книги из ГПНТБ / Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов]

лями переменного и постоянного тока небольшой мощности часто ограничивается включением и отключением вручную пускового аппа­ рата; для ограничения пусковых токов двигателей средней и большой мощности применяются реостаты, а для изменения скорости и направ­ ления вращения — контроллеры. Из способов управления такими

электроприводами наиболее слож­ ным является способ с примене­ нием контроллера.

Схема управления одиночным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью контроллера НТ-53 приведена на рис. 13.7.

В нулевом положении конт­ роллера при замкнутом рубиль­ нике Р кнопкой КР (пусковая кнопка) производится включение линейного контактора Л (создает­ ся вспомогательная цепь 11—12— 1—2—14—21). Затем кнопка КР может быть отпущена, и ток будет протекать по параллельной цепи

12—18—5—4— 2—14 —15—16— 21 или 11—18 —3—4 —2— 14—15— 16—21. Если механизм не нахо­ дится в одном из крайних предель­ ных положений, то возможно дви­ жение двигателя в обоих направ­ лениях; если же один из конечных выключателей (КВ или КН) разом­

«вперед» замыканием контактов К/ и K ill соединяется провод Л1 с клеммой двигателя СЗ и замыканием контактов KV и K VI — провод Л11 с зажимом С1. При повороте контроллера в направлении «на­ зад» замыканием контактов KI и KII соединяются Л11 и 2С1 и замы­ канием KIV и KVI соединяются Л31 и СЗ. Отключение двигателя производится поворотом контроллера в нулевое положение. Двигатель останавливается также при разрыве цепи аварийного выключателя АВ или при наезде на один из конечных выключателей. При снижении напряжения линейный контактор отпадает и также отключается дви­ гатель от сети (нулевая защита). Схема после этого может быть вклю­ чена в работу лишь предварительным возвращением контроллера в нулевое положение (нулевая блокировка). Защита двигателя и це­ пей управления осуществлена плавкими предохранителями и макси­ мальным реле.

2Ю

Вся защитная аппаратура, а именно: линейный контактор Л , одно­ полюсное максимальное электромагнитное реле РМО, предохраняю­ щее привод от коротких замыканий, кнопка КР, рубильник Р и плав­ кие предохранители ПР1 и ПР2 — собраны на одной защитной пане­ ли. Параллельно двигателю может быть включен тормозной магнит или электрогидравлический толкатель. В некоторых случаях (тихо­ ходные механизмы со скоростью ниже 30 м/мин) тормозные магниты могут отсутствовать.

В с и с т е м а х а в т о м а т и ч е с к о г о управления электро­ приводами выполняются весьма разнообразные операции. К основным функциям систем автоматического управления электроприводами мож­ но отнести следующие: пуск электродвигателей в ход, регулирование скорости вращения, реверсирование, торможение и остановка электро­ двигателей; защита электродвигателей и приводимых ими механизмов от различного рода перегрузок и аварийных режимов; осуществление определенной последовательности операций; сигнализация состояния системы электропривода; автоматическая стабилизация скорости и других параметров электропривода; синхронизация движения от­ дельных элементов производственных механизмов.

К простейшим схемам автоматического управления электропри­ водами относятся управление ими с помощью магнитных пускателей. Схема управления асинхронного двигателя с короткозамкнутым ро­

при помощи реверсивного магнитного пускателя.

Более сложные схемы автоматизированного электропривода стро­ ятся на основе принципов управления электродвигателями; в функ­ циях времени, скорости, тока, пути. Причем в зависимости от приня­ того принципа выбирают соответствующие схемы и аппараты. Как пример, приводим на рис. 13.8 схему управления электродвигателем с фазным ротором в функции тока. Схемой не предусматривается ре­ версирования и электрического торможения. Настройка реле ускоре­ ния /РУ, 2РУ и ЗРУ производится таким образом, чтобы токи, при которых соответствующие реле отключаются, удовлетворяли нера­ венству

/ ipy > / 2р у > / з р у -

Для пуска электродвигателя нажимается кнопка «пуск», вследствие чего включается контактор КЛ, который подает питание на статор электродвигателя, своим замыкающим блок-контактом (з. б. к.) КЛ он шунтирует пусковую кнопку.

Через з. б. к. КЛ получает питание реле РБ, контакты которого, замыкаясь, подсоединяют к сети цепь катушек контакторов ускорения. Однако контакторы ускорения при этом не включаются немедленно, так как размыкающий контакт (р. к.) 1РУ будет открыт до тех пор, пока пусковой ток в роторной цепи не снизится до величины, соответ­ ствующей уставке реле 1РУ. После того как контакт /РУ закроется, сработает контактор ускорения /У и зашунтирует своими силовыми

241

контактами первую ступень сопротивления в роторной цепи. Аналогично будет работать реле ускорения 2РУ и ЗРУ при меньших устав­ ках тока и соответственно включатся контакторы ускорения 2У и ЗУ, которые выведут вторую и третью ступени сопротивления в роторной цепи, после чего двигатель начнет работать с полной скоростью (есте­ ственная характеристика).

В рассматриваемой схеме предусмотрено шунтирование р. к. ре­ ле ускорения блок-контактами 1У, 2У, ЗУ во избежание вибрации контактов реле ускорения, возмож­

3 'V)

значения, при котором реле ускорения открыли бы свои р. к.

На рис. 13.9 приведена схема автоматического управления асинх­ ронным электродвигателем с динамическим торможением.

Динамическое торможение электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется включением обмотки статора двигателя

всеть постоянного тока: при этом магнитный поток, создаваемый по­ стоянным током, взаимодействуя с током ротора, создает тормозной момент. Для этого замыкают рубильники (см. схему). Кнопкой «пуск» подается напряжение на катушку контактора КЛ, и электродвигатель включается в сеть; при этом з. б. к. КЛ замыкает цепь питания ка­ тушки реле времени РВ, присоединяя ее к сети постоянного тока.

При включении катушки реле РВ з. к. РВ мгновенно замыкаются

вцепи катушки К, но включению контактора К препятствуют разомк­ нутые р. б. к. КЛ.

Торможение двигателя Д начинается после отключения последнего нажатием кнопки «стоп». При этом: а) катушка КЛ теряет питание и р. к. КЛ замыкается, включая катушку контактора торможения К',

242

б) катушка реле РВ обесточивается из-за размыкания з. б. к. КЛ и з. к. РВ размыкается с выдержкой времени, по истечении которого происходит автоматическое отключение электродвигателя от сети по­ стоянного тока.

Включению контактора КЛ во время торможения препятствует р. к. К, установленные в цепи питания катушки КЛ.

Сопротивление гт предназначается для ограничения тока намагни­ чивания.

Для торможения электродвигателей в некоторых случаях исполь­ зуется механический колодочный тормоз, управляемый электромаг­ нитом.

Электромагнит получает питание одновременно с двигателем; усилие притяжения якоря преодолевает силу сопротивления пружины тормоза и освобождает колодки, сжимающие шкив двигателя. При отключении электродвигателя катушка электромагнита также обесто­ чивается и тормоз под действием пружины, освобождаемой при опус­ кании якоря, способствует остановке двигателя.

Дистанционное автоматизированное управление сложными электро­ приводами, в том числе приводами по системе Г-Д (генератор-двига­ тель, см. § 8.7), применяемыми в механизмах крупных строительных машин, осуществляется с помощью комплектных устройств, называе­ мых с т а н ц и я м и у п р а в л е н и я . Такая станция состоит из отдельных аппаратов управления и защиты: контакторов, автоматов, реле, плавких предохранителей, сопротивлений и др., смонтированных на изоляционных плитах и электрически связанных между собой по той или иной схеме. Станции управления (прежнее название—маг­ нитные станции) поставляются промышленностью в готовом смонти­ рованном виде. Для переключения цепей контакторов станций управ­ ления служат или специальные контроллеры облегченного типа, на­ зываемые командоконтроллерами, или другие командные аппараты (например, кнопки управления). Комплект из станции управления и командоконтроллера к ней носит название магнитного контроллера.

На рис. 13.10 в качестве примера приведена упрощенная принци­ пиальная схема контакторного управления (регулирования скорости) электропривода по системе Г-Д. Для увеличения напряжения, пода­ ваемого генератором к двигателю, служат контакты КЗ и К4 в цепи обмотки возбуждения (ОВГ) генератора (при их замыкании напряжение и вместе с ним скорость вращения двигателя увеличиваются). Допол­ нительное регулирование скорости двигателя может производиться с помощью контактов К1 и К2 в цепи возбуждения его обмотки. Из­ менение направления вращения двигателя достигается изменением направления напряжения генератора переключением контактов IB, 2В (вперед) и 1Н и 2Н (назад).

Следует отметить, что электропривод по системе Г Д о каждым годом все больше вытесняется такой системой привода, где регулируе­ мое в широких пределах напряжение постоянного тока получается не от машинных преобразователей (двигатель-генераторов), а от управ­ ляемых выпрямителей (см. § 11.8). Если для этих целей используется Ионный выпрямитель — на тиратронах или управляемый ртутный, —

243

то электропривод называют ионным; если же применяется полупровод­ никовый выпрямитель — на управляемых кремниевых вентилях — тиристорах, то привод называют тиристорным.

В строительстве в последние годы начали применять тиристорный электропривод для механизмов крупных машин. Такой привод по сравнению с приводом по системе Г-Д имеет меньшие размеры и вес. Кремниевые вентили — тиристоры весьма надежны в эксплуатации и не требуют особого ухода. Недостатком тиристорного привода является пониженный коэффициент мощности (cos ф).

На рис. 13.11 приведена упрощенная принципиальная схема ти­ ристорного электропривода. Тиристорный выпрямитель показан ра­ ботающим по трехфазной «нулевой» (с нулевым выводом) схеме. Между выпрямителем и электродвигателем включен дроссель (для сглажива­ ния пульсаций выпрямленного напряжения).

Управление напряжением на электродвигателе осуществляется специальным устройством, обозначенным на схеме буквами Л У, ко­ торое подает напряжение на управляемый электрод, как это указано

в§ 9.11.

§13.4. Особенности электропривода строительных

иподъемно-транспортных машин

Электропривод строительных машин, главным образом, крупных, имеет ряд особенностей, вытекающих из специфических условий производства. Одной из таких особенностей является применение на строительных площадках машин, оборудованных самостоятельным источником электроэнергии в виде дизель-электрической силовой уста­ новки, питающей многодвигательный привод. К ним относятся экска­ ваторы, краны, скреперы, грейдеры. Применение многодвигательного дизель-электрического привода для мощных строительных машин позволяет взамен устройства тяжелых механических передач перейти на более простые и легкие устройства.

244

Как пример подобного устройства, на рис. 13.12 приведена схема дизель-электрического привода пневмоколесного крана типа К-401, грузоподъемностью 40 т, у которого дизель Д приводит в действие синх­ ронный генератор, питающий пять электродвигателей крана: главного и вспомогательного подъемов, подъема стрелы, поворота и передвиже­ ния. К трансформатору Т присоединен выпрямитель ВС, постоянный ток которого подведен к электромагнитной муфте ЭМ и двум электро­ двигателям для создания посадочных скоростей динамическим тормо­ жением. В тех случаях, когда кран работает в непосредственной бли- - зости к линии электросети, его электродвигатели могут быть отсоеди­ нены от генератора и получать питание непосредственно от проводов электросети, для чего в электрической схеме крана (см. рис. 13.12) предусмотрен переключатель Я.

Существенные особенности имеют электроприводы таких машин и установок, как башенные краны, землеройные машины, транспорте­ ры. Сложные электрические схемы указанных машин и установок рас­ сматриваются в специальных курсах электропривода ц в программу настоящей книги не входят. Далее приводятся лишь краткие сведения по специфическому электрооборудованию, используемому в такого рода схемах.

Башенные краны

Э л е к т р о д в и г а т е л и и у п р а в л е н и е ими . Для электропривода механизмов башенных кранов (подъема грузов, пово­ рота и передвижения крана) применяются асинхронные трехфазные двигатели (типа МТК, МТКВ, МТ, МТВ и др. — см. § 7.10). Они изго­ товляются в закрытом исполнении с повышенной механической проч­ ностью, рассчитаны на повторно-кратковременный режим работы и допускают большие кратковременные перегрузки. Управление элект­ родвигателями в современных кранах осуществляется из кабины ма­ шиниста обычно магнитными контроллерами, т. е. устройствами, сос­ тоящими из командоконтроллера и контакторной панели (магнитной станции); вместо командоконтроллеров применяют также кнопки уп­ равления (кнопочные станции). Имеются также схемы дистанционного управления механизмами крана с помощью кнопочной станции, нахо­ дящейся в руках оператора и соединенной шланговым кабелем длиной порядка 25 м с аппаратурой управления, размещенной в кабине. Ди­ станционное управление представляет большие удобства при монтаже всякого рода сборных конструкций и оборудования. В башенных кранах устаревших типов применяются для управления электродви­ гателями и обычные кулачковые или барабанные контроллеры.

Р е г у л и р о в а н и й с к о р о с т и в р а щ е н и я и т о р ­ м о ж е н и я . В крановых установках пользуются обычными, опи­ санными ранее способами регулирования скорости вращения асинх­ ронных двигателей и торможения. Сюда относятся включения допол­ нительных сопротивлений в цепь ротора двигателя и динамическое торможение. В качестве дополнительных сопротивлений используются

245

описанные в § 12.1 ящики сопротивлений (см. рис. 12.6). Метод дина­ мического торможения рассмотрен в предыдущем параграфе.

Помимо этих способов используется и специальное оборудование: тормозные электромагниты, вихревые тормозные генераторы, электро* гидравлические толкатели.

Т о р м о з н ы е э л е к т р о м а г н и т ы служат для автомати­ ческого торможения крановых механизмов, прежде всего механизма подъема груза при отключении электродвигателя, приводящего в дви­ жение данный механизм, или при исчезновении напряжения. Тормоз­ ные электромагниты бывают трехфазные длинноходовые типа КМТ и однофазные короткоходовые типа МО. Наибольшее применение в современных башенных кранах находят однофазные тормозные маг­ ниты, работающие с пружинными тормозами. Тормозной электро­ магнит включается параллельно к статорной обмотке соответствую­ щего электродвигателя. При включении электродвигателя по катуш­ кам тормозного электромагнита начинает проходить ток. Якорь, притягиваясь к сердечнику катушки, поворачивается на неподвиж­ ной оси и освобождает при этом тормозной шкив — приводной меха­ низм оттормаживается. При исчезновении тока торможение происхо­ дит автоматически под действием пружины тормоза.

В и х р е в ы е т о р м о з н ы е г е н е р а т о р ы служат для плавного изменения скорости опускания груза краном путем подтормаживания вала электродвигателя подъемного механизма. Это осо­ бенно важно при монтаже строительных конструкций и оборудования, когда необходимы малые посадочные скорости при постановке кон­ струкций и оборудования на место.

Вихревой тормозной генератор обычно механически соединен с электродвигателем грузовой лебедки: ротор генератора насажен на конец вала, а статор крепится к корпусу электродвигателя. Питание обмотки статора генератора (особой конструкции) осуществляется постоянным током от селенового выпрямителя. При работе ротор вих­ ревого генератора, вращаясь в постоянном магнитном поле, создает тормозной момент на валу двигателя. Управление электроприводом (состоящим таким образом из двух машин) производится при помощи магнитного контроллера.

Э л е к т р о г и д р а в л и ч е с к и е т о л к а т е л и служат для торможения механизма подъема с плавным регулированием скорости. Толкатель состоит из небольшого электродвигателя с короткозамкну­ тым ротором и гидравлического цилиндра, заполненного маслом, с пор­ шнем, передвигающимся под действием работы электродвигателя. Толкатель соединен с тормозными колодками системой рычагов. Сни­

осуществления максимальной и нулевой защиты электродвигателей и поставляются промышленностью комплектно. Оборудование панели для асинхронных двигателей обычно состоит из вводного рубильника трехфазного контактора и двухкатушечных максимальных реле типа

246

РЭ-4000 (см. рис. 12.16). На панели для защиты трех двигателей с фаз­ ным ротором имеется четыре таких реле. Все оборудование смонтиро­

отключения соответствующего электродвигателя при достижении тем или иным устройством крана своего предельно допустимого положения: предельной высоты подъема крюком, предельного поворота стрелы, предельного положения крана на рельсовом пути и т. д. Таким обра­ зом, конечные выключатели предохраняют кран от возможных аварий. Принцип действия конечного выключателя заключается в том, что при подходе к предельным положениям специальный упор задевает за рычаг конечного выключателя, который, поворачиваясь, разрывает цепь тока, отключая тем самым электродвигатель.

Ограничители грузоподъемности служат для защиты самой кон­ струкции крана от перегрузки. Они срабатывают при подвеске на крюк крана груза, превышающего на 10% и более допустимую расчет­ ную грузоподъемность.

Принцип действия и конструкции ограничителей грузоподъемно­ сти могут быть различны. У современных кранов датчик ограничителя содержит динамометр—прибор, измеряющий величину силы тяжести, действующей на подъемный трос крана. При превышении допустимой величины груза датчик подает сигнал в электрическую схему ограни­ чителя, содержащую ряд реле. Реле срабатывают, разрывая цепи управления электродвигателями крана, в кабине крановщика заго­ рается красная сигнальная лампа и звучит аварийный сигнал.

Электрооборудование башенных кранов работает, как правило, на напряжении 380 В. Подвод электропитания к крану осуществляется шланговым кабелем (описание шланговых кабелей см. далее в § 16.5).

Одноковшовые экскаваторы

У одинаковых экскаваторов небольшой мощности (с емкостью ковша до 2 м3) применяется обычно однодвигательный электропривод переменного тока — устанавливается трехфазный асинхронный дви­ гатель. Во время работы экскаватора электродвигатель работает не­ прерывно, а отдельные механизмы экскаватора (напора, подъема ков­ ша, поворота платформы и передвижения) подключаются машинистом соответствующими фрикционными передачами. При использовании двигателя с фазным ротором могут быть получены мягкие механи­ ческие характеристики введением дополнительных сопротивлений в цепь ротора электродвигателя.

Более мощные экскаваторы с емкостью ковша 3—4 м8 и выше обо­ рудуются, как правило, многодвигательными электроприводами. Электропривод главных механизмов экскаватора: напора, подъема поворота и хода — осуществляется на постоянном токе по системе Г-Д, а вспомогательные механизмы работают от асинхронных электро­ двигателей с короткозамкнутым ротором.

247

Электродвигатели главных приводов питаются энергией каждый от своего генератора. Якори электродвигателей глухо (без каких-либо коммутирующих устройств) соединены с якорями соответствующих генераторов. Пуск в ходг регулирование скорости, изменение направ­ ления вращения и остановка электродвигателей выполняются воздей­ ствием на ток возбуждения соответствующего генератора.

Все генераторы главных приводов приводятся в действие одним электродвигателем трехфазного тока (асинхронным или синхронным), составляя вместе с ним единый преобразовательный агрегат. Напри­ мер, в экскаваторе типа ЭКГ-4 такой агрегат состоит из пяти машин: приводного электродвигателя трехфазного тока, трех генераторов постоянного тока главных приводов и генератора постоянного тока малой мощности — возбудителя, питающего обмотки возбуждения главных генераторов. Одной из существенных особенностей электро­ привода экскаваторов является необходимость создания для основных электродвигателей и в первую очередь для электродвигателя напора (напор ковша при резании грунта) особой, так называемой экскаватор­ ной механической характеристики. Она отличается от обычной меха­ нической характеристики двигателей параллельного (или независи­ мого) возбуждения тем, что при достижении величиной момента опре­ деленного значения (примерно равного 2 Мн) скорость вращения дви­ гателя резко спадает и он останавливается, что предохраняет машину от возможных механических повреждений при резком повышении нагрузки (например, в тех случаях, когда ковш генератора упирается в грунт на неодолимое препятствие).

Для получения таких характеристик в экскаваторах прежних вы­ пусков применялись в системе Г-Д трехобмоточные генераторы (си­ стема Т-Г-Д). Трехобмоточный генератор имеет три обмотки возбуж­ дения, одна из которых — последовательная — включена так, что не увеличивает, а ослабляет магнитное поле полюсов генератора. При больших нагрузках и токах двигателя размагничивающее действие этой обмотки приводит к резкому снижению э. д. с. генератора и ско­ рости вращения питаемого им двигателя.

В современных типах одноковшовых экскаваторов средней и боль­ шой мощности система с трехобмоточными генераторами (системы Т-Г-Д) заменяется более совершенными и вместе с тем более сложными схемами управления по системе Г-Д с применением релейной автомати­ ки и специальных устройств: электромашинных усилителей (ЭМУ) и магнитных усилителей (МУ), назначением которых являются автома­ тизированные воздействия на ток возбуждения, а следовательно, и на э. д. с. генераторов главных приводов. Такие схемы обеспечивают не­ обходимые характеристики работы электродвигателей главных при­ водов экскаватора. В последнее время для регулирования тока воз­ буждения генераторов в системе Г-Д начинают применяться также уп­ равляемые полупроводниковые вентили (тиристоры). Описание устрой­ ства электромашинных и магнитных усилителей, а также схем с их применением приводится в специальных курсах электропривода.

Управление сложными приводами экскаваторов осуществляется машинистом с помощью магнитных контроллеров (т. е. командокон-

248

Рис. 13.12. Схема дизель-электрического привода пневмоколесного крана К-401 грузоподъемностью

40 Т:

ного и вспомогательного подъемов, подъема стрелы, пово­ рота и передвижения

троллеров и магнитных станций). Электропитание экскаватор полу­ чает по шланговому кабелю (общее представление об этом дает рис. 16.19).

Установки непрерывного транспорта

Из такого рода установок при производстве строительно-монтаж­ ных работ наибольшее применение имеют ленточные транспортеры. Электропривод транспортеров, как правило, не требует регулирова­ ния скорости; поэтому в нем обычно применяются асинхронные элект­ родвигатели с короткозамкнутым ротором.

Особенностью электропривода транспортеров является во многих случаях необходимость согласованной работы отдельных их звеньев. Требуется определенная последовательность в пуске транспортеров, а именно, последовательность пуска должна быть противоположна направлению технологического потока (иными словами, первым дол­ жен включаться последний по потоку транспортер); при непредвиден­ ной остановке одного из транспортеров должна быть обеспечена авто­ матическая остановка всех транспортеров предшествующих ему по ходу потока.

Для выполнения этих требований устраивается электрическая блокировка цепей управления электродвигателями транспортеров. На рис. 13.13 приведена простейшая схема блокировки двух электро­ двигателей. Цель блокировки: первый двигатель Д1 может быть пу­ щен в ход только после включения второго двигателя Д2, автомати­ чески останавливается первый двигатель Д1. Эта задача блокировки

249