Вступ Загальні відомості про електроустаткування

Експлуатація та обслуговування установок з електроустаткуванням зводиться до підтримання працездатного та безпечного стану електричних машин, пускозахисних апаратів, засобів освітлення, сигналізації та автоматики, а також повітряних та кабельних ліній згідно з Правилами влаштування електроустановок, Правилами технічної експлуатації електроустановок споживачів і Правилами техніки безпеки під час експлуатації електроустановок споживачів, діючих стандартів безпеки праці та інших нормативних документів.

Експлуатація та обслуговування електроустановок потребує вивчення електричних схем, тобто умовних графічних зображень електричних машин, комутуючих і захисних апаратів, засобів автоматизації, вимірювальних перетворювачів, приладів контролю і сигналізації, з'єднаних електричними лініями зв'язку у визначеному порядку. Вони встановлюють взаємозв'язок окремих елементів один з одним чи всередині того або іншого апарата.

У схемах електропривода розрізняють силові кола та кола керування. Перші забезпечують вмикання та вимикання двигунів до джерела живлення, а другі – керування, контроль і захист роботи електроприводів.

У силове коло входять всі елементи схеми з робочим струмом електродвигуна: обмотки двигуна, головні контакти магнітних пускачів і автоматичних вимикачів, захисні і пускові пристрої, плавкі запобіжники, нагрівальні елементи теплових реле, а також первинні обмотки трансформаторів струму, шини розподільного пункту.

Кола керування електропривода містять кнопкові станції, котушки магнітних пускачів, допоміжні контакти магнітних пускачів, контакти теплових, захисних і проміжних реле, логічні безконтактні пристрої, вимірювальні прилади і т.ін.

Схеми електропривода бувають структурними, функціональними, принциповими і монтажними. На структурній схемі символами показують основні функціональні блоки пристроїв електропривода із зазначенням їх призначення та взаємозв'язків. Принципова електрична схема містить всі елементи пристроїв і зв'язки між ними, які позначають умовними графічними позначеннями і буквеними кодами з додаванням порядкового номера кожного елемента (додаток 1). Силові кола зображують на схемах товстими лініями, а кола керування – тонкими.

Функціональні схеми займають проміжне положення між принциповими і структурними схемами і сполучають їхні особливості. У цих схемах деякі блоки зображують детально, а інші – аналогічно структурним схемам. Монтажні схеми і схеми зовнішніх з'єднань використовують при виконанні ремонтних та налагоджувальних робіт, у яких лінії електричних зв'язків маркіруються певним чином.

Для керування електроприводом застосовують релейно-контактні і безконтактні електричні апарати ручної та автоматичної дії - електротехнічні пристрої, що виконують функції керування, регулювання, контролю і захисту електричних кіл і машин.

Релейно-контактні електричні апарати функціонують у релейному режимі, що обумовлює вмикання, перемикання або вимикання установок при керуючому впливі оператора електротехнічних пристроїв, при відхиленні параметрів напруги, струму, температури, частоти обертання і т. ін. від установлених значень.

За призначенням їх розділяють на комутаційні, регулюючі, контролюючі і захисні. Їх вибирають на номінальну напругу, струм, потужність тривалого, короткочасного, повторно-коротко­час­ного режимів роботи.

За способом керування апарати бувають неавтоматичного й автоматичного керування. До перших відносяться вимикачі і перемикачі, пускові і регулюючі реостати, дроселі й ін. До других, діючих автоматично в залежності від режиму роботи електричного кола або від зміни параметрів технологічного процесу, – плавкі запобіжники, автоматичні вимикачі, захисні реле, реле керування, магнітні пускачі та інші пристрої із замикаючими, розмикаючими і перемикаючими контактами.

За родом захисту від навколишнього середовища електричні апарати виконують відкритими і закритими, захищеними, пилонепроникними, маслонаповненими і вибухозахищеними.

Основними частинами релейно-контактних апаратів є контакти силового кола і кола керування, електромагнітна котушка, механічний привод контактної системи. Струм, що комутується контактами, обмежується площею їх контактуючої поверхні, дугогасними пристроями. Стан поверхні і форма контактів впливає на перехідний опір при їхньому замиканні і визначає надійність комутації, число і частоту їх вмикань. Забруднення, наявність окисних плівок, електроерозійне ушкодження поверхні контактів викликає збільшення їх контактного опору і, як наслідок, нагрівання, обгорання і вихід з ладу апарата. За рахунок різного ступеня ушкодження контактів, одночасність їх спрацьовування порушується, що приводить також до аварійних режимів роботи установок.

Електромагнітні котушки апаратів внаслідок їхнього магнітного поля, обумовленого прикладеною напругою, забезпечують переміщення рухомих частин механічного привода контактних систем і положення контактів. Порушення надійного з'єднання рухомих і нерухомих частин магнітопроводу викликає зниження індуктивного опору котушки, зростання струму в її колі і, як наслідок, перегрів ізоляції і вихід з ладу апарата.

Механічний привод контактної системи забезпечує замикання, розмикання і перемикання контактів, збереження їх положення при вмиканні котушки на номінальну напругу і повернення у початковий стан при зниженні або зникненні напруги.

Релейно-контактне керування електроприводом має знижену надійність і швидкодію, обмежену терміном служби, необхідністю настроювання і профілактики електроапаратів, що особливо позначається при їхній роботі в запилених агресивних повітряних середовищах, при великій частоті вмикання.

У безконтактному керуванні електроприводом використовують безконтактні комутаційні пристрої або безконтактні реле, які виконують логічні операції на базі логічних елементів АБО, І, НІ, АБО-НІ, І-НІ та ін. у виді інтегральних мікросхем, симісторних чи тиристорних ключах. Безконтактні логічні елементи є окремим видом підсилювачів з великим коефіцієнтом підсилення, на виході яких сигнал змінюється стрибкоподібно при дії вхідного сигналу незначної потужності. В зв'язку з цим вони мають релейну характеристику і за аналогією з релейно-контактними апаратами працюють у ключовому режимі і комутують електричні кола безконтактно.

Логічна безконтактна система керування складається з вхідного, логічного і вихідного пристроїв. Датчики електричних чи технологічних параметрів (напруга, струм, тиск, температура, частота обертання), органи керування, що входять до складу вхідного пристрою, формують керуючі сигнали, які надходять на вхід логічного пристрою керуючої системи. Тут відбувається обробка, запам'ятовування вхідної інформації, формування сигналів керування перетворюючими і виконавчими пристроями, а також системою сигналізації і захисту.

Перетворюючі пристрої в електроприводах постійного струму виконують за схемами керованих випрямлячів, що забезпечують широке регулювання напруги, яка підводиться до двигуна, за рахунок плавної зміни кута вмикання тиристорів. В електроприводах змінного струму перетворювачі будують за схемою «випрямляч – інвертор». З виходу випрямляча постійна напруга перетворюється інвертором у напругу змінного струму регульованої частоти.

Вихідним пристроєм кола безконтактного керування є виконавчі апарати – логічні пристрої з транзисторами, симісторами чи тиристорами, які виконують роль безконтактних комутаторів силових кіл, чим усувається більшість недоліків апаратів релейно-контактного керування.

Гальванічний поділ силових кіл і кіл керування виконують, наприклад, за допомогою оптронів, перетворюючі елементи яких – фототранзистори, фототиристори – керують силовими безконтактними тиристорними ключами.

Розрізняють системи розімкнутого і замкнутого керування. У розімкнутих системах алгоритм керування реалізується керуючим пристроєм без наявності інформації про поточний стан об'єкта керування, тобто відсутній контроль за фактичною зміною регульованих величин.

У замкнутих системах підвищення якості роботи і надійності системи керування досягається введенням датчиків або інформаційно-вимірювальних систем і каналів зворотних зв'язків. Керування логічного перетворюючого пристрою здійснюють сигналами задаючого пристрою, а інформація про поточний стан електропривода і технологічного процесу надходить від первинних перетво­рювачів чи датчиків зворотного зв'язку. За допомогою цих датчиків струм, напруга, швидкість обертання, момент і положення (переміщення) виконавчого органу перетворюється в пропорційні цим параметрам електричні сигнали зворотних зв'язків, котрі після порівняння із завданням подаються в керуючий пристрій.

У системах керування застосовують пристрої з жорсткою структурою, яка виконується за допомогою релейно-контактних і логічних безконтактних пристроїв на інтегральних мікросхемах, а так само з гнучкою чи програмно-керованою – на базі мікропроцесорів. У перших реалізація складних алгоритмів керування, зміна у функціональній структурі вимагає заміни існуючих пристроїв і зв'язків між ними. В других – зміна структури здійснюється програмно з урахуванням зміни технологічних задач і інформації, що надходить від датчиків по колах зворотних зв'язків.

Електроприводи з програмним керуванням застосовують у робототехніці та гнучких автоматизованих виробництвах.

Сучасна мікроелектроніка дозволяє створювати мініатюрні пристрої керування – мікропроцесорні контролери, силові ключі з вбудованими схемами керування і захистом та ін., поєднуваних з механічною частиною двигуна, що призвело до розвитку нового напрямку – мехатроніки.