Запитання для самоперевірки

1. Де застосовують електронні регулятори перемінної напруги і які вимоги до них пред'являються?

2. Які застосовують методи побудови електронних регуляторів перемінної напруги?

3. Які розрізняють методи керування тиристорними ключами?

4. У чому сутність методу «пакетного» регулювання?

5. Чому в регуляторах змінної напруги найбільш доцільними вважаються цифрові системи керування?

6. Як впливає на роботу регулятора збільшення розрядності системи керування?

7. У чому полягає принцип дії блоку керування?

8. Які функції виконують формуватель імпульсів, двоїчний лічильник, RS-тригер?

9. Які розрізняють типи оптопар, їхні устрої і характеристики?

10. Які функції виконують оптопари в схемі керування?

ЕЛЕКТРИЧНІ АПАРАТИ

РОБОТА 8

Релейно-контактні апарати

Мета роботи

1. Вивчити пристрій електромагнітних апаратів і схеми керування магнітних пускачів.

2. Визначити напруги спрацьовування і відпадіння магнітної системи контактора і коефіцієнт повернення.

3. Установити витримку часу теплового реле при різних струмах.

Для керування, регулювання, захисту та комутації електричних кіл і установок використовують релейно-контактні і безконтактні апарати. У перших перемикаючими елементами є механічні контакти, а у других – транзистори, тиристори, які працюють в ключовому режимі.

Для захисту електричних кіл від значних перевантажень і струмів короткого замикання застосовують плавкі запобіжники, які є захисними апаратами однократної дії, що розраховані на певний номінальний струм I_ном. Ці апарати вмикають послідовно зі споживачами електричної енергії, що при зазначених аварійних ситуаціях при струмах I > 2,5 I_ном автоматично вимикаються на протязі від долей до кількох секунд від джерела живлення, внаслідок розплавлення вставки з каліброваної проволоки або пластини запобіжника.

Теплові реле є захисними апаратами багаторазової автоматичної дії, з розмикаючими контактами 6 і біметалічною пластиною 2, що деформується під впливом тепла нагрівача 3 зі струмом I, який контролюється цим реле (рис. 8.1, а). При номінальному струмі I_ном розмикаючи контакти теплового реле знаходяться у первинному стані. Збільшення струму навантаження електроприводу підвищує температуру нагрівача теплового реле і збільшує деформацію біметалічної пластинки, яка за допомогою важеля 4 і пружин 1,7 забезпечує розмикання контактів реле. Ці контакти вмикають у коло керування комутаційного апарату, який вимикає захисну ділянку електричного кола. Витримка часу спрацювання теплового реле залежить від струму нагрівача, попереднього режиму навантаження і температури навколишнього середовища. Повернення контактів реле у первинний стан здійснюють натиском кнопки 5 цього апарату тільки після охолодження біметалічної пластинки, що відбувається протягом 0,5...3 хв.

Теплове реле характеризують струмом спрацьовування I_спр – найменшим струмом, при якому спрацьовує реле. Цей струм знаходять експериментально методом послідовних наближень, шляхом зміни струмів спрацьовування. Теплове реле, що настроєне на струм установки I_у, спрацьовує при струмі I = (1,2…1,3)I_у.

Теплові реле бувають однополюсні, двополюсні і триполюсні. Нагрівальні елементи триполюсного теплового реле FP1 вмикають у трьох фазах силового кола, а його контакт FP1:1 – у коло керування (рис. 8.4, б). Графік залежності часу спрацювання реле t від кратності струму нагрівального елементу І/І_н, називається захисною характеристикою t(І/І_н). Із графіка виходить, що при перевантаженні на 20%, що відповідає установленому струму I_у = 1,2 I_н, реле вимикається через 10…20 хв (рис. 8.1, б).

5

Рис. 8.1. Теплове реле:

а – схема пристрою; б - умовне позначення, в - характеристики: 1 - холодного реле; 2 – реле, нагрітого номінальним струмом.

Оскільки теплові реле мають значну теплову інерцію нагріву біметалічної пластинки і не можуть миттєво вимикати кола під час коротких замикань, необхідно послідовно з ними вмикати плавкі запобіжники, а у відповідальних установках застосовувати автоматичні вимикачі, електромагнітні та індукційні реле максимального струму. Електромагнітні реле спрацьовують на протязі 0,02...0,04 с, після виникнення аварійної ситуації, а індукційні – з витримкою часу, яка зменшується зі збільшенням струму уставки.

Автоматичні вимикачі, або автомати - комутаційні апарати ручного керування з одно-, дво- або триполюсною контактною системою для вмикання і вимикання електрообладнання з електромагнітними, тепловими або комбінованими розчіплювачами. Вони також забезпечують автоматичне вимикання при виникненні коротких замикань, тривалого перевантаження, а також при значному зниженні або зникненні напруги джерела живлення (рис. 8.2).

а б в г

Рис. 8.2. Автоматичні вимикачі:

а - максимального струму миттєвої дії; б – те ж з витримкою часу; в – мінімального струму; г – мінімальної напруги: 1 - осердя, 2 – засувка, 3 - пружина, 4 - зубчата система.

Електромагнітні розчіплювачі максимального струму забезпечують миттєве вимикання електричних кіл, де сталося коротке замикання (рис. 8.2, а), а теплові, часові, повітряні і другі розчіплювачі – автоматичне вимикання електричних кіл з тривалим перевантаженням з витримкою часу (рис. 8.2, б). Для цього, у-перших, при збільшенні струму кола I > I_пред котушка реле КА1 утягує осередя 1, і засувка 2 звільнює пружину 3, котра розмикає контакти КА1:1 кола живлення установки. Зворотне вмикання вимикача виконується вручну, натисканням кнопки, що забезпечує спрацьовування засувки. У-других – витримку часу спрацьовування реле між впливом струму на вимикач і моментом вимикання кола забезпечує зубцювата система 4. Перш ніж осердя 1 втягнеться в котушку КА1 і тим самим звільнить засувку 2, вона повинна повернути зубчасте колесо на визначений кут, що визначає регульовану витримку часу.

Електромагнітні розчіплювачі мінімального струму і напруги (рис. 8.2, в, г) миттєво вимикають установку при значному зниженні або зникненні їх у живильної мережі, при котрих котушки КА1 і KV1 не можуть утримувати осердя 1 в зачеплені з засувкою 2.

Точність настроювання струму спрацьовування, швидкодії автоматичних вимикачів значно вище, ніж у запобіжників.

Контактор є комутаційним двопозиційним апаратом дистанційного керування, якій призначено для частих вмикань і вимикань установок, що знаходяться під номінальним навантаженням (рис. 8.3). Він являє собою електромагніт прямоходового або клапанного типу з магнітопроводом 1, зібраним з тонких листів електротехнічної сталі, ізольованих один від одного і стягнутих шпильками.

Приєднання котушки контактора пусковою кнопкою до джерела електричної енергії забезпечує спрацювання цього апарату, внаслідок чого якір 4 притягнеться до кінців полюсів магнітопроводу, де розташовані короткозамкнені віткі 3, які сприяють зменшенню вібрації якоря. Якір контактора, з'єднаний з трьома головними замикачами мостиковими контактами із затискачами Л1, Л2, Л3, С1, С2 і С3, забезпечує одночасне замикання всіх його головних замикаючих і допоміжних контактів. Головні контакти розраховані на струми силового кола установки, які залежать від її потужності, а допоміжні контакти – на невеликий струм кіл керування, блокування і сигналізації контактора. Вхідні затискачі Л1, Л2,

а б

Рис. 8.3. Електромагнітні контактори змінного струму:

а – контактор з електромагнітом прямоходового типу; б – умовні позначення контактів і котушки; в – контактор з електромагнітом клапанного типу.

Л3 підключають до напруги трьохфазної мережі, а вихідні затискачі С1, С2, С3 – з'єднують зі приймачами. Котушка контактора 2 виконується на одну із стандартних напруг – від 24 В до 660 В.

Припинення живлення котушки контактора струмом, викликає миттєве вимикання цього апарату із поверненням всієї системи головних і допоміжних контактів у первинний стан, що відбувається також автоматично в разі значного зменшення напруги на затискачах котушки контактора або під час зникнення її у живильній мережі.

Магнітні пускачі ПМ є комутаційними апаратами дистанційного керування, які використовують при частих вмиканнях і вимиканнях приєднаного електроустаткування за допомогою окремо розташованою кнопковою станцією СК (рис. 8.4, а).

Основною частиною магнітного пускача є триполюсний електромагнітний контактор, до якого в разі потреби додають теплове реле для захисту електрообладнання від неприпустимого перегріву, що обумовлено тривалим перевантаженням.

Магнітні пускачі виготовлюють нереверсивними і реверсивними. Перші забезпечують обертання валу двигуна тільки в одному напрямі, а другі – обертання валу у двох протилежно спрямованих напрямах. В реверсивних магнітних пускачах, що розташовані на однієї підставі, існує електричне блокування кіл керування, що запобігає можливість одночасного спрацювання обох контакторів, яке доповнено ще механічним блокуванням їх рухомих частин. Крім того, пускачі розділяють за конструктивною будовою: відкритими, закритими, пиловодонепроникними та вибухонебезпечними.

Пускачі комплектуються уніфікованими пристроями: електротепловими та проміжними реле, контактними та пневматичними приставками, обмежувачами напруги.

Натиск пускової кнопки SB2 (рис. 8.4) забезпечує вмикання кола котушки КМ1, внаслідок чого магнітна система контактора намагнічується і якір її переміщується, що супроводжується зменшенням повітряного зазору магнітопроводу і збільшенням індуктивного опору котушки. Внаслідок, струм утримання якоря I_ут у ввімкненому положенні буде в декілька разів менший за струм втягування I_ут = (3...15)I_втяг, а I_втяг = 0,1...1 А. Одночасно головні контакти КМ1:1 замикаються, напруга трьохфазної мережі подається до затискачів споживача, а блок-контакт КМ1:2 шунтує затискачі пускової кнопки SB2. Натиск зупиняючої кнопки SB1 перериває живлення котушки контактору КМ1 і його якір під дією сили ваги і пружин повертається у первинний стан.

Найменшу напругу, за якої магнітний пускач вмикається, називають напругою втягування U_втяг. Чітке вмикання пускача забезпечується напругою на його котушці U = (0,85...1,1)U_ном, а при зменшенні напруги U = (0,4...05)U_ном, чи при її зниканні взагалі магнітний пускач вимикається, що забезпечує тим самим нульовий захист.

а б

Рис. 8.4. Схема керування магнітним пускачем:

а - за допомогою двохкнопочної станції без теплового реле; б – те ж з одним триполюсним тепловим реле.

Найменша напруга мережі, за якої магнітний пускач вимикається, називають напругою відпуску U_від. Відношення називають коефіцієнтом повернення.

Триполюсне теплове реле FP1 (рис. 8.4, б) забезпечує захист двигуна від тривалих навантажень понад 20…30% номінального струму, а також від роботи при обриві одного з проводів ліній живлення, бо в цьому разі струм у двох непошкоджених фазах буде більшим за номінальний. Кнопкова станція СК разом з блокувальними контактами КМ1:2, забезпечує захист електродвигуна від самозапуску після його зупинки, якщо пропало або різко зменшилася напруга в мережі. Від струмів короткого замикання пускач не захищає через інерційність теплового реле та, крім цього, головні контакти КМ1:1 не розраховані на розрив великих струмів короткого замикання. Вимикання значних струмів, викликає електричну дугу між розмикаючимися головними контактами магнітних пускачів. Тому в їх кола додатково вмикають іскрогасні котушки, а для швидкого гасіння дуги їх установлюють також в спеціальні дугогасні камери з мідною чи керамічною гратою.

Повторне вмикання двигуна можна здійснити тільки натиском пускової кнопки SB2 при замкненому контакті теплового реле FP1:1 (рис. 8.4, б).