книги из ГПНТБ / Кудактин, А. В. Электрооборудование подъемно-транспортных машин учебник для учащихся механизаторской специальности мореходных училищ

Различают о д н о ц е п н ы е кнопки управления, обеспечиваю­ щие замыкание и размыкание одной электрической цепи, и м н о ­ го ц е п н ы е, обеспечивающие одновременное переключение не­ скольких электрических цепей.

Кнопочные посты управления выпускаются с одной, двумя и тремя кнопками. Конструктивно они выполняются для крепления на корпусе машин или на кронштейнах. Для управления электроталями применяют подвесные кнопочные посты.

По способу защиты от окружающей среды кнопочные посты, как и другие командоаппараты, могут иметь различное испол­ нение:

посты открыто-утопленного исполнения для установки на лице­ вой стороне панели или пульта управления;

посты защищенного исполнения, помещенные в кожухе, пре­ дохраняющем от случайных прикосновений к находящимся под напряжением токоведущим частям и защищающем кнопки от ме­ ханических повреждений и от попадания внутрь посторонних пред­ метов;

посты водозащищенного исполнения, у которых между корпу­ сом и крышкой, изготовленных из силумина, прокладывается ре­ зина для уплотнения от попадания внутрь воды. Кроме того, эти посты снабжаются специальными сальниками, служащими для подвода проводов;

посты взрывобезопасного исполнения, предназначенные для установки в помещениях, где могут скапливаться взрывоопасные газы;

посты герметического исполнения, предназначенные для уста­ новки в помещениях, где возможно затопление водой.

В защищенных и открыто-утопленных постах управление про­ изводится непосредственным воздействием на выступающую часть кнопочного элемента (штифт). В постах же герметического, водо­ защищенного и взрывобезопасного исполнения управление произ­ водится нажатием на наружную часть специального рычага, свя­ занного с подвижным контактом посредством второго качающего­ ся рычага (коромысла).

Конструкции кнопочных постов управления довольно просты и подробных пояснений не требуют. Для примера на рис. 86 показа­ на кнопочная станция защищенного исполнения, получившая наи­ более широкое применение. На рисунке видны размыкающие кон­ такты 1 и 2 кнопки «Стоп» мостиковой формы, обеспечивающие размыкание цепи при нажатии на указанную кнопку.

Общий вид кнопочной станции специального назначения (с клю­ чом) показан на рис. 87.

Как правило, все кнопочные элементы обладают самовозвратом (снабжены специальной пружиной, возвращающей кнопку в исходное положение после прекращения внешнего воздействия). Поэтому кнопочные посты являются импульсными аппаратами, по­ сылающими в управляемую цепь кратковременный командный им­ пульс, длительность которого зависит от времени нажатия на,

* •

140

кнопку. В связи с этим длительно допустимые токи для кнопоч­ ных постов обычно невелики и составляют не более 10—15 А. До­ пустимый ток разрыва цепи зависит от величины напряжения. На­ пример, для серийных кнопок типа КУ допускается отключение индуктивных цепей при нагрузке 0,4—1 А и напряжении 220 В по­ стоянного тока. Для цепей переменного тока при том же напря­ жении разрываемый ток может составлять 7—10 А.

Кроме кнопок типа КУ, используемых главным образом в це­ пях управления, применяются также силовые кнопки типа КС-31, предназначенные для дистанционного пуска стартеров. Для них номинальный ток составляет 45 А при напряжении 24 В постоянно- - го тока.

Аварийные выключатели. Для мгновенного разрыва основ­ ных цепей управления при необходимости быстрой остановки всего крана служат аварийные выключатели, устанавливаемые обычно в кабине крана в непосредственной близости от крановщика. На одном кране может быть установлено несколько аварийных вы­ ключателей, последовательно включенных в цепь катушки главно­ го линейного контактора или в цепь отключающей катушки глав­

ного автомата.

Конструктивно аварийные выключатели могут быть различны­ ми и иметь ручной и ножной приводы. В первом случае аварийные выключатели по своей конструкции напоминают рубильники или пакетные выключатели, во втором аварийный выключатель похож на кнопку управления, не имеющую самовозврата.

Путевые и конечные выключатели. К командоаппаратам, сра­ батывающим при воздействии на них работающего механизма, от­ носятся конечные и путевые выключатели и переключатели.

Контактная система конечных выключателей переключается при достижении управляемым механиз­ мом крайнего положения и производит при этом требуемые изменения в схеме управления. Чаще всего в результате срабатывания конечного выключателя электропривод останавливается, реже реверсируется.

141

Путевые выключатели и переключатели отличаются от конеч­ ных тем, что они, будучи постоянно связанными с управляемым механизмом, могут производить переключение своих контактов в зависимости от пути, пройденного какой-либо частью механизма, а не только в крайних положениях. Срабатывание контактов пу­ тевых выключателей и переключателей может приводить к изме­ нению частоты вращения электропривода, периодическим его ос­ тановкам и повторным пускам, воздействовать на сигнализацию

ит. д.

Вподъемно-транспортных машинах наибольшее применение получили конечные выключатели, обеспечивающие ограничение хода механизмов подъема, передвижения тележек, мостов и башен кранов и ряд других функций. Например, при подходе моста крана к ограничивающим упорам срабатывают установленные в конце пути конечные выключатели, обесточивая схему управления элект­ ропривода механизма передвижения крана и предотвращая таким образом наезд крана на упор. Подобным же образом ограничива­

ется ход механизмов подъема груза и изменения вылета стрелы

ит. п.

Взависимости от назначения и мощности электродвигателя различают два вида конечной защиты: конечное отключение глав­

ного тока и цепи управления. Первый вид конечной защиты при­ меняется либо при маломощных электродвигателях, либо при сравнительно редком срабатывании конечной защиты. Конечная защита, связанная с отключением цепи управления электродви­ гателя, применяется гораздо чаще. В этом случае конечный вы­ ключатель, срабатывая, разрывает цепь катушки линейного кон­ тактора, а последний своими контактами отключает электродви­ гатель от сети. Второй вид конечной защиты предпочтительнее, так как позволяет использовать конечные выключатели сравнительно небольших габаритов, допускает большую частоту включений, обеспечивает конечную защиту электродвигателей любых мощно­ стей. Следует иметь в виду, что если механизм снабжен тормозным электромагнитом, то во всех случаях срабатывания конечной за­ щиты от сети должен отключаться не только электродвигатель, но и тормозной электромагнит, обеспечивающий немедленное затор­ маживание механизма. Срабатывание конечной защиты не долж­ но, однако, препятствовать включению электродвигателя для осу­ ществления движения механизма в обратном направлении.

Существуют различные конструкции конечных выключателей. Наиболее распространены для крановых установок конечные вы­ ключатели шпиндельного и рычажного типов.

Ш п и н д е л ь н ы е конечные выключатели осуществляют обыч­ но выключение цепи управления. Следовательно, их контакты включают в цепь катушек контакторов, обеспечивающих включе­ ние и выключение силовых цепей.

Схематически принцип действия шпиндельного конечного вы­ ключателя показан на рис. 88. Если винт 5 выключателя связать передачей с барабаном лебедки или валом механизма передви­

142

6.Последние, преодолевая

натяжение пружин 1 или 8, производят размыкание контактной системы 2 или 7 и, в соответствии с этим, отключение катушек реверсивных контакторов В или Я.

Очевидно, если сработает пара контактов 2 и отключит ревер­ сивный контактор В, то пара контактов 7 останется в закрытом состоянии, и наоборот. Таким образом, всегда имеется возмож­ ность при срабатывании конечной защиты включить электродви­ гатель в обратном направлений.

Контакты шпиндельных конечных выключателей имеют обычно мостиковую форму, по размерам невелики и искусственным дугогашением не снабжены. Поэтому использовать шпиндельные конечные выключатели для размыкания силовых электрических цепей нельзя.

Как и большинство конечных выключателей, шпиндельные снабжены самовозвратом, который обеспечивается пружина­ ми / и 8.

Р ы ч а ж н ы е конечные выключатели по своему принципу дей­ ствия напоминают командоконтроллеры, хотя и имеют различные конструктивные исполнения. Как видно из рис. 89, подвижная часть рычажного выключателя практически работает так же, как и командоконтроллера кулачкового типа. Обычно с валом 1 вы­ ключателя связывается рычаг, на который может воздействовать защищаемый механизм. На валу укреплена одна или несколько фасонных кулачковых шайб 2, которые при определенном поло­ жении вала могут воздействовать на рычаг 5, связанный с под­ вижным мостиковым контактом 4. При отсутствии внешнего воз­ действия на управляющий рычаг контакты 3 и 4 закрыты, и си­ стема занимает положение, показанное на рис. -89, а. В том 'случае, когда механизм достигнет крайнего допустимого положения, осу­ ществляется нажатие на управляющий рычаг, который поворачи­ вает вал 1 с кулачковой шайбой 2. Последняя, нажимая на рычаг 5, заставляет его, преодолев натяжение пружины 6, повер­ нуться и разомкнуть контакты 3 и 4 (рис. 89, б). В таком положе­ нии контактная система находится до тех пор, пока осуществляет­ ся нажатие на управляющий рычаг. Как только механизм начнет перемещаться в противоположную сторону и рычаг освобождает-

143

Рис. 89. Контактная система рычажного конечного выключателя

ся, пружина 6 быстро возвращает выключатель в исходное поло­ жение (см. рис. 89, а).

На рис. 90 изображен крановый выключатель типа В-10, имею­ щий несколько иную конструкцию контактной системы. С пере­ мещающейся частью защищаемого механизма связана линейка 5, имеющая поступательное движение. При воздействии линейки на рычаг 1 последний поворачивается и заставляет связанный с ним суппорт 3 разомкнуть контакты 2. После отхода линейки рычаг и суппорт возвращаются в исходное положение под действием пру­ жин 4.

Во многих случаях малогабаритные конечные выключатели ти­ па В-10 не обеспечивают достаточной надежности. Поэтому на кранах чаще устанавливают универсальные конечные выключа­ тели типа КУ, которые имеют более мощную контактную систему и обладают повышенной механической прочностью. Контактная система выключателей типа КУ показана на рис. 89. По принципу

постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. Длительно допустимый ток для выключателей типа В-10 составляет 10 А, а для выключателей типа КУ — 20 А. Ток разрыва цепи соответст­ венно должен быть не более 1,5 и 2 А в цепях постоянного тока и не более 10 и 20 А в цепях переменного тока. Заводы-изготовите­ ли гарантируют для данных выключателей частоту включений до 600 в час и общую износоустойчивость порядка 10б включений и выключений без тока в цепи контактов.

В отличие от конечных выключателей путевые выключатели и переключатели имеют обычно более сложную контактную систему, состоящую из целого ряда контактов. В качестве путевых выклю­ чателей и переключателей чаще всего используются регулируе­ мые командоконтроллеры, вал которых сочленяется с вращаю­ щей частью контролируемого механизма. Принцип действия та­ кого выключателя показан на рис. 91. Основной частью выклю-

144

чателя является кулачковая шайба /, закрепленная на валике выключателя (на валике таких шайб может быть несколько). На шайбе 1 устанавливаются переставные отключающий и вклю­ чающий кулачки 2, которые при повороте шайбы могут воздей­ ствовать на фигурный пластмассовый рычаг 4, на котором за­ креплен подвижный мостиковый контакт 3. С рычагом сочленя­ ется защелка 9, вращающаяся вокруг оси 8. Рычаг и защелка снабжены пружинами 6 и 7. При набегании размыкающего ку­ лачка на выступ защелки контакты размыкаются. При этом под действием пружины рычаг 4 поворачивается вокруг оси 5. Кон­ такты замыкаются, когда включающий кулачок при дальнейшем вращении шайбы набежит на выступ рычага 4. При этом защел­ ка под действием пружины 7 запрет рычаг, обеспечивая надеж­ ный контакт в цепи. При наличии нескольких шайб, переставляя кулачки, можно собрать любую необходимую схему замыканий и использовать выключатель в цепи управления автоматизиро­ ванной установки.

Наряду с вращающимися переключателями применяются так­ же рычажные переключатели, которые используются для управле­ ния грузовыми подъемниками, выполняя, кроме функций управле­ ния, функции конечных выключателей. Общий вид рычажного пе­ реключателя приведен на рис. 92.

При повороте рычага 5 в ту или иную сторону (в зависимости от направления движения подъемника) замыкаются неподвижные пружинящие контакты 2 или 6 с помощью токопроводящих штифтов 3, входящих в промежуток соответствующей пары кон­ тактов.

При прекращении внешнего воздействия на рычаг 5 вся си­ стема возвращается в исходное положение пружиной 1. Данный переключатель может использоваться также как конечный вы­ ключатель, ограничивающий ход подъемника вверх и вниз. Для этой цели на валу с задней стороны переключателя ставят второй рычаг с резиновым роликом 4, на который может воздействовать отводка, установленная в шахте подъемника. В случае воздейст­ вия отводки на ролик 4 рычаг 5, а вместе с ним и вся система

которые производят переключения в цепях управления и сигнали­ зации .в зависимости от нагрузки на лифт или грузовой подъем­ ник, и ряд других. Конструктивно эти выключатели мало отлича­ ются или совсем не отличаются от рассмотренных стандартных пу­ тевых и конечных выключателей кранового типа.

Глава IX

АППАРАТУРА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

§ 40. Виды электрической защиты

Любая электрическая установка включает определен­ ные защитные аппарату, обеспечивающие при возникновении не­ нормальностей в работе установки автоматическое отключение всей схемы или отдельных ее частей. В ряде случаев аппараты за­ щиты, не отключая установку, могут воздействовать на аппараты звуковой и световой сигнализации, которые в свою очередь изве­ щают о возникших неполадках.

От надежности и исправности аппаратов защиты, от правиль­ ной их регулировки зависит не только нормальная безаварийная работа всего электрооборудования, но и безопасность обслужи­ вающего персонала. Поэтому к аппаратам защиты предъявляются весьма жесткие требования. Необходимо тщательно настраивать и регулировать эти аппараты, использовать в некоторых случаях дублирование отдельных защитных аппаратов, аккуратно отно­ ситься к уходу за ними, заботиться об их исправном состоянии и постоянной готовности к действию.

146

Большое значение в электроприводах подъемно-транспортных машин имеет так называемая м а к с и м а л ь н а я з а щи т а , обес­ печивающая автоматическое отключение электродвигателей при коротких замыканиях в их обмотках и при опасных перегрузках. Известно, что как при коротком замыкании, так и при перегрузке электродвигателя имеет место недопустимое увеличение его рабо­ чего тока, которое может приводить к перегреву электродвигателя или отдельных его частей, порче изоляции, возникновению опасно­ го искрения на коллекторе, резкому провалу напряжения в питаю­ щей сети. В особо тяжелых случаях в электродвигателе при ко­ ротком замыкании в его обмотках протекают значительные токи, приводящие к возникновению недопустимых электродинамических ударов и толчков, в результате чего машина может быть пол­ ностью разрушена.

Увеличение рабочего тока, например, сверх нормального всегда отрицательно сказывается на работе электродвигателя. Однако это отрицательное влияние определяется не только степенью пере­ грузки (величиной тока), но и ее длительностью, конструкцией электродвигателя, работой его охлаждающих устройств, темпера­ турой окружающей среды и т. п. Правда, для некоторых электро­ двигателей кратковременные токовые перегрузки не только не представляют опасности, но и являются обычным явлением.

Например, при пуске в ход асинхронных электродвигателей, (см. § 26) кратковременные толчки рабочего тока неизбежны, и если бы в этих случаях аппараты максимальной защиты отключа­ ли бы электродвигатели от сети, то их вообще нельзя было бы пустить в ход. С другой стороны, если пуск электродвигателя по какой-либо причине затягивается (например, слишком велика нагрузка при пуске или неправильно сработала аппаратура управ­ ления), то пусковые токи могут вызвать недопустимый перегрев обмоток электродвигателя и, как следствие этого, выход его из строя.

Для электродвигателей постоянного тока даже кратковремен­ ные большие толчки рабочего тока могут представлять большую опасность, так как они могут вызвать недопустимое'искрение на коллекторе или даже возникновение на нем кругового огня.

Таким образом, аппараты максимальной защиты электродви­

тов защиты вызывает непроизводительные простои механизмов и нарушает организацию производственного процесса. В связи с этим аппаратура защиты должна реагировать не только на вели­ чину перегрузки, но и на продолжительность ее. С этой целью стремятся обеспечивать так называемую селективность действия защиты, при которой правильно отрегулированные защитные аппа­ раты отключают не всю установку в целом, а лишь поврежденные ее участки.

Для обеспечения максимальной защиты электродвигателей подъемно-транспортных машин применяют автоматические воз­ душные и масляные выключатели, плавкие предохранители, токо­ вые электромагнитные реле.

Безопасная работа электроприводов подъемно-транспортных машин может быть обеспечена за счет м и н и м а л ь н о й защиты, отключающей работающие электродвигатели при уменьшении на­ пряжения сети ниже заданного предела. Разновидностью мини­ мальной защиты является н у л е в а я , осуществляющая отключе­ ние электродвигателей при полном исчезновении напряжения в сети.

Часто оба вида этой защиты обеспечиваются одними и теми же аппаратами.

Необходимость минимальной защиты вызвана тем обстоятель­ ством, что вращающий момент электродвигателей в большой сте­ пени зависит от величины напряжения на их зажимах (см. § 24). В связи с этим при неизменной нагрузке на валу снижение напря­ жения в сети приводит к резкому уменьшению частоты вращения электродвигателя и увеличению его рабочего тока. При длитель­ ном снижении напряжения повышенный рабочий ток может вы­ звать срабатывание максимальной защиты, отключающей электро­ двигатель от сети. Если же напряжение в сети колеблется (то уменьшается, то увеличивается), аппараты максимальной защиты могут не сработать, и тогда при резком увеличении напряжения на зажимах замедлившегося (а еще хуже — остановившегося) электродвигателя возникает резкий бросок тока и сильный меха­ нический удар, который может привести к повреждению и элект­ родвигателя, и механизма.

Для предотвращения этого применяется минимальная защи­ та электродвигателей.

Еще большую опасность представляет кратковременное полное исчезновение напряжения в сети. При этом электродвигатель ос­ танавливается, что, естественно, сразу же привлекает внимание обслуживающего персонала. Если через некоторый промежуток времени неожиданно появится напряжение в сети, происходит самопроизвольный пуск включенного в эту сеть электродвигателя, что чрезвычайно опасно не только для самого электродвигателя, но и для обслуживающего персонала. Поэтому электродвигатели (особенно те, которые применяются на транспорте) обеспечива­ ются нулевой защитой, производящей немедленное их отключе­ ние от питающей сети при внезапном исчезновении в ней на­ пряжения.

В большинстве электрических схем минимальная и нулевая защиты электродвигателей осуществляются электромагнитными реле напряжения. Для этой же дели применяют иногда автома­ тические воздушные выключатели минимального напряжения. Роль аппаратов минимальной и нулевой защиты могут выполнять также линейные и реверсивные контакторы.

148

Применяемые защитные аппараты могут быть разделены на две группы:

плавкие предохранители и автоматические выключатели, ко­ торые не только реагируют на увеличение рабочего тока или уменьшение напряжения, но и производят разрыв силовой цепи, т. е. сами отключают электродвигатель от сети;

все защитные реле, которые хотя и реагируют на увеличение рабочего тока или уменьшение напряжения, но сами не произ­ водят разрыва силовой цепи, а заставляют осуществлять эту за­ дачу контакторы.

Кроме максимальной, минимальной и нулевой защиты, элект­ роприводы подъемно-транспортных машин при необходимости снабжаются и другими видами электрической защиты. В частно­ сти, портальные и мостовые краны обязательно обеспечиваются к о н е ч н о й з а щи т о й , которая выполняется конечными выклю­ чателями, рассмотренными в § 39. Центробежные и другие меха­ нические реле могут обеспечивать защиту электродвигателей подъемных механизмов от превышения допустимой скорости. Тем­ пературные реле могут осуществлять т е п л о в у ю з а щ и т у электродвигателеи.

§41. Плавкие предохранители

Максимальная защита электрических цепей от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохранителя­ ми. Основной их частью является плавкая вставка (проводник из легкоплавкого металла), которая в защищаемую цепь включается последовательно и расплавляется при прохождении по ней тока, превышающего величину номинального тока вставки. Номиналь­ ным током плавкой вставки называют ток такой величины, при ко­ тором плавкая вставка может работать бесконечно долго, не расплавляясь. Номинальные токи стандарных плавких вставок, выпускаемых промышленностью для силовых электрических цепей

плавких предохранителей (максимальный разрываемый ток) до­ стигает 23 000 А.

Плавкая вставка сгорает тем быстрее, чем больше кратность между прошедшим по ней током / и номинальным током встав-

. Принято плавкие вставки оценивать по так на-

зываемой ампер-секундной характеристике, под которой понимает­ ся графически выраженная зависимость между временем t рас­ плавления вставки и кратностью k проходящего по ней тока.

Ампер-секундная характеристика стандартной вставки (рис. 93) показывает, что плавкая вставка перегорает лишь через несколь­ ко десятков секунд при токе, превышающем величину ее номи-

149