Методическое пособие 477

51

2.с параллельным включением катушки магнитного дутья в цепь главных контактов.

3.с использованием постоянных магнитов.

Первая оказывается малоэффективной в области малых токов, т.к. не создает достаточной индукции. Необходим ток в катушке 20-25% Iн. Поэтому

применяют сменные катушки, у которых для поддержания Воптимальн с уменьшением тока увеличивается количество витков. Отметим, что очень

большая индукция так же недопустима, т.к. резкий выдув дуги приводит к резкому обрыву тока и большим перенапряжением в индуктивной цепи.

Предельно-допустимый ток в дугогасительной катушке Iн - катушки. Достоинства первой схемы включения дугогасительной катушки: а) хорошо работает на больших токах; б) работа не зависит от направления тока;

в) большая надежность (толстый провод, небольшая изоляция).

Эти достоинства определили преимущественное применение схемы 1. Вторая схема имеет ряд недостатков:

1.направление ЭДУ на дугу зависит от направления тока. Контактор не работает при изменении полярности тока.

2.катушка должна иметь надежную изоляцию, т.к. к ней приложено напряжение Uном, близость дуги также снижает надежность.

3.при к.з. напряжение на катушке снижается и дутье ослабевает. Поэтому способ 2 применяют только на малых токах (5-10А). Схема 3 аналогична схеме 2, но она дает экономические (по току и меди) выигрыши и выигрыш в надежности.

Дуга загоняется обычно в камеру, назначение которой локализация дуги, охлаждение, исключение перекрытия между соседними полюсами. Наиболее современной является лабиринтная камера.

Электромагнитная система - преимущественно клапанного типа, для увеличения износоустойчивости вращение якоря на призме. Для вибро- и ударостойкости подвижная система уравновешивается. Катушка мотается на тонкую изолированную стальную гильзу, что улучшает ее прочность и снижает

t 0доп за счет хорошего теплоотвода на магнитную систему.

0,2-0,3 (из-за трудностей согласования Ртяг( ) и Рмех( ), поэтому эти контакторы не применяются для защиты от снижения напряжения.

Наибольшее напряжение на катушке 110% Uном, т.к. при большем напряжении увеличивается износ и увеличивается t катушки. Для уменьшения

52

Рпотреб (МДС) ход якоря выбран небольшой 10 10 3 м и, т.к. для надежного гашения малых токов необходим раствор 20 10 3 м, то расстояние от контактов до призмы берется в два раза больше, чем от оси полюса до призмы.

tвкл =0,14 0,4 сек (100-600А соответственно), tоткл= 0,07 0,23 сек (100-600А

соответственно).

Рассмотрим контактор переменного тока типа КТ-6000 (рисунок 9.2) (100-630А). Число главных контактов: 1 5 полюсов.

1 - подвижный контакт;

2 - пружина; 3 - изоляционный рычаг, связанный с валом контактора.

На переменном токе гашение дуги облегчено, особенно при активной нагрузке, поэтому: раствор контактов небольшой, рычаг небольшой. Ртяг - уменьшено (габариты и потребляемая мощность тоже), контакты не имеют перекатывания, отключение только под действием контактных пружин и веса якоря.

Подвижный и неподвижный контакт легко меняются (что удобно при ремонте), контактная пружина 2 имеет предварительное нажатие (0,5 Pконеч.). Нашли широкое применение - мостиковые контакты (см. серию ПА) - здесь быстрое гашение за счет второго разрыва, нет гибкой связи у подвижного

контакта. При индуктивной нагрузке (cos =0,2 0,5) до 220В гашение очень быстрое за счет быстровосстанавливающейся электрической прочности (у катода достаточен один разрыв и никаких специальных устройств). Мостиком легко гасится до 380В (поэтому мостики широко применяются). При индуктивной нагрузке и U>380В применяют специальные устройства:

1.магнитное дутье катушкой тока;

2.дугогасительная камера с решеткой.

Магнитная система с прямоходным или клапанным якорем, с Ш или

Псердечником (2 одинаковые части). Вибрация устраняется:

1)магнитной прокладкой - 4 (рисунок 9.3);

2)одновременностью соприкосновения полюсов магнитной системы и их шлифовкой;

3)амортизацией неподвижной части магнитного провода пружинами (рисунок 9.4) или эластичным креплением этих частей (что способствует самоустановке неподвижной магнитной системы;

4)установкой к.з. витков.

В контакторах переменного тока Iпуск=10 15Iн (из-за автофорсажа), поэтому недопустима подача напряжения на катушку, если якорь застрял на

max. Катушки большинства контакторов рассчитаны на 600 вкл /час при ПВ=40%. Особо тяжелые условия работы у 5-ти полюсных контакторов. Для обеспечения необходимого Ртяг катушка имеет форсировку - серии КТ, КТЭ (после притягивания якоря в цепь катушки включается дополнительное сопротивление Rдоп). Электромагниты контакторов переменного тока могут работать и на постоянном токе, тогда устанавливается специальная катушка,

53

которая работает с форсировкой. Rдоп - шунтировано размыкающим БК. Параметры катушек и величина Rдоп приводятся в каталогах.

Ртяг( ) для переменного тока более полога и легко согласуема с Рмех( ), поэтому Кв относительно высок (0,6 0,7), что дает возможность осуществить с помощью контакторов защиту двигателей от понижения напряжения

(0,6 0,7 Uн).

Надежная работа контакторов обеспечивается при 0,85 1,1 Uн.

Автофорсаж на больших н обеспечивает малое время срабатывания (0,03 0,05 сек), время отпускания 0,02 сек.

Существуют комбинированные контакторы переменного тока, в которых параллельно главным замыкающим контактам включают два тиристора. Во включенном состоянии ток проходит через главные контакты разрушая их от тока отключения и дуги. Т. к. тиристоры работают в кратковременном режиме их Рн невелика и нет радиаторов охлаждения. Выпускаются комбинированные

контакторы КТ-6, КТ-65, Iн >100 А выполненные на основе КТ6000, снабженные дополнительным полупроводниковым блоком.

Коммутационная способность комбинированных контакторов >5 млн. циклов, а полупроводниковых блоков в 6 раз больше, что позволяет многократно их использовать.

Для управления двигателями переменного тока небольшой номинальной мощности применяют прямоходовые контакторы с мостиковыми главными контактами.

Двукратный разрыв цепи и облегченные условия гашения дуги переменного тока позволяют обойтись без специальных дугогасительных устройств, что существенно уменьшает габариты. Конструкция на рисунке 9.5 Ш-образный якорь с к. з. витками из листовой электротехнической стали, намагничивающая катушка выступает за полюса сердечника, что создает дополнительную соленоидную силу тяги.

Используются силовые герметичные магнитоуправляемые контакты (герсиконы), коммутирующие токи до 30 А. Они имеют раствор контактов 1,.5 мм и повышенное контактное нажатие. Кроме ГК могут быть маломощные герконовые БК, которые срабатывают от потоков рассеяния (рисунок 9.6)

Вмашиностроении контакторы переменного тока применяются чаще всего для управления синхронными двигателями - в этом случае их называют магнитными пускателями. В их комплект входят ЭА для дистанционного управления (кнопочная станция) и защиты.

Вслучае использования контакторов для реверса обязательна электрическая и механическая блокировка (рисунок 9.7). Контакторы

выбирают по Iн электродвигателя с учетом условий работы.

Магнитные пускатели - контактор для пуска асинхронных двигателей и защиты их (с помощью тепловых реле) от перегрузок и "потери фазы". Они

54

должны быть исключительно надежными, т.к. от них зависит надежность работы двигателя (n=2 10 млн. циклов).

Как известно, при пуске асинхронного двигателя Iпуск=6 7 Iн, что способствует значительной вибрации и быстрому износу. При отключении напряжение равно разности Uсети-Ед - ЭДС двигателя, поэтому на контактах оно составляет 0,15 0,2 Uн, т.е. условия гашения облегчены. Однако, двигатель отключается сразу после пуска, тогда отключаются при 7Iн при очень низком коэффициенте мощности cos =0,3 (при это восстанавливающее напряжение равно Uн). Магнитный пускатель должен сохранять работоспособность при 50ти кратном включении-отключении заторможенного двигателя. В технических данных указывают не только IН, но и мощность двигателя с которым он может работать при различных напряжениях, т.к. ток, отключаемый пускателем, мало падает с ростом напряжения, мощность двигателя, с которым может работать пускатель растет с увеличением номинального напряжения (Uн,max=500В). Исследования показали, что износоустойчивость обратно пропорциональна квадрату мощности включаемого двигателя. Поэтому для увеличения надежности пускатели берут с запасом по мощности.

Конструкция и схема включения.

Наибольшее распространение получили магнитные пускатели серии ПМЕ и ПА. ПМЕ - (см. образец), дугогасителя нет (двойной разрыв мостиком), торцевые контакты из металлокерамики, с самоустановлением и поддувом от тоководов.

Якорь и сердечник Ш-образные, возврат пружиной, к.з. виток на крайних стержнях сердечника. На якоре установлена изолированная траверса с подвижными контактами и контактными пружинами. Имеется 5 главных и два вспомогательных контакта.

Якорь и контакты имеют одинаковый ход, что является недостатком, т.к. при этом увеличивается вибрация (до 1 сек), поэтому ПМЕ применяют на токи главных контактов до 25А.

При токах более 25А применяют пускатели ПА, в которых ход контакта в 2,5 раза меньше хода якоря, что значительно уменьшает вибрацию.

Высокий Кв позволяет использовать пускатель для защиты от падения напряжения до уровня 0,6 0,7 Uн, для защиты от небольших по величине, но длительных перегрузок устанавливается два тепловых реле типа ТРП или ТРН.

В заключение зарисуем схемы нереверсивного и реверсивного включения электродвигателя с помощью магнитного пускателя.

Схема самоблокировки кнопки "Пуск" с применением контактора переменного тока обеспечивает так называемую нулевую защиту двигателя:

исчезновение или снижение до 60% Uном питающего напряжения приводит к отключению контактора (Кв=0,7-0,8) и размыканию БК.

Выбор контакторов и пускателей

55

Важнейшей характеристикой - являются режимы коммутации нагрузки (1, табл. 8.4). Так для контакторов КПВ (с учетом нагрева контакторов дуги) допустимый ток будет:

100 600 100

где Iном - номинальный ток контактора длительного режима; Iдоп - допустимый ток повторно-кратковременного режима; ПВ% - продолжительность включения;

n - число включений в час; При выборе необходимо:

тип ; напряжение и ток главных контактов (частоту, если ток переменный);

число и исполнение (НЗ, НО) (в т.ч. вспомогательных); напряжение катушки; категорию размещения;

Например:

контактор серии МК;

для тока 40 А (f=50 Гц), напряжение 380 В;

главные контакты - один НО вспомогательные 2-НО; 2-НЗ; катушка 24 В; исполнение УЗ

После восстановления напряжения для выключения двигателя необходимо нажать на кнопку ''Пуск". Нулевая защита предотвращает непредвиденный самопроизвольный пуск двигателя, который может привести к аварии. Так называемый ЭА ручного управления (пакетники, автоматы...) нулевой защитой не обладают. Поэтому в системах управления станочным приводом обычно применяют контакторное управление.(рисунок 9.8)

9.Допустима частота срабатывания ( малая - 1 в мин., средняя -до 10 в сек, большая - более 10 в сeк).

10.Время срабатывания и отпускания - tср и tотп. 11.Срок службы - (1-10) 10 циклов.

Требования к реле в основном определяются их назначением. Так реле защиты энергосистем работают в облегченных условиях (без ударов, вибрации, коррозии, аварийные режимы редки ...) поэтому к ним нет больших требований по износоустойчивости. Основными требованиями к ним являются: селективность (они должны отключать только поврежденный участок), быстродействие, чувствительность и надежность.

Реле схем защиты и автоматики электропривода работают в худших условиях ( удары, вибрация, при большой частоте включения...), поэтому главными требованиями к ним является повышенная износоустойчивость (I07 циклов) и высокая надежность.

Электромагнитные реле - простота и надежность обеспечили широкое применение таких реле.

Для клапанной системы (рисунок 10.2) с учетом линейной зависимости

силы пружины от ее деформации и небольшого , сила противодействующих пружин приведенная к сердечнику меняется линейно с изменением зазора (Fпр - мала и ею обычно пренебрегают). Из сопоставления тяговой и механической характеристик ясно, что для включения реле должно быть: Fтяг1>Fтяг. Для

имеется это соотношение называется током возврата Iотп=Iвозвр.

Для защиты энергосистем и реле управления, контролирующих входной параметр в узких пределах коэффициент возврата должен быть возможно ближе к единице.

Для увеличения Кв необходимо приближать Fмех( ) к Fтяг( ) и стремиться к возможно меньшим F (при к ), т.е. Fмех( ) должна быть нелинейной, что возможно применением нескольких пружин. Однако, конструктивно это сложно (прим. редко).

58

Для клапанного механизма с одной возвратной пружиной рекомендуется брать пружины с max жесткостью с тем, чтобы Fмех( ) совпала с касательной в

(для клапанной системы) т.к. к не меняется, то Iср остается одним и тем

- что и требовалось доказать.

Для некоторых случаев схем автоматики требуется, чтобы ток или напряжение отпускания были значительно ниже Iтр или Uтр в этом случае

применяют реле с низким Кв. Для электромагнитов переменного тока Fтяг( ) более полога, чем у постоянного тока, ее легче согласовать с механической характеристикой и поэтому в реле переменного тока легче получить высокий

Кв.

Реле для энергосистем (пример - ЭТ, рисунок 10.3).

Для постоянного тока большие возможности дает поворотная система электромагнитов, позволяющая за счет изменения формы якоря и полюсов получить практически любую тяговую характеристику. Магнитопровод шихтованный, обмотка из 2-х частей выведенных отдельно и позволяет соединять секции последовательно и параллельно, якорь из тонкого листа электротехнической стали Z-образной формы, при его повороте происходит

насыщение даже при токах близких Iтр, что ограничивает момент в конце хода

59

якоря. Кв=0,85. Подвижный мостиковый контакт шарнирно укреплен на рычаге, связанным с валом, что вместе с масляным демпфером устраняет вибрацию и создает условия для самоуспокоения. - создается пружиной, начальная деформация которой меняется рычагом. Начальное и конечное положение якоря ограничены специальными упорами.

Грубое регулирование Iср осуществляется соединением обмоток (при параллельном соединении Iср увеличивается в 2 раза), а плавное изменение начального натяжения пружины (в 2 раэа), т.о. Iср регулируется в пределах 1-4.

Реле бывают на Iср=0,05-200 А, tср (при Кз 3) 0,02 сек., высокая точность (

5%).

Недостаток - малая мощность контактной системы (50 Вт постоянного тока при 220 В) - необходима тщательная регулировка во избежание вибрации.

Аналогичная конструкция реле напряжения ЭН с обмоткой напряжения. ЭН работают и как max и как min реле. На Кв сильно влияет трение, с ростом Fтр Кв уменьшается. Для устранения этого необходимо, чтобы Fпр>>Fтр.

Гистерезис магнитного материала также ведет к уменьшению Кв, т.к. при трогании намагничивание идет по восходящей ветви, а при отпускании по исходящей. При этом (по отношению к безгистерезисному материалу IТР увеличивается, IОТП уменьшается.

Реле тока и напряжения для управления электроприводом (РЭВ-300) (рисунок 10.4).

В зависимости от обмоточных данных бывают реле тока и напряжения. Постоянного тока с высоким Кв за счет большого конечного зазора и малого хода якоря. U-образный магнитопровод из прутика круглого сечения. Ток срабатывания регулируется в пределах 0,65 Iн путем изменения усилия пружины. При увеличения сжатия пружины растет напряжение трогания и увеличивается время трогания по уравнению:

Изменяется также Кв.

Для увеличения быстродействия реле напряжения рекомендуется брать реле на низкое Uном (24,48В) и последовательно с ним включают добавочное сопротивление из константана. Добавочный резистор позволяет увеличить напряжение при котором срабатывает реле. Его сопротивление выбирают так, чтобы IСР лежал в пределах обеспечивающих быстродействие (0,3Iн Iср 0,5Iн). Кв регулируется изменением конечного зазора к за счет изменения положения неподвижных контактов, (увеличение к ведет к росту Кв). Минимальный

раствор контактов - 1,5 мм; к=0,5мм.

РЭВ -делаются и для защиты в цепях переменного тока (от к.з. и перегрузки - с реле времени). При этом: клапанная магнитная система с опорой

60

на призму, магнитопровод шихтуется. Реле бывают токовые и напряжения (в зависимости от обмотки). При обмотке напряжения оно используется для защиты от исчезновения напряжения. Эти же реле могут использоваться и как промежуточные.

Т.к. токовое реле в исходном состоянии работает с разомкнутой магнитной системой ,то (для устранения вибрации) к.з. виток не ставится.

Токовые реле выполняются на I от 2,5 до 600 А с регулировкой от 110 до 700%

Iн.

Реле напряжения работает с замкнутой магнитной системой, поэтому к.з. виток обязателен, Кв =0,2-0,4, регулировка в пределах 70-85%.

Реле защиты схем электропривода рассмотрим на основе упрощенной схемы защиты двигателя постоянного тока от к.з. (рисунок 10.5). При повреждении якоря срабатывает максимальное мгновенное реле РМ и размыкает свои контакты в цепи катушки Л линейного контактора. Якорь контактора отпадает и обесточивает двигатель. При этом размыкаются и блокировочные контакты БКЛ. Т.к. ток стал равным 0, то РМ возвращается в исходное состояние (с разомкнутыми контактами), но включение двигателя не произойдет из-за разомкнутости БКЛ.

Возврат РМ в исходное состояние является характерным для схем защиты, поэтому к реле максимальной токовой защиты предъявляются

требования по высокому Кв.

Как известно, для пуска двигателей широко используются командоконтроллеры (КК - пунктир). В нем нет БК, поэтому после обесточивания якорной цепи максимальным реле размыкания пусковой цепи не происходит и т.к. РМ возвращается в исходное состояние, то якорь снова будет в к.з. Затем произойдет повторное отключение, опять включение... В результате поврежденный двигатель многократно будет включаться в сеть, чего нельзя допустить. Для устранения этого недостатка РМ-РЭВ снабжается специальным устройством для предотвращения самовозврата.

Возврат реле в исходное состояние возможен вручную или, для дистанционного управления, специальным электромагнитом. Основные

требования к РМ - быстрое срабатывание (tср не более 0,05 сек.), широкое регулирование тока срабатывания, вибро- и ударостойкость. Реле РМ могут быть использованы и для защиты от перегрузок (в этом случае выдержка времени независимая от тока перегрузки создается отдельным реле времени), но сейчас, как правило, для такой защиты применяют тепловое реле.

Индукционное реле тока и напряжения.

Реле имеет (рисунок 10.6) электромагнит 1, охватывающий своими полюсами, укрепленный на оси металлический диск-2. На верхнем и нижнем

полюсах электромагнита укреплены к.з. витки -3. Токи в обмотках реле IР и к.з.