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

электродвигателя параллельного возбуждения с тремя ступенями пускового сопротивления. Роль электромагнитных аппаратов, конт­ ролирующих напряжение на зажимах якоря, выполняют здесь катушки контакторов ускорения 1У—ЗУ (рис. 100, а), включенные параллельно якорю электродвигателя. При включении рубильни­ ка Р подается напряжение на схему и включается параллельная обмотка возбуждения ОБ электродвигателя, шунтированная раз­ рядным сопротивлением Rv. Нажатием на нормально открытую кнопку «Пуск» включается катушка линейного контактора Л и ка­ тушки контакторов ускорения 1У, 2У и ЗУ. После этого линейный контактор Л , срабатывая, своими блок-контактами шунтирует пу­ сковую кнопку, а главными контактами подключает якорь элект­ родвигателя к сети через три последовательно включенные ступе­ ни сопротивления Р1—Р4.

При нормальной работе электродвигателя напряжение на за­

В первый же момент пуска скорость электродвигателя п~ -0, по­ этому напряжение на якоре и я= 1 яРп (так как Е = сФп = 0), что составляет менее 10% напряжения сети. Следовательно, хотя ка­ тушки контакторов ускорения в первый момент пуска оказались подключенными к якорю электродвигателя, указанные контакторы не сработают, и электродвигатель начинает разгоняться по харак­ теристике а с точки 1 (рис. 100, б) с полностью введенным пуско­ вым сопротивлением при условии, что пусковой момент боль­ ше момента сопротивления при пуске Мс\. По мере разгона элект­ родвигателя его противоэ. д. с. и напряжение на зажимах якоря увеличиваются и при определенном их значении срабатывает пер­ вый контактор ускорения 1У\ шунтирующий своими контактами ступень пускового сопротивления Р1—Р2. Таким образом, элект-

170

родвигатель переходит на работу с точки 2 на характеристике а в точку 3 на характеристике Ь.

При дальнейшем разгоне электродвигателя, в связи с чем напряжение на зажимах якоря увеличивается, последовательное включение контакторов ускорения 2У и ЗУ происходит в соот­ ветствии с их напряжением срабатывания. Контактор 2У, сраба­ тывая, выводит из цепи якоря ступень сопротивления Р2—РЗ, а контактор ЗУ — ступень РЗ—Р4. Соответственно электродвига­ тель, согласно диаграмме (см. рис. 100, б), последовательно пере­ ходит с одной пусковой характеристики на другую. При выведении последней ступени пускового сопротивления электродвигатель пе­ реходит на работу по естественной характеристике d и устойчиво будет работать в точке 8 (при М = МСi). В этом случае катушки контакторов ускорения будут находиться под полным напряжением сети.

Остановка электродвигателя осуществляется нажатием на нор­ мально закрытую кнопку «Стоп». В результате катушки контак­ торов обесточиваются, их контакты размыкаются, и якорь элект­ родвигателя отключается от сети. То же самое происходит при срабатывании реле максимального тока РМ, размыкающие кон­ такты которого включены в цепь катушки линейного контакто­ ра Л.

Положительным качеством рассмотренной схемы пуска явля­ ется ее простота, невысокая стоимость, сравнительно небольшое количество аппаратуры. Однако контакторы ускорения приходится здесь регулировать на срабатывание при различных значениях на­ пряжения, что сильно затрудняет наладку схемы.

Указанного недостатка лишена схема управления пуском элект­ родвигателя последовательного возбуждения, приведенная на рис. 101. Катушка контактора ускорения ЗУ подключена парал­ лельно якорю и последовательной обмотке возбуждения, а катуш­ ки контакторов 1У и 2У — параллельно якорю, последовательной обмотке возбуждения и части пускового сопротивления. В этом случае контакторы ускорения могут быть настроены на одинако­ вое напряжение срабатывания, так как по мере разгона электро­

171

выводит ступень Р2—РЗ и, наконец, контактор ЗУ, напряжение на котором растет медленнее всего. После срабатывания контактора ЗУ электродвигатель работает по своей естественной характери­ стике.

Несмотря на очевидную простоту и невысокую стоимость схем управления, способ пуска электродвигателей в зависимости от противоэ. д. с. широкого распространения не получил и приме­ няется лишь для маломощных (порядка 5—100 кВт) электродви­ гателей по следующим причинам:

1. При автоматическом пуске время разгона электродвигателя зависит от нагрузки в период пуска. Если нагрузка незначительна, электродвигатель быстро увеличивает частоту вращения, соответ­ ственно быстро увеличивается напряжение на зажимах якоря и контакторы ускорения быстро выводят из цепи якоря ступени пускового сопротивления, вызывая зачастую нежелательное чрез­ мерное ускорение электродвигателя и приводимого механизма. При значительных перегрузках в период пуска электродвигатель мо­ жет не развить достаточную скорость и пуск не будет доведен до конца. Действительно, если обратиться к пусковой диаграмме электродвигателя параллельного возбуждения (см. рис. 100, б), то нетрудно заметить, что при величине момента сопротивления в период пуска, равной Мс2, контакторы ускорения сработать не смогут. При нажатии на. пусковую кнопку электродвигатель, как обычно, вместе с полностью введенным пусковым сопротивлением подключается к сети и начинается его разгон из точки 1 харак­ теристики а. При достижении скорости п\ (точка 9) разгон электродвигателя прекратится, так как развиваемый им вращаю­ щий момент М станет равным моменту сопротивления на ва­ лу Мс2. В связи с этим напряжение на зажимах якоря не сможет увеличиться до заданного значения, соответствующего частоте вращения п2 (точка 2), и контактор 1У сработать не сможет. Со­ ответственно не сработают и другие контакторы ускорения, и пу­ сковое сопротивление останется включенным в цепь якоря. Обыч­ но пусковые сопротивления рассчитываются лишь на кратковре­ менный режим работы и при длительном нахождении под током быстро перегреваются и выходят из строя.

2. Напряжение срабатывания контакторов ускорения зависит в некоторой степени от температуры катушек. Известно, что электрическое сопротивление катушки находится в зависимости от ее температуры, при этом холодная катушка имеет меньшее со­ противление, чем нагретая. Величина же тока, при котором сраба­ тывает контактор, зависит от величины напряжения на зажимах катушки и ее сопротивления. Поэтому один и тот же контактор при одном и том же напряжении в одном случае может сработать (если катушка холодная), а в другом — нет (если катушка горя­ чая). Это обстоятельство довольно трудно учесть при регулировке контактора. Действительно, если контактор часто находится в работе (сравнительно часто включается и выключается) и темпе­ ратура катушки выше температуры окружающей среды, например

172

на 50%, сопротивление катушки возрастет примерно на 20% (по сравнению с холодной катушкой) и проходящий ток соответствен­ но уменьшится. Если контактор настраивался без учета этого, уменьшение проходящего по катушке тока отразится на своевре­ менности действия контактора, т. е. он закроет свои контакты и выведет очередную ступень пускового сопротивления с опозданием. Если же нагрев катушки при начальной регулировке контактора будет учтен, то его контакты закроются преждевременно при хо­ лодном состоянии катушки (например, в случае редких включений и выключений контактора).

3. Третий недостаток рассматриваемого способа заключается в чувствительности схемы к колебаниям напряжения в сети. Уве­ личение напряжения сверх нормального вызывает преждевремен­ ное срабатывание контакторов и большие толчки тока при пуске. Снижение же напряжения может привести к такому уменьшению частоты вращения якоря (соответственно и его противоэ. д. с.), при котором напряжение на катушках контакторов ускорения не до­ стигнет величины срабатывания и электродвигатель будет рабо­ тать при полностью или частично введенном пусковом сопротив­ лении. Указанное явление может привести к перегреву и выходу из строя последнего.

4. Рассматриваемый способ пуска применим только лишь для электродвигателей постоянного тока.

Автоматический пуск в зависимости от тока. Данный способ пуска основан на изменении величины пускового тока. Известно, что во время пуска электродвигателя его пусковой ток ^колеблется в заранее выбранных пределах. Начальная величина пускового то­ ка /ш а х , ограничиваемая полностью введенным пусковым сопро­ тивлением, определяется величиной требуемого пускового момен­ та. По мере разгона электродвигателя потребляемый им из сети ток постепенно снижается до заранее установленной минимальной величины /mm, после чего должна выключаться первая ступень пускового сопротивления. Шунтирование первой ступени приводит к новому увеличению пускового тока до /шахПо мере дальнейшего увеличения скорости ток снова снижается до минимального зна­ чения и отключается вторая ступень пускового сопротивления. Процесс происходит до тех пор, пока из цепи электродвигателя не выведится последняя секция пускового сопротивления и элект­ родвигатель не начнет работать по естественной характеристике.

Данный способ автоматического пуска возможен как для элект­ родвигателей постоянного тока, так и для асинхронных электро­ двигателей с фазным ротором. Его осуществление возможно дву­ мя способами.

Первый способ состоит в том, что в цепь обмотки якоря или ротора включаются катушки токовых электромагнитных реле, от­ регулированных на срабатывание при снижении пускового тока до величины /шшОбычно такие реле снабжаются нормально закры­ тыми контактами, включаемыми в цепь катушек контакторов ус­ корения, которые осуществляют переключение в силовой цепи

173

ления в тот момент, когда пусковой ток электродвигателя сни­ жается до /mmДанный способ позволяет значительно упростить схему, отказаться от применения токовых реле и целого ряда блокировочных контактов. Однако сериесные контакторы удовле­ творительно работают лишь в силовых цепях электродвигателей, имеющих небольшие рабочие токи. Для электродвигателей же большой и средней мощности приходится применять первый спо­ соб, т. е. токовые реле и нормальные контакторы ускорения с па­ раллельными катушками.

Рассмотрим схему с использованием токовых реле и контакто­ ров нормального исполнения (рис. 102). Замыканием рубильни­ ка Р напряжение подается на обмотку возбуждения электродвига­ теля и схему управления. При нажатии на кнопку «Пуск» замы­ кается цепь катушки линейного контактора Л, который,* срабатывая, подключает якорь электродвигателя к сети через пусковые сопротивления Р1—РЗ. Одновременно контактор своими блокконтактами шунтирует пусковую кнопку и подготавливает к включению цепь катушки контактора ускорения /У. Практически катушки контактора 1У и реле 1РУ получают питание одновре­ менно, но реле 1РУ при броске пускового тока сработает быстрее и размыкающий контакт 1РУ в цепи катушки контактора 1У ра­ зомкнется раньше, чем успеет сработать сам контактор. Когда ток в цепи якоря при разгоне электродвигателя уменьшится до вели­ чины тока переключения ( / mm ) , реле 1РУ отпустит свой якорь н замкнет контакт. Катушка контактора /У при этом получает пи­ тание и контактор, срабатывая, своими главными контактами шун­ тирует первую ступень пускового сопротивления Р1—Р2, а блокконтактами подготавливает к включению цепь катушки второго контактора ускорения 2У. В момент выведения ступени сопротив­ ления P i —Р2 в цепи якоря возникает второй бросок тока, на кото­ рый реагирует реле 2РУ, включаемое в цепь якоря контактом /У. Реле 2РУ срабатывает раньше, чем контактор 2У, и размыкает свои контакты. Когда ток в цепи якоря снова снизится до заданной

174

ослабевает, и включающая катушка /У, притягивая якорь контак­ тора, закрывает его контакты, шунтирующие первую ступень пу­ скового сопротивления. Одновременно, во избежание срабатыва­ ния контактора при повторных толчках тока, шунтируется удержи­ вающая катушка /У'. В момент выведения первой ступени на­ блюдается новый толчок пускового тока и вводится в действие вто­ рой последовательный контактор ускорения, срабатывающий точ­ но так же, как и первый, и выключающий вторую ступень пусково­ го сопротивления. В отличие от предыдущей данная схема не нуж­ дается ни в механической, ни ь электрической блокировках. Од­ нако последовательные контакторы удовлетворительно работают лишь в силовых цепях электродвигателей сравнительно неболь­ ших мощностей, поэтому рассмотренная схема применяется редко.

Автоматический пуск по принципу контроля величины пуско­ вого тока может применяться также для асинхронных электродви­ гателей с фазным ротором. Схема, приведенная на рис. 104, пре­ дусматривает для пуска в ход асинхронного электродвигателя по­ следовательные реле переменного тока, включенные в цепь ротора.

Принцип действия схемы заключается в следующем. При за­ мыкании рубильников 1Р и 2Р и нажатии на кнопку «Пуск» по­ лучает питание катушка линейного контактора Л , который, сра­ батывая, своими главными контактами подключает к сети статор­ ную обмотку электродвигателя, а блок-контактами шунтирует пусковую кнопку. Одновременно вторая пара блок-контактов под­ готавливает к включению контактор ускорения /У. В момент включения электродвигателя в цепь ротора полностью включается пусковой реостат. В результате броска тока в цепи ротора срабо­ тает токовое реле ускорения 1РУ и разомкнет свой контакт в цепи катушки контактора /У, не давая последнему сработать. Когда в результате увеличения скорости и снижения скольжения ток в катушке реле 1РУ уменьшится до заданного минимального зна­

176

чения, размыкающий контакт первого реле ускорения замкнется и катушка контактора 1У получит питание. В результате замк­ нутся главные контакты данного контактора и выведут первую сту­ пень реостата. Одновременно блок-контакты 1У зашунтируют контакты 1РУ и подготовят к включению цепь катушки второго контактора ускорения. Под действием нового броска тока, вызван­ ного выведением первой ступени пускового реостата, реле 2РУ разомкнет свой контакт и не даст пока сработать контактору 2У. После снижения тока до установленного значения реле 2РУ замк­ нет свой размыкающий контакт и включит в работу контактор ускорения 2У, шунтирующий своими контактами вторую, послед­ нюю, ступень пускового реостата. Электродвигатель таким обра­ зом заканчивает разгон и переходит на работу по естественной ха­ рактеристике.

Остановка электродвигателя и приведение его в готовность для повторного-пуска происходят либо при нажатии на кнопку «Стоп», либо при срабатывании защиты, которая осуществляется тепловым реле (защита от перегрузок), плавкими предохранителями (защи­ та от коротких замыканий) и линейным контактором (нулевая защита).

Главное достоинство рассмотренных схем пуска в зависимости от тока заключается в том, что переключения в силовых цепях про­ изводятся при заданных значениях пускового тока и не зависят от колебаний напряжения в сети. Изменение температуры катушек реле и контакторов на работу схемы также не влияет.

Однако при больших перегрузках в момент пуска может ока­ заться, что отдельный контактор или реле может очень долго не замыкать своих контактов, потому что ток будет медленно спа­ дать до величины тока переключения (при очень больших пере­ грузках пусковой ток может вообще не снизиться до заданного минимального значения), и пусковое сопротивление может перего­ реть от слишком длительного прохождения по нему значительного по величине тока. Если при перегрузке пуск электродвигателя при данном способе управления недопустимо затягивается, то при малых нагрузках может происходить слишком быстрое отключение ступеней пускового реостата и недопустимо быстрый разгон элект­ родвигателя. К недостаткам рассмотренного способа управления пуском относятся сравнительная сложность схемы из-за наличия блокировок между реле и контакторами ускорения, а также труд­ ности, связанные с настройкой этих аппаратов. В связи с этим ав­ томатический пуск в зависимости от тока применяется лишь для небольшого числа электродвигателей постоянного тока и асинхрон­ ных электродвигателей с фазным ротором с большим числом вклю­ чений в час, пускаемых всегда при одинаковой нагрузке.

Автоматический пуск в зависимости от времени. Принцип независимой выдержки времени получил наибольшее распростра­ нение при автоматизации пуска электродвигателей всех типов. При этом способе пуска ступени пусковых сопротивлений выводятся че­ рез определенные промежутки времени, величина которых не за­

висит от нагрузки электродви­ гателя и выбирается такой, чтобы ток на каждой стадии разгона электродвигателя мог уменьшиться до заданной ми­ нимальной величины.

Поскольку величина вы­ держки времени не зависит от нагрузки, то для автоматиза­ ции пуска могут быть приме­ нены реле времени любого типа, настроенные на время разгона электродвигателя по заранее ^рассчитанным искус­ ственным характеристикам. При этом наиболее часто при­ меняются электромагнитные реле времени, управляющие

работой обычных контакторов ускорения. Электромагнитные реле времени могут использоваться как в схемах управления пуском электродвигателей постоянного тока, так и асинхронных электро­ двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором. В случае асинхронных электродвигателей катушки реле должны получать питание через выпрямители. Это несколько усложняет схему уп­ равления и поэтому для автоматизации приводов с асинхронными электродвигателями, имеющими сравнительно небольшую частоту включений, используются также маятниковые реле времени. Зна­ чительно реже применяют схемы управления с электронными, мо­ торными и другими реле.

В схемах пуска электродвигателей постоянного тока, наряду с электромагнитными реле времени с медными демпферными шай­ бами, применяют реле, выдержка времени которых создается за­ мыканием катушек накоротко. Правильное сочетание таких реле позволяет создать достаточно простые и надежные схемы, обеспе­ чивающие удовлетворительное управление пуском электродвигате­ лей в условиях широкого диапазона пусковых нагрузок и колеба­ ний сетевого напряжения.

На рис. 105 приведена одна из наиболее распространенных схем автоматического управления пуском электродвигателей по­ стоянного тока с параллельным возбуждением в зависимости от времени.

Контроль за временем пуска осуществляют электромагнитные реле 1РУ—ЗРУ, одно из которых (1РУ) снабжено медной шай­ бой, а два других (2РУ и ЗРУ) обеспечивают необходимые вы­ держки времени при замыканиях их катушек накоротко. Реле времени управляют включенными в схему тремя контакторами ускорения 1У—ЗУ, которые осуществляют постепенный вывод пу­ скового сопротивления из цепи якоря по мере разгона электро­ двигателя.

178

При подготовке к пуску замыкается рубильник Р, в результате чего получает питание параллельная обмотка возбуждения ОВ электродвигателя и катушка реле времени 1РУ. Последнее сра­ батывает и размыкает свой контакт в цепи катушки контактора ускорения 1У. Схема готова к работе.

Включение электродвигателя в работу осуществляется нажати­ ем на кнопку «Пуск». При этом получает питание катушка ли­ нейного контактора Л и последний, срабатывая и замыкая свои контакты, подключает к сети якорь электродвигателя через пу­ сковое сопротивление PJ—Р4, шунтирует кнопку «Пуск» и обес­ точивает цепь катушки реле времени 1РУ. Катушки реле време­ ни 2РУ и ЗРУ подключены параллельно пусковому сопротивлению, поэтому при подключении якоря в сеть и появлении тока на пуско­ вом сопротивлении создается падение напряжения, достаточное для срабатывания реле. Следовательно, в момент включения яко­ ря реле 2РУ и ЗРУ срабатывают и размыкают свои контакты в цепи катушек контакторов ускорения 2У и ЗУ.

За счет замедленного спадания магнитного потока, что обус­ ловлено влиянием медной демпферной шайбы, реле 1РУ, потеряв питание, некоторое время будет держать свой контакт в разомкну­ том состоянии, и первоначальный разгон электродвигателя будет происходить при полностью введенном пусковом сопротивлении. По истечении заданной выдержки времени реле 1РУ замкнет свой контакт и подаст питание на катушку контактора ускорения 1У. Последний, замкнув свои контакты, зашунтирует первую ступень пускового сопротивления Р1—Р2 и катушку реле времени 2РУ.

Замыкание накоротко катушки реле 2РУ вызывает замедлен­ ное спадание ее магнитного потока, и некоторое время реле дер­ жит свои контакты открытыми. Наконец, по истечении заданной выдержки времени и уменьшении магнитного потока второе реле

вого сопротивления Р2—РЗ и катушку реле ЗРУ. Катушка ре­ ле ЗРУ, лишившись питания, с выдержкой времени замыкает свой размыкающий контакт и подключает к сети катушку третьего кон­ тактора ускорения ЗУ. Последний, срабатывая, своими контактами шунтирует третью ступень пускового сопротивления РЗ—Р4 и вы­ водит электродвигатель на работу по естественной характеристике.

Остановка электродвигателя обеспечивается нажатием на кноп­

электродвигатель отключается от сети, при этом схема автомати­ чески подготавливается к повторному включению. Нулевая за­ щита электродвигателя обеспечивается линейным контактором Л. При снижении напряжения в сети до 60—70,% номинального, а также при его полном внезапном исчезновении линейный контак­ тор отпускает свой якорь и размыкает замыкающие контакты. Якорь электродвигателя отключается от сети, одновременно обры­ вается цепь катушки линейного контактора (в нормальном поло­