книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

эффекта и приводит к значительному увеличению размеров кон­ тактора.

Показатель степени п для одноточечных контактов принимает­ ся равным 0,5, а для многоточечных — от 0,7 до 1 и больше едини­ цы не бывает. Это говорит о том, что увеличение размеров контакт­ ных поверхностей также относительно мало влияет на переходное сопротивление.

Правильный уход за контактами во многом определяет надеж­ ную работу электрооборудования. Главные контакты контакторов категорически запрещается шлифовать, так как при шлифовке ко­ личество контактных точек уменьшается, а сами они делаются по­ логими и .мало поддаются смятию. Контактные поверхности лучше всего обрабатывать напильником. При этом увеличивается коли­ чество контактных точек и они делаются крутыми и легко смина­ ются, что приводит к уменьшению переходного сопротивления.

В качестве материала контактов наибольшее распространение получили медь, серебро (контактные наплавки), металлокерамика.

Цугогасительное устройство существует для гашения электри­ ческой дуги, которая возникает при размыкании главных контактов (см. рис. 154) под током. Наличие дуги крайне нежелательно по двум причинам. Во-первых, дуга вызывает сильное обгорание кон­ тактов, а во-вторых, пока горит дуга, электрическая цепь не разомк­ нута.

Электрическая дуга — это не что иное, как электрический ток (электрический разряд) в сильно ионизированном воздушном про­ межутке между контактами. Ионизация воздуха при размыкании контактов происходит за счет термоэлектронной и автоэлектронной эмиссии и ионизации толчком, а затем поддерживается за счет тер­ мической ионизации, поскольку температура ствола дуги превы­ шает 7000°К.

Наряду с процессами ионизации в стволе дуги протекают и об­ ратные процессы, направленные на увеличение количества ней­ тральных частиц. Это процессы деионизации; их два: рекомбинация и диффузия. Рекомбинацией называется соединение положитель­ но заряженной частицы с электроном и образование нейтрального атома. Рекомбинация хорошо развивается при наличии проме­ жуточного тела (стенки дугогасительной камеры), которое заря­ жается электронами отрицательно, а положительные ионы, сопри­ касаясь с ним, нейтрализуются. Кроме этого, заряженные частицы непрерывно покидают ствол дуги, уходя в окружающее простран­ ство, а нейтральные частицы, наоборот, приходят в ствол дуги. Этот процесс называется диффузией и усиливается при обдувании дуги воздухом или при быстром перемещении дуги в неподвижном воздухе.

В контакторах постоянного тока и в автоматических воздуш­ ных выключателях на дугу воздействует магнитное поле, созданное

с магнитным полем возникает сила, которая заставляет дугу быстро

24Й

перемещаться вверх по дугогасительным рогам 2 , размещенным в узкой щели дугогасительной камеры 3. Быстрое перемещение дуги и соприкосновение ее со стенами камеры усиливает процессы деи­ онизации ствола дуги, что и способствует ее'быстрому гашению. Щель дугогасительной камеры иногда делится металлическими изолированными друг от друга перегородками (решетка). Эти перегородки дробят дугу на ряд более мелких дуг, что приводит к увеличению общего падения напряжения на ней и, следовательно, к ухудшению условий ее горения.

Гашение дуги >в контакторах переменного тока облегчается тем, что ток дуги через каждый полупериод проходит через нуль и дуга в это время гаснет. Задача дугогасительного устройства в этом случае сводится к тому, чтобы не допустить возникновения дуги вновь. Обычно в контакторах переменного тока магнитное поле для гашения дуги не применяется, но обязательно используются дуго­ гасительные камеры, иногда с металлической решеткой.

Р е л е — аппарат, который срабатывает и замыкает или раз­ мыкает соответствующую электрическую цепь при изменении той величины, на которую он предназначен реагировать. Режим работы любого реле поясняется диаграммой на рис. 155. х — величина, на которую реагирует реле (входной параметр), а у — величина, ко­ торая изменяется в результате срабатывания реле (выходной пара­ метр). Диаграмму можно пояснить следующим примером. Нагре­ вательное устройство должно поддерживать температуру в преде­ лах от Х\ до х%. При увеличении температуры до х% срабатывает температурное реле, которое своими контактами включает в цепь нагревательного элемента'дополнительное сопротивление. В резуль­ тате суммарное сопротивление нагревателя увеличивается до уо, а количество -выделяемого тепла уменьшается, а значит, начинает уменьшаться температура х. При снижении температуры до Х\ тем­ пературное реле отключается и шунтирует добавочное сопротив­

электромагнитных катушек, которых у реле может быть одна и бо­ лее. Контакты реле рассчитываются на замыкание и размыкание

241

только цепей управления, и поэ­ тому дугогасительные устройст­ ва у них отсутствуют.

В электрооборудовании су­ дов нашли применение электро­ магнитные реле максимального тока, обратного тока, минималь­ ного напряжения, максимальной

иобратной мощности, времени.

Вэлектромагнитных р’еле вре­ мени (рис. 156) для получения выдержки времени при замыка­ нии или размыкании контактов применяется медная демпферная гильза 2 , расположенная на маг-

вающее якорь. Пружина 3 отключит якорь после того, как поток, созданный током гильзы, затухнет.

Такой способ получения выдержки времени (обычно не более 3 с) применяется в контакторах и реле, у которых электромагнит­ ная катушка питается постоянным током. Для получения большей выдержки времени применяются различные механические замедли­ тели движения якоря реле, например анкерное устройство часового

механизма.

Реле минимального напряжения отличается от электромагнит­ ного реле времени только отсутствием медной гильзы.

У реле максимального тока катушка включается последователь­ но в силовую цепь главного тока, поэтому она выполняется тол­ стым проводом и имеет мало витков.

Реле обратного тока максимальной и обратной мощности имеют две катушки, одна из которых включается последовательно в цепь главного тока, а другая — параллельно.

Кроме электромагнитных реле, на судах широко распростране­ ны реле, которые реагируют на давление, уровень жидкости, тем­ пературу, направление и частоту вращения и т. д. Чувствительный орган этих реле обычно имеет механическое устройство, замыкаю­

212

щее или размыкающее контакты электрической цепи. Чувствитель­ ным органом, например реле давления, является мембрана с пру­ жиной, воспринимающая на себя контролируемое давление, у реле уровня жидкости — это поплавок.

Для защиты электрических двигателей от перегрузки во всех электроприводах применяются тепловые реле. Чувствительным элементом этих реле является биметаллическая пластина, обогре­ ваемая теплом, которое выделяется при протекании контролируе­ мого тока. Прогибаясь, она воздействует на контакт электриче­ ской цепи.

Контакторы и реле используются для дистанционного и автома­ тического управления электроприводами и для защиты электро­ установок. Ручное же управление осуществляется при помощи кно­ пок, контроллеров, командоконтроллеров, пусковых и регулиро­ вочных реостатов.

К о н т а к т ы к о н т р о л л е р а используются для замыкания и размыкания силовых электрических цепей, а поэтому они снаб­ жаются такими же дугогасительными устройствами, что и контакты контакторов. Контакты приводятся в действие кулачковыми шайба­ ми различного фасона, расположенными на общем валу. Контрол­ леры имеют от трех до тринадцати положений. Например, в элекропроводе брашпиля и шпиля на судах типа «Андижан» и «Повенец» применяются контроллеры, которые имеют шесть положений

только тем, что их контакты рассчитаны на замыкание цепей управ­ ления и, значит, не имеют дугогасительных устройств. Обычно они используются для включения катушек контакторов, реле, цепей воз­ буждения двигателей в схемах пуска, регулирования скорости, реверсирования и торможения электроприводов.

§ 58. Способы пуска электроприводов постоянного тока

При пуске электропривода постоянного тока величина пуско­ вого тока двигателя зависит только от напряжения сети и сопро­ тивления якорной цепи, т. е.

пДя + RP‘

Включение двигателя в сеть без дополнительного сопротивления в цепи якоря называется прямым пуском. Для двигателей постоян­ ного тока мощностью от 0,5 кВт и выше прямой пуск недопустим и может явиться причиной аварии двигателя. В этом случае вели­ чина пускового тока в 10 и более раз превосходит номинальный ток двигателя.

Сопротивление пускового реостата выбирается таким, чтобы пусковой ток был больше номинального для большинства типов двигателей в 1,8—2,5 раза.

243

По мере разгона двигателя уве­ личивается э. д. с. обмотки якоря,

иток двигателя в соответствии с

(85)уменьшается.

Рис. 157. Схема пуска двигателя На рис. 157 показана одна из воз­ постоянного тока в функции э.д.с. можных схем пуска в функции

э. д. с. в две ступени. Катушки жонтакторов ускорения 1У и 2У включены на напряжение

Uy = E + I aR„.

«Сопротивление обмотки якоря составляет доли ома, и поэтому па­ дением напряжения в обмотке якоря можно пренебречь, считая, что

Uу « Е.

После замыкания выключателя Р схема готова к пуску. Нажа­ тием кнопки «пуск» подается питание на катушку линейного кон­ тактора Л, который, сработав, подключает своим главным контак­ том якорь двигателя к сети через два пусковых сопротивления R1 и R2, а вспомогательным контактом шунтирует кнопку «пуск». Про­ исходит разгон двигателя, который сопровождается увеличением э. д. с. в обмотке якоря. Контакторы ускорения настраиваются на различное напряжение срабатывания. При определенном значении э. д. с. срабатывает контактор IV и своим главным контактом шун­ тирует пусковое сопротивление R1. При дальнейшем разгоне двига­ теля срабатывает контактор 2V, настроенный на большее напря­ жение, и шунтирует сопротивление R2. Двигатель начинает рабо­ тать на естественной характеристике.

Пуск в функции тока (рис. 158). Как и в предыдущей схеме, при нажатии кнопки «пуск» срабатывает линейный контактор Л и своим главным контактом подключает якорь двигателя к сети, а блок-контактами шунтирует кнопку «пуск» и замыкает цепь катуш­ ки IV. Ток в главной цепи скачкообразно достигает значения 1\ (рис 159). Под действием этого тока срабатывает реле РУ и раз­ мыкает свои контакты в цепи катушек 1У и 2V прежде, чем кон­ тактор IV успеет сработать.

Происходит разгон двигателя, который сопровождается увели­ чением э. д. с. и уменьшением тока в главной цепи. Когда ток уменьшится до значения /2, реле РУ отпускает свой якорь и за­ мыкает контакты в цепи катушек IV и 2У. Контактор IV срабаты­ вает и шунтирует пусковое сопротивление R1, что вызывает новый

:244

бросок тока до значения 1\. Реле РУ срабатывает и размыкает свои контакты раньше, чем успеет сработать контактор 2У. Дальнейший разгон двигателя сопровождается уменьшением тока. При сниже­ нии его до значения /2 опять отключается реле РУ и замыкает контакты. Срабатывает контактор 2У, шунтируя сопротивление R2. Двигатель переходит на естественную характеристику.

Для пуска двигателей в функции тока иногда применяется спе­ циальный двухъякорный контактор (рис. 160), у которого на сер­ дечнике 2 расположена включающая обмотка 6 и последователь­ ная обмотка 1, состоящая из двух нолуобмоток (секций). Контактор

заны). Каждый якорь имеет свою отключающую пружину 3 и 8 . Схема пуска двигателя с применением двухъякорного контак­

через его катушку, ограничивается дополнительным сопротивлением Л?д.

Замыканием кнопки «пуск» подается питание на включающую катушку контактора У, и оба якоря двухъякорного контактора при­ тягиваются размыкая свои главные контакты и замыкая блок-кон­ такты. В цепь якоря двигателя вводятся пусковые сопротивления R1 и R2 и шунтируется добавочное сопротивление 7?д и кнопка «пуск». Линейный контактор срабатывает и подключает к сети якорь двигателя, а блок-контактом размыкает цепь включающей катушки У. В главной цепи ток скачкообразно увеличивается до значения 1 (см. рис. 159). Под действием этого тока секциониро­ ванная катушка удерживает оба якоря контактора У.

По мере разгона двигателя ток / я уменьшается, а при значении h более сжатая пружина первого якоря отключает его, шунтируя своим главным контактом сопротивление R1 и одну секцию после-

245

довательной обмотки контактора У. Ток в главной цепи вновь уве­ личивается до значения 1 \, но при дальнейшем разгоне двигателя уменьшается.

При снижении тока до значения /2 отключается второй якорь и своим главным контактом шунтирует сопротивление Р2 и вторую секцию последовательной обмотки У. Двигатель переходит на естественную характеристику и разгоняется до установившейся скорости.

Двухъякорный контактор применяется только для пуска двига­ телей и, как видно из принципа действия схемы, его главные кон­ такты размыкаются всегда без тока, поэтому контактор не имеет дугогасительных устройств.

Пуск в функции времени (рис. 162). При замыкании выключа­ теля Р сразу же ток идет через обмотку возбуждения двигателя ОБ и катушку реле времени РВ1, которое срабатывает и размыкает цепи катушек контакторов ускорения 1У и 2У.

Контактор Л, как и в предыдущих схемах, подключает якорь двигателя к сети, блокирует кнопку «пуск» и, Кроме того, размы­ кает цепь катушки реле времени РВ1. Начинается разгон двигате­ ля, и катушка реле времени РВ2, включенная на напряжение ■Ui=I4 р р притягивает свой якорь, размыкая контакт в цепи ка­ тушки 2У.

Реле РВ1 отпускает свой якорь с выдержкой времени и замы­ кает контакт в цепи катушки 1У. Контактор 1У, сработав, шунти­ рует сопротивление Р1 и катуш­ ку реле РВ2, которое, отключаясь с выдержкой времени, замыкает цепь катушки контактора 2У.

Контактор 2У, сработав, в свою очередь шунтирует сопротивле­ ние Р2.

Двигатель разгоняется за счет выдержек времени реле РВ1 и РВ2, которые являются постоян­ ными для каждой схемы. Совер-

246

ске по каким-либо причинам будет больше расчетной и устано­ вившийся ток /р превысит значение /2 (см. рис. 159), то в первых Двух схемах двигатель разгонится до скорости пр2 и пусковые соп­ ротивления останутся невыведенными. 11ри пуске в функции вре­ мени двигатель в любом случае будет выведен на естественную характеристику.

При пуске двигателя в функции тока на работу схемы прак­ тически не влияет колебание напряжения сети и температура окружающей среды. Выдержка же времени реле РВ1 и РВ2 за­ висит от колебания напряжения и от температуры обмоток реле. То же самое можно сказать и о срабатывании контакторов 1У и 2У в схемах пуска в функции э. д. с.

Приведенные схемы иллюстрируют принципы пуска, на прак­ тике же встречаются самые различные варианты этих схем.

§ 59. Способы пуска электроприводов переменного тока

Пусковой ток короткозамкнутых асинхронных двигателей обычно в 5—-7 раз больше номинального. Для самого двигателя этот ток опасности не представляет. Однако он может вызвать кратковременный провал напряжения у генераторов электростан­ ции превышающий 15%, если мощность пускаемого двигателя от­ носительно большая. Современные системы амплитудно-фазового регулирования напряжения генераторов позволяют осуществлять прямой пуск асинхронных двигателей мощностью более 25% от

247

мощности генератора на электростан­ ции. Поэтому в подавляющем боль­ шинстве случаев на судах применяется прямой пуск двигателей, который осу­ ществляется при помощи магнитных пускателей.

В комплект магнитного пускателя (рис. 163) входят линейный контактор Л, кнопки «пуск» и «стоп», плавкие предохранители и тепловые реле для защиты электродвигателя. Схема очень проста и в пояснениях не нужда­

ется.

Если при пуске наиболее мощных короткозамкнутых асинхрон­ ных двигателей окажется, что провал напряжения на шинах элект­ ростанции превышает значение, допустимое Правилами Регистра

СССР, то необходимо принимать меры, ограничивающие величину пускового тока. На судах, особенно построенных в ГДР, по­ лучил распространение пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей переключением со «звезды» на «треугольник»

(рис. 164).

При подаче питания на схему сразу же срабатывает электро­ магнитное реле времени РВ, включенное через полупроводнико­ вый выпрямитель ПВ. Его контакты замыкают цепь катушки кон­ тактора 3 и размыкают цепь катушки контактора Т. Контактор 3 срабатывает и своими главными контактами соединяет обмот­ ку двигателя в «звезду».

Нажатие кнопки «пуск» вызывает срабатывание линейного кон­ тактора Л, который главными контактами подключает двигатель к сети, а блок-контактами шунтирует кнопку «пуск» вместе с

( О (

Рис. 164. Схема пуска асинхронного двигателя переключением его обмоток со «звезды» на «тре­ угольник»

248

блок-контактом 3 и размыкает цепь катушки РВ. Двигатель раз­ гоняется при соединении его обмотки в «звезду». Реле РВ с вы­ держкой времени отпускает якорь и размыкает цепь катушки 3, а замыкает катушку Т. Контактор 3 отключается, но включается контактор Т и своими контактами переключает обмотку двигателя в «треугольник».

момент двигателя. По этой причине пуск электродвигателя гру­ зоподъемного или транспортного устройства переключением со «звезды» на «треугольник» осуществить нельзя. В этом заключа­ ется его недостаток. Кроме того, применение такого способа на практике ограничивается тем, что двигатель должен нормально работать соединенным в «треугольник», а при напряжении судо­ вой сети 380 В, это можно осуществить только у двигателей, рас­ считанных на напряжение 657/380 В.

Для ограничения пускового тока короткозамкнутых асинхрон­ ных двигателей иногда на время пуска в цепь статора включают активные или индуктивные сопротивления или понижают напря­ жение при помощи автотрансформатора.

Во всех случаях резко уменьшается пусковой момент двигателя. Для ограничения пускового тока асинхронных двигателей с фазным ротором на время пуска включаются активные сопротив­ ления в цепь ротора, которые шунтируются по мере разгона дви­ гателя в функции времени. Схема работает аналогично схеме пуска двигателя постоянного тока в функции времени. Достоин­ ство такого пуска состоит в том, что при введении активных соп­ ротивлений в обмотку ротора пусковой момент двигателя увели­ чивается, и путем подбора пусковых сопротивлений можно до­ биться того, что пусковой момент будет равен максимальному

моменту двигателя.

§ 60. Схемы управления электроприводами

Для многих судовых электроприводов основной функцией системы управления является пуск и остановка двигателя. Это, прежде всего, электроприводы насосов и вентиляторов. Однако немало и таких электроприводов, у которых система управления должна, кроме пуска и остановки, обеспечивать реверсирование привода, регулирование частоты вращения и торможение его. Сюда относятся электроприводы палубных механизмов, рулевого устройства, тельферов, валоповоротного устройства, грузовых лифтов, сложных металлорежущих станков и т. д.

На рис. 165 для примера приводится схема управления элек­ тропривода постоянного тока, обеспечивающая пуск, регу­