника, к контактам 5 — провод от его корпуса. При подключении электроприемника к сети штепсельной вилкой контакты 5 входят в соприкосновение (замыкаются) с контактами 8 раньше, чем токоподводящие контакты 6 с кон тактами 4. Шнур 9 электрического приемника укрепляется на вилке 2 скобкой или специальным зажимным устройством.
На а) представлен четырехполюсный штепсельный разъем приемников трехфазного тока. Он состоит из розетки 1 и вилки 2. К трем клеммам гнезд 6 подводят линейные провода, а клеммы гнезда 8 соединяют с заземленной шиной или нулевым проводом. К трем контактам 4 вилки присоединяют обмотки электродвигателя или спирали электротеплового аппарата. К более длинному контакту 5 подсоединяют корпус машины.
При замыкании контактов штепсельной вилки с контактами розетки прежде всего замыкаются контакты 5 и 8. Благодаря этому корпус заземляется раньше, чем напряжение попадет на рабочие клеммы электроприемника. Вилку можно вставить в розетку, только совместив впадины 3 с выступами 7. Таким образом, если в приемнике испортится электроизоляция, опасности поражения электрическим током в момент подключения его к сети не возникнет. Не будет ее и во время работы электроприемника.
Пакетные выключатели.
Выпускаются различных видов: на силу тока 10 и 25 А и на напряжение 220 Вв ,одно-, двух- и трехполюсном исполнении. Пакетный выключатель состоит из механизма переключения, рукоятки и контактной группы. Клеммы неподвижных контактов выступают за пределы корпуса, а подвижные контакты находятся внутри корпуса на стержне квадратного сечения. Поворачивают их рукояткой. В пакетном переключателе одно положение рукоятки соответствует отключенному состоянию приемника, а три остальных — включенному по различным схемам.
Кнопочные пускатели (выключатели).
Наибольшее распространение получили трехполюсные выключатели типа ПНВ и ПНВС, снабженные кнопками "пуск" и "стоп". При нажатии на кнопку "пуск" подвижные контакты замыкаются с неподвижными и фиксируются в этом положении с помощью защелки. При нажатии на кнопку "стоп" защелка отводится и под действием пружины подвижные контакты возвращаются в исходное положение. Выключатели ПНВ служат для включения двигателей трехфазного тока малой мощности, а выключатели ПНВС — двигателей однофазного тока с пусковой обмоткой. Пусковая обмотка подключается к сети на короткое время до набора рабочего режима, после чего она автоматически отключается.
Аппараты защиты.
Аппараты защиты предназначены для защиты электрооборудования и электросетей от коротких замыканий и перегрузок. Чрезмерные токи короткого замыкания и перегрузки могут возникнуть в цепи, когда сопротивление ее оказывается значительно меньше номинального сопротивления приемника и сетей. Под действием токов короткого замыкания за очень непродолжительное время выделяется такое количество тепла, которое приводит к пожарам из-за воспламенения изоляции проводов и электрооборудования. Поэтому аппараты защиты и предназначены для того, чтобы обесточить электросети и оборудование до возникновения перегрева.
К аппаратам защиты относятся плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловое реле защиты.
Плавкие предохранители.
Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высокой температурой, вызванной чрезмерными значениями силы тока.
Все плавкие вставки, вне зависимости от конструктивных особенностей, включают в себя два основных элемента:
плавкий элемент - токопроводящий элемент из металла, сплава нескольких металлов или специально подобранных слоёв нескольких металлов;
корпус - механизм или систему крепления плавкого элемента к контактам, обеспечивающим включение плавкого предохранителя в целом, как устройства, в электрическую цепь.
Корпуса плавких предохранителей обычно изготавливаются из высокопрочных сортов специальной керамики. Для корпусов предохранителей с малыми номинальными токами используются специальные стекла. Корпус плавкой вставки обычно выполняет роль базовой детали, на которой укреплен плавкий элемент с контактами плавкой вставки, указатель срабатывания, свободные контакты, устройства для оперирования плавкой вставкой и табличка с номинальными данными. Одновременно корпус выполняет функции камеры гашения электрической дуги.
По рабочим характеристикам защищаемых цепей:
Быстродействующие.
Низковольтные.
На среднее напряжение.
На высокое напряжение.
Недостатки:
Возможность использования только один раз.
Большим недостатком плавких предохранителей является конструкция, дающая возможность шунтирования, то есть использования «жучков», приводящих к пожарам.
В цепях трёхфазных электродвигателей при сгорании одного предохранителя инициируется пропадание одной фазы, что может привести к выходу из строя электродвигателя.
Возможность необоснованной замены на предохранитель номиналом выше.
Возможный перекос фаз в трёхфазных электроцепях при больших токах.
Преимущества:
В асимметричных трёхфазных цепях при аварии на одной фазе, питание пропадёт только на одной фазе, а остальные две фазы продолжат дальше снабжать нагрузку.
Из-за более простой конструкции, чем у автомата защиты, почти исключена возможность т. н. «поломки механизма» — в случае аварийной ситуации предохранитель полноценно обесточит цепь.
После замены плавкой вставки предохранителя в цепи получается защита с характеристиками, заявленными производителем в отличие от случая с использования автоматического выключателя с подгорающими контактами.
Автоматический выключатель.
Автоматические выключатели предназначены для многоразовой защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий. Некоторые модели обеспечивают защиту от других аномальных состояний, например, от недопустимого снижения напряжения. Главным отличием от плавкого предохранителя является возможность многократного использования.
Автоматический выключатель конструктивно выполнен в диэлектрическом корпусе. Автоматический выключатель, рассчитанный на небольшие токи, часто имеет крепление для монтажа на DIN-рейку. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или магнитным.
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину (состоит из двух слоев: инвар и железо), нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания зависит от тока и может изменяться от секунд до часа. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический выключатель готов к следующему использованию после остывания пластины.
Электромагнитный расцепитель (отсечка) - расцепитель мгновенного действия, представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого также может приводить в действие механизм расцепления. Ток, проходящий через выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога тока. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока.
Тепловое реле защиты.
Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки.
Они работают по тому же принципу, что и автоматические выключатели с тепловыми расцепителями. Отличаются они тем, что биметаллическая пластина воздействует не на главные контакты, а на контакты, находящиеся в цепи обмотки магнитного пускателя – аппарата дистанционного управления.
Аппараты дистанционного управления.
В отличие от аппаратов ручного управления аппараты дистанционного управления позволяют включать приемники на определенном расстоянии; их также используют для автоматизации управления.
К аппаратам дистанционного управления относятся электромагнитные реле, магнитные пускатели и микропереключатели. Корпуса аппаратов дистанционного управления выполняются из диэлектрика и имеют маркировку с указанием номинальной силы тока и напряжения. Переключение контактов в них происходит под действием электромагнита.
Электромагнитное реле.
Служит для включения и отключения приемников электроэнергии небольшой мощности. Различают реле постоянного и переменного тока. Реле состоит из электромагнита и контактной группы. Электромагнит имеет сердечник П-образной формы, на одном конце которого закреплен подпружиненный якорь, а на другом — обмотка с короткозамкнутым витком. В контактную группу входят подвижные и неподвижные контакты, закрепленные на конце якоря.
Магнитный пускатель.
Предназначен для управления приемниками, но большой мощности.
В магнитном пускателе различают две электрические цепи: силовую — цепь приемника и цепь управления — цепь обмотки (катушки) пускателя. Магнитопровод пускателя состоит из якоря и сердечника Ш-образной формы одинаковых размеров.
На внутренний выступ сердечника устанавливается катушка с обмоткой. Сечение этого выступа в два раза больше, чем боковых выступов. Через внутренний выступ проходит магнитный поток в два раза больший, чем по боковым. Магнитные пускатели снабжены кнопочной станцией с подпружиненными кнопками "пуск" и "стоп". Если приемником электроэнергии является электродвигатель, то магнитный пускатель устанавливается вместе с тепловым реле защиты. С помощью кнопочной станции производится не только включение и отключение приемника, но и исключается возможность самопроизвольного включения его после кратковременного отключения от сети. Обе кнопки кнопочной станции с самовозвратом, т. е. они возвращаются в исходное положение после прекращения нажатия на них.
При нажатии на кнопку "пуск" кнопочной станции ток по цепи управления проходит по обмотке пускателя, внутри якоря и сердечника создается магнитное поле. Подвижный якорь притягивается к сердечнику, перемещая подвижные контакты силовой сети к неподвижным. Силовая цепь замыкается и подает ток к приемнику. При нажатии на кнопку "стоп" катушка обесточивается и под действием возвратной пружины якорь отходит от сердечника, что приводит к размыканию силовой сети и отключению приемника. То же самое произойдет и при прекращении подачи тока из сети во время работы приемника — для повторного включения нужно вновь нажать кнопку "пуск".
Микропереключатели.
Предназначены для включения и отключения приемников под действием механических усилий машины или ее элементов. Контактами микропереключателя производится включение и отключение не самого приемника, а обмотки его магнитного пускателя.
В практике наибольшее распространение получил микропереключатель типа МИ-3, внутри пластмассового корпуса которого расположена контактная группа. Через отверстие в корпусе кнопка с помощью пружин упирается в рычаг, на котором расположены два подвижных контакта. При механическом воздействии на кнопку усилие через пружину передается на подвижные контакты, которые перемещаются вверх. Нижняя цепь размыкается (двигатель отключается), а верхняя — замыкается (загорается красная лампочка). После прекращения нажатия на кнопку пружины возвращают контакты в исходное положение.
Количество закрепленных контактов может быть различным. Следовательно, одновременно можно управлять несколькими приемниками.