книги / Электрические аппараты. Общий курс
.pdfЭквивалентный по теплу ток / р.ц за время цикла /р + tu можно найти из равенства:
(9-4а)
Из (9-4) и (9-4а) следует:
^э.н =: ^р.ц*
Таким образом, при сделанных допущениях эквива лентный по нагреву длительный ток равен току, эквива лентному по теплу за время одного цикла.
Тепловой расчет резисторов является громоздким и кропотливым делом, поэтому для типовых схем рекомен дуется выбирать резисторы по специальным таблицам, в которых величины сопротивлений и их ток выражены в зависимости от параметров двигателя [Л .9-2].
При компоновке реостата резисторы и ящики должны возможно полнее использоваться по нагреву, так как это позволяет уменьшить габариты аппарата. Для полного использования резисторов при последовательном соеди нении все они должны иметь один и тот же длительный ток.
При составлении схем реостатов для крупных двига телей приходится прибегать к схеме параллельного со единения.
Если резисторы соединяются параллельно, то падения напряжения на всех резисторах одинаковы и для их пол ного использования необходимо, чтобы произведение длительно допустимого тока на сопротивление для всех резисторов было одинаковой величиной.
Если один из реостатов, например га, имеет меньшее значение ia га, чем у остальных резисторов, то при номи нальной нагрузке этого резистора все остальные резисто ры будут недогружены по мощности.
9-5. Реостаты
а). Классификация реостатов и требования к ним. В зависимости от назначения реостаты делятся на пуско вые, пускорегулирующие, регулировочные, нагрузочные и реостаты возбуждения.
Пусковые реостаты и пусковая часть пускорегулирую щего реостата для уменьшения габаритов должны иметь большую постоянную времени. Особые требования к стабильности сопротивления не предъявляются. Эти реостаты предназначены для работы в кратковременном режиме. Согласно существующим нормам пусковой рео стат нагревается до предельной температуры после трех кратного пуска с интервалами времени между пусками, равными двойной длительности времени пуска.
Ко всем остальным реостатам предъявляются требо вания стабильности сопротивления. Они должны быть рассчитаны на работу в длительном режиме. В цепях электропривода наибольшее применение получили рео статы с металлическими резисторами. В качестве пере ключающих устройств используются плоские, барабан ные и кулачковые контроллеры (при больших мощностях).
По виду охлаждения различают воздушные реостаты, масляные, с принудительным масляным или водяным охлаждением.
б) Конструкция реостатов с воздушным охлаждением. В рео статах с воздушным охлаждением переключающее устройство и элементы резисторов располагаются в воздухе так, чтобы обеспе чить наилучшие условия охлаждения при малых габаритах. Кон вективные потоки воздуха, перемещаясь снизу вверх, омывают резисторы. Кожухи, закрывающие реостат, не должны препятство вать циркуляции охлаждающего воздуха. Максимальная темпера тура кожуха не должна превышать 160°С. Температура контактов
переключающего устройства |
не |
должна |
подниматься выше 110°С. |
В воздушных реостатах применяются резисторы всех типов. |
|||
При небольшой мощности |
резисторы и |
контроллер скомпонованы |
|
в один аппарат. При больших |
мощностях контроллер выделяется |
||
в самостоятельный аппарат. |
|
|
|
Для пуска двигателей постоянного тока с шунтовым или компаундным возбуждением при мощности до 42 кВт применяются реостаты серий РП и РЗП. В этих реостатах, помимо резисторов и контроллера, имеются: включающий контактор, который исполь зуется для нулевой защиты, и максимальное реле для защиты от перегрузок. В этих реостатах используются резисторы на фарфоро вом каркасе и рамочные элементы. Переключающее устройство вы полнено в виде плоского контроллера с самоустанавливающимся подвижным мостиковым контактом, имеющим вращательное дви жение. На гетинаксовой плите, кроме контроллера, располагается малогабаритный контактор КМ и максимальное реле мгновенного действия РМ. Узлы реостата смонтированы на стальном основании. Реостат закрыт кожухом, который защищает реостат от попадания капель воды, но не препятствует свободному протоку воздуха. Элек трическая схема включения одного из типов реостата дана на рис. 9-17.
При пуске двигателя необходимо шунтовую обмотку возбуж дения присоединить к напряжению сети, а в цепь якоря ввести пус ковой резистор, сопротивление которого с помощью контроллера уменьшается по мере увеличения частоты вращения двигателя. Под вижный мостиковый контакт 16 замыкает неподвижный контакт О—13 с токосъемными шинками 14, 15, имеющими форму дуг окруж ности.
В нулевом положении подвижного контакта обмотка контак тора КМ закорочена, контактор отключен и напряжение с двигате ля снято. В третьем положении на катушку контактора подается
Рис. 9-17. Пусковой реостат с плоским контроллером.
полное напряжение, он срабатывает и замыкает свои контакты. При этом на обмотку возбуждения машины подается полное на пряжение, а в цепь якоря включен полностью пусковой резистор. В последнем положении пусковое сопротивление полностью вы ведено.
В случае перегрузки двигателя срабатывает максимальное ре ле РМ, которое разрывает цепь катушки КМ. При этом контактор КМ отключается и обесточивает двигатель. После отключения дви гателя контакты РМ снова замкнутся, однако контактор КМ не включится, так как после отключения КМ нижний вывод его ка тушки теряет питание. Для повторного пуска необходимо поставить подвижный контакт контроллера в нулевое положение или хотя бы во второе положение. Резистор R3к уменьшает мощность, потреб ляемую обмоткой, и повышает напряжения отпускания контактора.
При нормальном отключении двигателя подвижный контакт пе реводится в нулевое положение.
При снижении напряжения в сети якорь контактора отпадает и происходит отключение двигателя от источника. Таким образом осуществляется м и н и м альн ая защ ита. Холостые контакты /, 2, 4, 5 защищают контроллер от возникновения между контак тами электрической дуги с большим током [Л. 9-1]. Схема реоста та позволяет осуществлять дистанционное отключение двигателя. Кнопка Стоп с размыкающим контактом включается в цепь катуш ки контактора (так же, как контакт реле РМ).
Для выбора реостата необходимо знать мощность двигателя, условия пуска и вид нагрузки (запуск при полной или половинной мощности, вентиляторный характер нагрузки), напряжение питания двигателя.
Зная эти параметры, с помощью таблиц выбираем величину реостата и номера элементов резисторов.
Аналогичную конструкцию и схему имеют пускорегулирующие реостаты. После окончания пуска двигателя тот же подвижный кон такт при дальнейшем вращении управляющей рукоятки изменяет сопротивление резистора в цепи возбуждения двигателя.
в) Масляные реостаты. В масляном реостате металлические элементы резисторов и контроллер располагаются в трансформатор ном масле. По сравнению с воздухом масло обладает значительно большей удельной теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Благодаря этому оно эффективно отбирает тепло от нагревающейся проволоки. Поскольку в процессе нагрева принимает участие боль шое количество масла, постоянная времени реостата резко возрас тает, что позволяет создать пусковые реостаты малых габаритов на большую мощность двигателя.
Для предотвращения местных перегревов проволоки и улучше ния теплового контакта проволоки с маслом в реостатах применяют элементы в виде свободной спирали, проволочные и ленточные поля, зигзагообразные элементы из электротехнической стали и чугуна.
Следует отметить, что при температурах ниже 0°С охлаждающая способность масла из-за повышения вязкости резко ухудшается. Поэтому масляные реостаты нельзя применять при отрицательной температуре окружающей среды.
Поверхность охлаждения масляного реостата определяется в основном цилиндрической поверхностью кожуха. Эта поверхность меньше поверхности охлаждения проволоки. Поэтому масляные рео статы нецелесообразно использовать для длительного режима. Ма лая допустимая температура нагрева масла также ограничивает мощность, которую может рассеять реостат.
После того как реостат произвел трехкратный пуск двигателя, необходимо, чтобы он снова охладился до температуры окружаю щей среды. Этот процесс длится около 1 ч. Поэтому масляные рео статы используются для редких пусков.
При нагреве масло разлагается и продукты разложения оседа
ют на поверхности |
проволоки, ухудшая тепловой контакт |
металла |
с маслом. Поэтому |
максимальная температура масла не |
должна |
быть выше 115°С.
Контакты переключающего контроллера также .находятся в мас ле. Наличие масла резко уменьшает коэффициент трения между кон тактами. При этом уменьшается износ контактов, уменьшается мо
мент на рукоятке управления.
Малые силы трения позволяют увеличить нажатие контактов и в 3—4 раза увеличить токовую нагрузку контакта. Это дает воз
можность резко снизить габариты переключающего устройства и все го реостата в целом.
Наличие масла улучшает условия гашения дуги между кон тактами, если реостат должен окончательно разрывать цель или вводить сопротивление. Однако масло играет и отрицательную роль в работе контактов при длительном режиме. Продукты разложения масла, оседая на поверхности контактов, увеличивают переходное сопротивление и, следовательно, температуру самих контактов. В ре зультате процесс разложения масла будет идти более интенсивно. Контакты рассчитываются так, чтобы температура их не превыша ла 125°С.
Масляные реостаты широко применяются для пуска в ход трех фазных асинхронных двигателей с фазным ротором. При мощно стях двигателей до 50 кВт используются плоские контроллеры с круговым движением подвижного контакта (рис. 9-17).
При больших мощностях применяется барабанный контроллер. По требованию заказчика реостаты могут иметь блок-контакты для сигнализации о положении контактов аппарата и блокировки с линейным контактором в цепи статора двигателя. Если реостат не стоит на нулевой позиции (когда в роторе включено максималь ное сопротивление), цепь включающего электромагнита линейного контактора разомкнута и напряжение на двигатель не может быть
подано.
В конце пуска двигателя реостат должен быть полностью вы веден, а ротор закорочен, так как элементы рассчитаны на кратко временный режим работы. Чем больше мощность двигателя, тем большее число ступеней имеет реостат, так как двигатели большой мощности разгоняются медленно.
Для выбора реостата необходимо иметь следующие данные: мощность двигателя Рн; напряжение Up на заторможенном ро торе при номинальном напряжении на статоре; номинальный ток ротора /н.р; условия пуска (при полной мощности или при поло
винной).
Знание этих параметров позволяет однозначно выбрать реостат с помощью данных, приведенных в каталогах [Л. 9-2].
Недостатками масляного реостата являются малая допустимая частота пусков из-за медленного охлаждения, загрязнение помеще ния, возможность воспламенения масла. Масляные реостаты реко мендуется применять во взрывобезопасных помещениях для редко го пуска двигателей (не более 2—3 пусков час).
г) |
Жидкостные реостаты. Для регулирования угловой скорости |
двигателей |
мощностью несколько тысяч киловатт необходимы рео |
статы с элементами и переключающим устройством, рассчитанными на большую, длительно рассеиваемую мощность (порядка 500—
600кВт).
Металлические реостаты с воздушным охлаждением получают
ся очень громоздкими. Усложняется вопрос отвода тепла, выделя ющегося в элементах. Для переключения резисторов приходится ис пользовать сложную систему управления с применением мощных контакторов.
При мощностях более 3000 кВт целесообразен переход на жид костные реостаты. В этом случае резистивным материалом служит раствор электролита. Сопротивление такого реостата может изме няться либо за счет расстояния между электродами, погруженны ми в электролит, либо за счет изменения площади электродов.
Удельное сопротивление электролита зависит от температуры. По этому для стабилизации сопротивления реостата необходимо, чтобы рабочая температура электролита мало менялась.
Тепло, выделяющееся в электролите, отводится с помощью спе циальных радиаторов-труб, по которым протекает охлаждаю щая вода.
Г л ава д е с я т а я КОНТАКТОРЫ
10-1. Общие сведения
К о н т а к т о р — это двухпозиционный аппарат, пред назначенный для частых коммутаций токов, которые не превышают токов перегрузки соответствующих электри ческих силовых цепей. Замыкание или размыкание кон тактов контактора может осуществляться двигательным (электромагнитным, пневматическим или гидравличе ским) приводом. Наибольшее распространение получили э л е к т р о м а г н и т н ы е к о н т а к т о р ы .
К о н т а к т о р ы |
п о с т о я н н о г о |
т о к а |
коммути |
руют цепь постоянного тока и имеют, как |
правило, |
||
электромагнит дакже постоянного тока. |
|
|
|
К о н т а к т о р ы |
п е р е м е н н о г о |
т о к а |
коммути |
руют цепь переменного тока. Электромагнит этих контак торов может быть выполнен либо для работы на перемен ном токе, либо для работы на постоянном токе. В связи с повышением производительности труда в настоящее время схемы электрического привода требуют до 1200 и более включений в час. Этот режим работы является наиболее тяжелым. При каждом включении и отключении происходит износ контактов (§ 3-2). Поэтому принимают ся меры к сокращению длительности горения дуги при отключении и к устранению вибрации при включении. Большая частота операций требует высокой механиче ской стойкости электромагнитного механизма контакто ра. Способность аппарата обеспечить работу при боль шом числе операций характеризуется износостойкостью. Различают механическую и коммутационную износостой
кость. |
|
|
|
М е х а н и ч е с к а я |
и з н о с о с т о й к о с т ь |
определя |
|
ется числом включений — отключений контактора |
без |
||
ремонта и замены его |
узлов и деталей. Ток в |
цепи |
при |
этом равен нулю. К современным контакторам предъяв ляется очень высокое требование к механической износо стойкости (10—20) 10б операций.
К о м м у т а ц и о н н а я и з н о с о с т о й к о с т ь опре деляется числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена износившихся контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка 2—3 млн. операций. Эти требо вания очень высоки (часть выпускаемых в настоящее время контакторов имеет коммутационную износостой кость Ы 0 б операций и менее).
Наряду с высокой механической и коммутационной износостойкостью контакторы должны иметь малую мас су и размеры. Зона выхлопа раскаленных газов дуги должна быть возможно малой, что позволяет сократить размеры всей установки в целом. Детали, наиболее быстро подвергающиеся износу, должны быть легко доступны для замены. Общие технические требования к контакторам изложены в ГОСТ 11206-70.
Контактор имеет следующие основные узлы: контакт ную систему, дугогасительную систему, электромагнит ный механизм, систему блок-контактов.
При подаче напряжения на обмотку электромагнита якорь притягивается. Подвижный контакт, связанный с якорем, производит замыкание или размыкание главной цепи. Дугогасительная система обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Кроме главных контактов, контактор имеет несколько вспомогательных слаботочных контактов (блок-контактов) для согласования работы контактора с другими аппаратами или для включения в цепь управле ния самого контактора.
Основные данные контакторов и пускателей: номи нальный ток главных контактов, предельный отключае мый ток, номинальное напряжение, механическая изно состойкость, электрическая износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения, собственное время отключения.
В зависимости от условий работы ГОСТ 11206-70 регламентирует категории А\, А2, А3, А4 для контакторов переменного тока и Du D2, Dz для контакторов постоян ного тока. Категории А\ и D\ соответствуют режиму ра боты в малоиндуктивных цепях. Категории Л2, Л3 и D2 относятся к пуску и остановке двигателей переменного
(/пуска до 6 / н) и постоянного (/пуска до 2,5 / н) тока. Наи более тяжелые режимы предусмотрены для категорий А4 и Da. В этом случае контактор может отключать **- торможенный двигатель (см. § 10-4).
10-2. Устройство контактора с управлением от сети постоянного тока
а) Коммутирующее устройство. Контакты аппарата подвержены наиболее сильному электрическому и меха ническому износу ввиду большого числа операций в час и тяжелым условиям работы. С целью уменьшения изно са преимущественное распространение получили линей ные перекатывающиеся контакты. Принцип их работы рассмотрен в § 3-4.
Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, равное при мерно половине конечной силы нажатия. Большое влия ние на вибрацию оказывает жесткость крепления непод вижного контакта и стойкость к вибрациям всего кон тактора в целом. В этом отношении очень удачна конструкция контактора серии КПВ-600 (рис. 10-1). Н е подвижный контакт 1 жестко прикреплен к скобе 2. Один конец дугогасительной катушки 3 присоединен к этой же скобе. Второй конец катушки вместе с выводом 4 надеж но скреплен с изоляционным основанием из пластмассы 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6, кото рая является основанием аппарата. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пла стины имеет возможность поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому пластина может перека тываться по сухарю неподвижного контакта 1. Вывод 9 соединяется с подвижным .контактом 7 с помощью гиб кого проводника (связи) 10. Контактное нажатие созда ется пружиной 12.
При износе контактов сухарь 1 заменяется новым, а пластина подвижного контакта поворачивается на 180° и неповрежденная сторона ее используется в работе.
Для уменьшения оплавления основных контактов ду гой при токах более 50 А контактор имеет дугогаситель ные контакты — рога 2, И . Под действием магнитного поля дугогасительного устройства опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с непод вижным контактом 1, и на защитный рог подвижного
контакта 11. Возврат якоря в начальное положение (пос ле отключения магнита) производится пружиной 13.
Основным параметром контактора является номи нальный ток, который определяет размеры контактора.
Так, контактор II величины имеет ток 100 А, III — 150 А. Характерной особенностью контакторов КПВ-600 и многих других типов является электрическое соединение вывода подвижного контакта с корпусом контактора. Во включенном положении контактора магнитопровод нахо дится под напряжением. Д аже в отключенном положе
ний напряжение может оставаться на магнитопроводе и других деталях. Соприкосновение с магнитопроводом по этому опасно для жизни.
Серия контакторов КПВ имеет исполнение с размы кающим главным контактом. Замыкание производится за счет действия пружины, а размыкание—за счет си лы, развиваемой электромагнитом.
Номинальным током контактора называется ток пре рывисто-продолжительного режима работы. При этом режиме работы контактор находится во включенном со стоянии не более 8 ч. По истечении этого промежутка ап парат должен быть несколько раз включен и отключен (для зачистки контактов от окиси меди). После этого аппарат снова включается.
Если контактор располагается в шкафу, то номи нальный ток понижается примерно на 10% из-за ухуд шающихся условий охлаждения.
В продолжительном режиме работы, когда длителы ность непрерывного включения превышает 8 ч, допусти мый ток контактора снижается примерно на 20%• В та ком режиме из-за окисления медных контактов растет переходное сопротивление, что может привести к повы шению температуры выше допустимой величины (§ 3-2). Если контактор имеет небольшое число включений или вообще предназначен для длительного включения, то на рабочую поверхность контактов напаивается серебряная пластина. Серебряная облицовка позволяет сохранить допустимый ток контактора, равный номинальному, и в режиме продолжительного включения. Если контактор наряду с режимом продолжительного включения исполь зуется в режиме повторно-кратковременного включения, применение серебряных накладок становится нецелесо образным, так как из-за малой механической прочности серебра происходит быстрый износ контактов.
В повторно-кратковременном режиме при П В = 40% допустимый ток, как правило, составляет примерно ' 120% номинального значения. Согласно рекомендациям завода допустимый ток повторно-кратковременного ре жима для контактора КПВ-600 определяется по формуле
/
где п — число включений в час.
290