книги из ГПНТБ / Шубинский, А. И. Электромонтер портовой механизации учеб. пособие

лельным возбуждением, но все же не так резко, как у электро­ двигателей с последовательным возбуждением. Благодаря нали­ чию последовательной обмотки они не идут «вразнос», как сериесные, и в то же время обладают лучшей перегрузочной способно­ стью, чем электродвигатели параллельного возбуждения.

Электродвигатели со смешанным возбуждением находят широ­ кое применение в механизмах с резкой переменной нагрузкой, снижающейся временами до нуля. Регулирование скорости произ­ водится теми же основными способами, что и у электродвигателей с последовательным возбуждением.

Реверсирование электродвигателей постоянного тока. Для из­ менения направления вращения электродвигателя достаточно из­ менить направление тока или в обмотке возбуждения, или в об­ мотке якоря. Изменение направления тока одновременно в обмот­ ке возбуждения и в обмотке якоря не повлечет за собой измене­ ния направления вращения электродвигателя.

На практике наиболее распространен способ реверсирования путем изменения направления тока в обмотке якоря. Изменение же направления тока в обмотке возбуждения приводит к перемагничиванию электродвигателя, что значительно увеличивает продолжительность реверса.

При реверсировании необходимо помнить, что прежде чем изменить направление тока в якоре, нужно ввести в цепь якоря сопротивление во избежание возникновения чрезмерного тока.§

§ 8. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Асинхронные электродвигатели получили наиболее широкое применение. Их особенностью является надежность и сравнитель­ ная простота устройства и эксплуатации. Их выпускают двух ви­ дов — с короткозамкнутым и с фазным ротором.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором состоят из двух основных частей: статора и ротора.

Статор представляет собой магнитопровод, набранный из от­ дельных дисков, отштампованных из специальной электротехниче­ ской стали. Диски имеют пазы, в которые закладываются секции обмоток. Секции соединяются в три катушки. Статор закреплен внутри литого корпуса.

Ротор короткозамкнутого электродвигателя представляет со­ бой цилиндр, набранный из отдельных, отштампованных из элект­ ротехнической стали, дисков и закрепленный на валу. В дисках имеются пазы, в которые закладываются стержни, соединяемые по торцам общими кольцами. Пазы заливают алюминием.

Для улучшения пусковых характеристик короткозамкнутых электродвигателей пазы ротора делают глубокими и в них зали­ вают сплошные стержни или закладывают два стержня. Вал ро­ тора устанавливается в подшипники, закрепленные в крышках корпуса. Для охлаждения двигателя на валу ротора часто уста­ навливают вентиляторы-крыльчатки.

20

Электродвигатели с фазным ротором отличаются от короткозамкнутых устройством обмотки ротора. В пазы ротора уложена обмотка, выполненная, как и всякая обмотка электродвигателя переменного тока. Концы катушек обмотки ротора выведены к трем кольцам, установленным на валу ротора изолированно друг от друга и от вала ротора. Возникающий в роторе ток через коль­ ца и щетки отводится в пусковые сопротивления.

В отличие от электродвига­ теля с короткозамкнутым ро­ тором в .передней крышке элек­ тродвигателя с фазным .рото­ ром имеется приспособление для крепления щеток — щетко­ держатели.

Рис. 4. Асинхронный электродвигатель в разобранном виде:

а — статор; б — ротор с короткозамкнутой обмоткой; в — ротор с фаз­ ной обмоткой .

На рис. 4 показаны статор электродвигателя и роторы: с ко­ роткозамкнутой и с фазной обмотками.

Асинхронные электродвигатели применяются для привода ма­ шин и механизмов, работающих в самых различных условиях:

вметаллургических цехах, пожаро- и взрывоопасных помещениях,

вводе. По способу защиты от окружающей среды электродвига­ тели делятся на открытые, защищенные, взрывобезопасные, гер­ метически закрытые (не допускающие проникновения влаги внутрь двигателя при погружении его в воду).

Для привода крановых механизмов применяются в основном электродвигатели, защищенные в любом направлении от дождя й

брызг.

21

Для пуска электродвигателя с короткозамкнутым ротором до­ статочно подать напряжение в обмотку статора рубильником или магнитным пускателем. При этом электродвигатель потребляет из сети ток, превосходящий в три — семь раз номинальный. Совре­ менные электродвигатели с короткозамкнутым ротором выполня­ ются или с двойной обмоткой ротора, или с глубоким пазом в ро­ торе. Это увеличивает сопротивление обмотки ротора в момент пуска и, следовательно, уменьшает величину пускового тока.

Электродвигатели, статорные обмотки которых соединены в нормальном режиме работы в «треугольник», при пуске можно переключить на «звезду». После того как электродвигатель разго­ нится, обмотки статора переключают на «треугольник». При со­ единении обмоток на «звезду» напряжение, приходящееся на фазу двигателя, в 1,7 раза меньше, чем при соединении на «треуголь­ ник». Следовательно, пусковой ток меньше примерно в три раза. При этом, однако, необходимо учитывать, что и пусковой момент уменьшается почти в три раза.

Такой же эффект получается, если на время пуска уменьшать каким-либо способом подводимое к обмоткам статора напряжение. Уменьшить напряжение можно включением последовательно с обмотками статора дроссельных катушек, имеющих большое ин­ дуктивное сопротивление (дроссельный пуск), или подводом пони­ женного напряжения через автотрансформатор. В связи с тем что современные порты имеют достаточно мощные источники электро­ энергии и асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ро­ тором, применяемые в портах, имеют сравнительно малую мощ­ ность, последние способы пуска широкого распространения не получили.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором пускают с помощью пускового сопротивления, включаемого в цепь ротора. Это сопротивление уменьшает пусковой ток и увеличивает пуско­ вой момент электродвигателя. Величина сопротивлений рекомен­ дуется заводом или рассчитывается на месте.

Сопротивления включаются в каждую фазу ротора симметрич­ но и соединяются, как правило, на «звезду». Сопротивления, вклю­ чаемые в цепь ротора, разбиваются на ступени, число которых зависит от желаемой плавности пуска и от мощности электро­ двигателя.

В начальный момент пуска все сопротивления должны быть включены в цепь. По мере разгона электродвигателя сопротивле­ ния выключаются, и при установившемся движении обмотка ро­ тора электродвигателя закорачивается. Исключение составляют некоторые схемы, где для получения определенных характеристик двигателя оставляют включенным часть сопротивлений. Выклю­ чение и включение сопротивлений производятся контроллерами

22

При первом способе регулировка скорости получается ступен­ чатой, соответствующей синхронным частотам вращения электро­ двигателей (3000, 1500, 750 об/мин и т. д.). Этим способом изме­ няют скорость электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Промышленностью выпускаются одно-, двух- и трехскоростные электродвигатели.

Скорость асинхронных электродвигателей с фазным ротором регулируют изменением сопротивления в цепи ротора. Этот спо­ соб позволяет только уменьшить скорость электродвигателя при увеличении сопротивления. Он очень неэкономичен, так как боль­ шое количество электроэнергии идет на нагрев сопротивлений. Реостат получается довольно громоздким; электродвигатель, при введении большого сопротивления в цепь ротора, работает неустой­ чиво, т. е. скорость резко колеблется при изменении момента со­ противления. Но несмотря на эти недостатки, такой способ регу­ лирования скорости получил широкое распространение в подъем­ но-транспортных машинах благодаря своей простоте.

При работе на кранах часто приходится прибегать к уменьше­ нию скорости какого-либо механизма. Достигается это включени­ ем электродвигателей механизмов в режиме затормаживания.

В крановых электросхемах получили наиболее широкое приме­ нение следующие виды торможения асинхронных электродвигате­ лей: противовключением, с возвратом энергии в сеть, однофазное и динамическое.

Торможение противовключением применяется для создания требуемой скорости спуска груза или для ускорения остановки электродвигателя. Для этого в крановых механизмах прибегают к включению электродвигателей в направлении, обратном тому, в котором вращается механизм подъема груза, а в цепь ротора вво­ дят достаточно большое сопротивление.

Чем большее сопротивление введено в цепь ротора, тем будет меньше тормозной момент и выше скорость опускания груза. Если выводить сопротивление постепенно, то может наступить такой момент, когда груз начнет подниматься.

Торможение с возвратом энергии в сеть применяется для огра­ ничения скорости спуска груза в портальных кранах: в этом слу­ чае электродвигатель включается в сторону спуска груза.

Если груз тяжелый, то скорость его опускания возрастает до тех пор, пока частота вращения ротора не превысит синхронной частоты вращения. При переходе через нее ток в роторе меняет направление, и электродвигатель начнет работать в генераторном режиме. Наименьшую частоту вращения электродвигатель приоб­ ретает при выключенных полностью сопротивлениях, но, естествен­ но, эта скорость не может быть меньше синхронной скорости.

Торможение электродвигателей однофазным включением за­ ключается в том, что обмотки статора подключают к двум проводам. При этом в статоре возникает пульсирующее магнитное поле. Если ротор вращать принудительно, то в нем возникнет ток, который будет создавать определенный тормозной момент. Скорость спус­

23

ка будет тем больше, чем большее сопротивление введено в цепь ротора. Частота вращения электродвигателя при спуске груза мо­ жет быть выше и ниже синхронной.

Динамическое торможение получается при отключении статора от сети и подаче в его обмотки постоянного тока, создающего'не­ подвижное магнитное поле.

Ротор электродвигателя под действием груза или инерции про­ должает вращаться, и в нем возбуждается электродвижущая сила и ток. Взаимодействие неподвижного магнитного потока ста­ тора с током ротора создает тормозной момент.

Все рассмотренные способы торможения электродвигателей в той или иной мере находят применение в крановых электросхемах.

Особенность работы крановых механизмов — повторно-кратко­ временный режим. Электродвигатели, устанавливаемые на кранах, рассчитаны на такой же режим работы, и характеризуется он продолжительностью включения (ПВ), выраженной в процентах:

Рпу, — Р25%

где Рп%— мощность двигателя при соответствующей ПВ%;

п— % ПВ двигателя, при котором определяется его мощ­ ность.

При ПВ = 15% Двигатель может развивать мощность, равную 1,25 мощности при ПВ = 25%. При ПВ = 40% мощность будет рав­ на 0,75 мощности при ПВ = 25%.

В настоящее время промышленностью выпускаются крановые электродвигатели переменного тока различных исполнений.

Электродвигатели серии МТ — крановые трехфазные, с фаз­ ным ротором, закрытые, с изоляцией класса А (хлопчатобумаж­ ная или шелковая нить, пропитанная изоляционным лаком, эмаль).

Электродвигатели серии МТВ — такие же, как и электродвига­ тели серии МТ, но они предназначены для металлургической про­ мышленности и имеют изоляцию класса В (слюда, асбест), допу­ скающую более высокую температуру нагрева.

Электродвигатели серии МТК— крановые, трехфазные, закры­ тые, с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели серии МТКВ — такие же, как и электродвигатели серии МТК, но выпу­ скаются для приводов механизмов металлургической промышлен­ ности.

Для привода машин непрерывного транспорта и механизмов трюмной механизации применяются асинхронные электродвигате­

24

защищенном исполнении, в чугунном корпусе; серии АЛ имеют алюминиевый корпус; серии АО — обдуваемые, имеющие венти­ лятор, способствующий уменьшению нагрева двигателя; серии АОЛ также обдуваемые, но имеют алюминиевый корпус.

§ 9. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Наиболее распространенными аппаратами ручного управления являются рубильники и переключатели, пакетные выключатели и переключатели.

Рис. 5. Типы рубильников:

а — с центральной рукояткой; б — с приводом

Рубильники (рис. 5) применяются для подключения и отклю­ чения цепей постоянного и переменного тока до 1000 А. Рубиль­ ником можно осуществить пуск малых электродвигателей с не­ большим числом включений. В основном же они применяются для создания видимого разрыва в силовых цепях и цепях управле­ ния.

Изготавливаются рубильники одно% двух- и трехполюсными, с центральной рукояткой и с рычажным приводом. В последнем слу­ чае рукоятка привода устанавливается на лицевой части панели, а сам рубильник — за панелью. Открытые рубильники пред­ ставляют определенную опасность для обслуживающего персона­

25

ла, и их закрывает кожухами. В последнее время промышленно­ стью выпускаются пусковые ящики, в которых рубильники блоки­ руются с предохранителями (рис. 6).

Контактор — это электромагнитный прибор, предназначенный для замыкания и размыкания под нагрузкой силовых цепей по­ стоянного или переменного тока.

Включение и отключение контакторов могут осуществляться дистанционно. Общий вид контактора показан на рис. 7.

Контакторы состоят из сле­ дующих основных частей: магнит­ ной системы, неподвижных кон­ тактов, подвижных контактов и блок-контактов.

Магнитная система контакто­ ра состоит из катушки 1, непо­ движного сердечника 2 и по­ движного якоря 3. Через катуш­ ку проходит электрический ток, который и создает магнитное по­ ле. Якорь, укрепляемый на пово­ ротной оси 6, притягивается к сердечнику. Подвижные контак­ ты 4 закреплены на оси и при­ жимаются к неподвижным кон­ тактам 10, которые закреплены на неподвижном основании. Од­ новременно замыкаются блокконтакты 9 и размыкаются блокконтакты 8, закрепленные на траверсе 7. Замыкающим (3) считается блок-контакт, кото­ рый открыт при отсутствии тока

в катушке контактора или реле. На якоре контакторов перемен­ ного тока для устранения вибрации устанавливается короткозамкнутый виток.

Неподвижные контакты устанавливаются на основании кон­ тактора, и к ним подводится ток. У некоторых контакторов после­ довательно с неподвижными контактами включается гасительная катушка. Подвижные контакты связаны с клеммами, отводящи­ ми ток, гибкими проводниками из медной фольги или плетенки. Они крепятся к основанию поворотной оси через специальные пружины, которые позволяют осуществлять равномерное приле­ гание всех контактов.

Для гашения электрической дуги, возникающей при разрыве контактов контактора, каждая пара контактов помещается в ду­ гогасительные камеры. Эти камеры изготовляются, как правило, из асбоцемента и имеют стальные пластинки-перегородки. Дуга, втягиваясь в дугогасительную камеру, разбивается стальными пластинками на части. Это охлаждает дугу и ускоряет ее гашение.

26

Блок-контакты, устанавливаемые на контакторах, осуществля­ ют автоматизацию электросхем. Промышленность выпускает кон­

тактор с замыкающими главными контактами, помещенный в специальный стальной корпус со съемной крышкой и предназна­ ченный для включения в сеть электродвигателей, называется маг­ нитным пускателем. Включение и отключение магнитных пуска­ телей осуществляются чаще всего дистанционно с помощью кно­

пок «Стоп» и «Пуск». Большинство магнитных пус­

кателей, изготовляемых нашей промышленностью, в отличие от контакторов имеет вертикальное движение магнитной системы. Схема включения такого пуска­ теля представлена на рис. 8.

При нажатии кнопки «Пуск» получает питание катушка пуска­ теля Л, якорь притягивается и

магнитного замыкает главные контакты Л1, Л2, ЛЗ. Одновременно с этим за­ мыкаются блок-контакты Л4,

шунтирующие кнопку «Пуск», и пускатель останется включенным, если отпустить кнопку «Пуск». Иногда в магнитные пускатели встраивается защита в виде тепловых реле, размыкающие контак­ ты которых включаются в цепь управления и отключают двигате­

27

ли при перегрузке. Разновидностью магнитных пускателей явля­ ются реверсивные магнитные пускатели, которые представляют собой два нормальных пускателя, механически связанных между собой. Это делается для того, чтобы не допустить их одновремен­ ного включения.

Наиболее широкое применение в промышленных установках нашли пускатели типа ПМЕ, применяемые для управления элект­ родвигателями мощностью от 1,1 до 10 кВт, типа П и ПА — до

75 кВт (рис. 9).

Пускатели изготовляются в открытом защищенном и защищен­ ном с уплотнением исполнении, реверсивными и нереверсивными,

степловой защитой и без нее.

Вобозначении пускателя первая цифра показывает вели­ чину пускателя, вторая — испол­

нение (1— открытое, 2— защи­ щенное, 3— защищенное с уплот­ нением), третья — реверсирова­ ние и тепловую защиту (1— не­

чественной промышленностью выпускаются контакторы типов КП, КТ и КТП. Эти обозначения расшифровываются следующим обра­ зом: КП — контакторы постоянного тока; К Т — контакторы трех­ фазного тока с катушкой, питаемой переменным током; .КТП ■—

контакторы трехфазного тока с катушкой, питаемой постоянным током.

§ 10. РЕЛЕ УПРАВЛЕНИЯ

Автоматизация управления современными электромеханизма­ ми достигается путем применения контакторов и специальных приборов, называемых реле управления.

Реле — автоматически действующий аппарат, замыкающий или размыкающий свои контакты при определенном значении сиг­ нала, на который он должен реагировать. Реле управления ис­ пользуют для контроля и управления работой установки в соот­ ветствии с требованиями производственного процесса. '

Различаются реле по принципу действия, конструктивному ис- - полнению, по роду тех величин, на которые они реагируют{

28

По принципу действия — это электромагнитные, индукционные, электронные, тепловые, центробежные и другие реле. По роду ве­ личин различают реле напряжения, тока, температуры, скорости и т. д. Кроме реле, реагирующих на определенные параметры, находят широкое применение так называемые вспомогательные реле. К ним относятся промежуточные, времени и сигнальные реле.

Промежуточные реле применяются тогда, когда основное ре­ ле не может включить непосредственно в цепь из-за недостаточной мощности и количества контак­ тов.

Сигнальное реле сообщает о срабатывании защитного реле. Наибольшее применение в крано­ вых схемах получили реле време­ ни, реле напряжения, реле тока.

Р е л е в р е м е н и — важные элементы схем автоматического управления. Они обеспечивают необходимую выдержку времени при выведении ступеней пуско­ вых сопротивлений, автоматиза­ ции работы, контроле процесса

•торможения электродвигателей

ит. п.

Вкачестве реле времени ис­ пользуются электромагнитные,

катушки 1 с сердечником 2, яко­ ря 5, регулировочного болта с гайкой 6 и регулировочной пружи­

ной 7, замыкающих 3 и размыкающих 4 контактов, медной гильзы 8. При прохождении постоянного тока через катушку 1 якорь 5 притягивается к сердечнику 2 и реле замыкает свои замыкающие

(3) и размыкает размыкающие (Р) контакты. При исчезновении тока в катушке реле времени магнитный поток начинает умень­ шаться и в медной гильзе наводится э.д.с. самоиндукции, замед­ ляющая отход якоря от сердечника. Этим и создается выдержка времени. Но благодаря потерям в медной гильзе магнитный поток уменьшается и пружина отводит якорь от сердечника. Выдержку времени можно изменить, регулируя натяжение пружины гай­ кой 6 и установкой между якорем и сердечником немагнитных прокладок различной толщины. При отходе якоря контакты 3 реле размыкаются, а Р — замыкаются.

Электромагнитные реле времени применяются в цепях управ­ ления как с постоянным, так и с переменным током. В последнем случае для питания катушки подается выпрямленный ток.

29