КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 3. Электропривод и электроснабжение

204

На лесных разработках применяются двигатели закрытого и обдуваемого типов с противосыростной изоляцией.

а б Рисунок 7 – Общий вид двигателей различного исполнения;

а – асинхронный двигатель серии 1PH7 с принудительной вентиляцией фирмы SIEMENS; б - асинхронный взрывозащищенный двигатель серии АДВК315 с водяным охлаждением для привода конвейеров и других меха- низмов в подземных выработках угольных шахт, опасных по содержанию рудничного газа (метана) и угольной пыли

3.1.2.3 Выбор рода тока

Выбор рода тока и типа электропривода целесообразно производить на основе рассмотрения и сравнения технико-экономических показателей ряда вариантов, удовлетворяющих техническим требованиям данной рабо- чей машины.

На основании исходных данных и требований, предъявляемых к электроприводу, необходимо выбрать вариант электропривода, способный полностью выполнить требования и быть одновременно максимально эко- номичным.

Выбор рода тока «Правила устройства электроустановок» [11] реко- мендуют начинать с двигателей переменного тока.

«...5-3-11. Для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности, рекомендуется применять электродвигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ро- тором.

Для привода механизмов, имеющих тяжелые условия пуска или ра- боты либо требующих изменения частоты вращения, следует применять электродвигатели с наиболее простыми и экономичными методами пуска или регулирования частоты вращения, возможными в данной установке...» «…5-3-14. Электродвигатели постоянного тока допускается приме- нять только в тех случаях, когда электродвигатели переменного тока не обеспечивают требуемых характеристик механизма либо не экономичны..»

205

Для нерегулируемого привода выбор типа двигателя прост. Двигате- ли переменного тока проще по конструкции, стоимость их ниже, обслужи- вание тоже требует меньших затрат. При повторно-кратковременном ре- жиме работы с частыми пусками и торможениями рационально использо- вать двигатели повышенного скольжения.

Для регулируемого привода задача выбора типа привода решается сложнее. В зависимости от диапазона и плавности регулирования скоро- сти, требований к качеству переходных процессов могут быть применены как системы реостатного регулирования скорости, так и системы с инди- видуальными преобразователями.

При глубоком регулировании скорости в большинстве случаев во- прос решается в пользу приводов постоянного тока. Однако конкурентны- ми по своим свойствам являются приводы с частотным и частотно- токовым управлением. Преимущества приводов с асинхронными двигате- лями - простота конструкции и повышенная надежность двигателей, воз- можность их изготовления в поточном производстве.

Препятствием к быстрому внедрению частотно-регулируемых при- водов является сложность систем управления, что приводит к недостаточ- ной надежности их работы и повышенной стоимости. Появление на миро- вом рынке частотно-регулируемых электроприводов с микропроцессор- ным управлением повышает их надежность, но стоимость их не снижается.

3.1.2.4 Выбор системы напряжения

Рекомендуется подбирать двигатели с как можно большим напряже- нием, при этом они будут потреблять меньший ток из сети.

Двигатели выпускаются с напряжением 220; 380; 500 В. Стоимость двигателя для всех 3-х напряжений одинакова. Желательно иметь систему 380/220 В, т.к. она одновременно позволяет сочетать и силовую и освети- тельную нагрузку.

Контрольные вопросы

1 Виды приводов. Разновидности электроприводов.

2 Общие требования при выборе двигателя и рабочей машины.

3 Режимы работы электрических машин (длительный, повторно- кратковременный, кратковременный).

4 Выбор мощности двигателя для длительного режима работы.

206

Лекция 3.2 Аппаратура управления и защиты

План лекции

1)Плавкие предохранители.

2)Автоматические выключатели.

3)Магнитный пускатель, кнопки управления, контактор и тепловые

реле.

3.2.1 Плавкие предохранители

Для защиты электрических устройств низкого напряжения от повре- ждений токами короткого замыкания применяются плавкие предохраните-

ли.

Условное обозначение плавких предохранителей: Основным элементом предохранителя является его плавкая вставка –

сменяемая часть предохранителя.

Плавкой вставкой называется тонкая металлическая проволочка или пластинка из свинца или сплава свинца с оловом.

При возрастании тока выше допустимого вставка плавится и отклю- чает защищаемый объект от источника энергии, поэтому ее изготавливают из материалов с высоким удельным сопротивлением (например, сплава олова и свинца) или из хорошо проводящего металла (серебра, меди), но с малой площадью сечения.

Ток плавления вставки определяется по эмпирической формуле:

где I – ток плавления вставки, А.;

А– коэффициент, зависящий от материала проволоки: А = 32,3 – для меди;

А= 29,4 – для серебра; А = 16,68 – для никеля; А = 7,87 – для железа;

d – диаметр проволоки вставки, мм.

Существует большое многообразие конструкций предохранителей с плавкой вставкой. Для напряжений до 250 В и токов примерно до 60 А широко применяются пробочные предохранители.

Пробочный предохранитель состоит из основания, в которое вверты- вается сменяемая при перегорании вставка – так называемая пробка с резь- бой, опирающаяся на неподвижный контакт. Пробка изготовляется из ке- рамического материала и снабжается двумя металлическими контактами, между которыми припаивается плавкая проволока.

Для защиты от коротких замыканий линий высокого напряжения применяются трубчатые предохранители различных конструкций. напри- мер, трубчатые без наполнителя типа ПР (рисунок 1), трубчатые с напол- нителем типа ПН2, НПН, (рисунок 2,а), быстродействующие предохрани- тели типа ПНБ (рисунок 2, б) и другие.

208

Основной характеристикой плавкого предохранителя является номи- нальный ток плавкой вставки.

Номинальным током плавкой вставки называется такой ток, ко- торый может выдерживать вставка, не перегорая неопределенно долгое время.

Плавкие вставки стандартизированы и выпускаются серийно. На них выштамповывается номинальный ток вставки.

Для двигателей номинальный ток плавкой вставки I H определяется

так;

Номинальный ток вставки IН - не должен быть более 80% длительно- го допустимого тока I. Зона защиты всегда находится за вставкой.

Рассмотрим пример расчета плавкого предохранителя для защиты асинхронного двигателя.

Дано:

Асинхронный короткозамкнутый двигатель со следующими пас- портными данными:

РН = 10 кВт; UН = 380 В;

Кратность пускового тока К = IПД /IН = 7,5; Коэффициент полезного действия η = 0,87; Коэффициент мощности cosϕ = 0,86;

Коэффициент загрузки βзагр = Рраб/ Рном = 0,9.

Определить:

- номинальный ток плавкой вставки предохранителя ПР.

Решение:

Номинальный ток электродвигателя I HOM равен

Рабочий ток потребителя (двигателя) равен

I P = β загр I = 0,9 20 =18 A .

Номинальный ток плавкой вставки определяется таким образом

I H = 0, 4 I ПУСК = 0, 4 K I HOM = 0, 4 7,5 20 = 60 A .

При этом должно выполняться условие I H > I P , то есть 60 A>18 A. Плавкая вставка должна быть выбрана на номинальный ток в 60 А.

209

3.2.2 Автоматические выключатели

Автоматический воздушный выключатель – защитный электриче-

ский аппарат, автоматически отключающий электрическую цепь при воз- никновении аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки пони- жения напряжения). Автомат используется также для редких коммутаций электрической цепи при нормальных условиях.

Отечественная промышленность выпускает ряд серий автоматиче- ских выключателей, рассчитанных на различные номинальные токи и для различных условий эксплуатации, например АК-63, АБ-25, А-3000, АВ и др.

Конструктивная схема одной из серии А-3000 представлена на ри- сунке 3. В воздушных автоматах серии А-3000 используется так называе- мый механизм моментного включения и отключения, когда замыкание и размыкание контактов аппарата осуществляется с постоянной скоростью.

а б Рисунок 3 – Автоматический выключатель А-3000: а – конструктивная

схема; б – общий вид,

Ручное включение и отключение автомата производится рукояткой 1. Подвижный контакт 11 не замкнут с неподвижным контактом 12. Чтобы включить автомат, надо привести его пружину во взведенное состояние. Для этого рукоятка 1 перемещается вниз, при этом поворачивается на не- который угол фигурная деталь 2, пока она нижним концом не войдет в за- цепление с зубцом 3, удерживающего рычага 4, при этом автомат окажется готовым к включению.

Для включения автомата рукоятка 1 переводится вверх, при этом рычаги 9 и 10 перемещаются вверх и автомат включается. Цепь тока ока- зывается замкнутой (контакты 11, 12, гибкая связь 8, расцепители 6 и 7).

210

Автоматическое отключение автомата происходит при срабатывании расцепителей. При токах перегрузки срабатывает биметаллический расце- питель 6. Свободный правый конец биметаллической пластинки 5 переме- щается вниз и развиваемая ею сила Рб поворачивает вокруг оси О1 удержи- вающий рычаг 4. Зуб 3 выйдет из зацепления и нижним концом фигурной детали 2, за счет силы пружины 15, деталь 2 поворачивается вокруг оси О2 и рычаги 9 и 10 переходят через мертвое положение и под действием пру- жины 15 автомат отключается автоматически.

То же самое происходит, если срабатывает максимальный расцепи- тель 7.

При токе короткого замыкания его якорь притягивается к неподвиж- ному магнитопроводу, охватывающему токоведущую шину.

Для отключения автомата от руки надо переместить вниз рукоятку 1. При этом правый конец пружины 15, связанный с рукояткой, так же пере- местится вниз, в результате чего рычаги 9 и 10 переходят через мертвое положение и автомат отключается. Возникающая при размыкании контак- тов автомата электрическая дуга гасится в дугогасильной решетке 13. По- вышение давления внутри закрытого объема, образованного изоляцион- ным основанием и крышкой 14, способствует гашению дуги.

3.2.3 Магнитный пускатель, кнопки управления, контактор и тепловые реле

3.2.3.1 Магнитные пускатели

Магнитные пускатели – коммутационные аппараты дистанционно- го управления, предназначенные для включения и отключения электродви- гателей и других потребителей электрической энергии.

Магнитный пускатель – комплектное устройство, состоящее из кон- тактора переменного тока, кнопок пуск, стоп и тепловых реле.

Среди отечественных пускателей наиболее распространены серии ПМЕ, ПМА и ПАЕ. Конструктивная схема пускателя ПАЕ представлена на рисунке 4.

Магнитные пускатели бывают нереверсивные и реверсивные. Нере- версивные магнитные пускатели обеспечивают включение и отключение двигателей при одном направлении вращения, а реверсивные – при обоих направлениях вращения. В реверсивных магнитных пускателях, состоящих из двух контакторов, укреплённых на общем основании, предусмотрена электрическая блокировка цепей, исключающая возможность одновремен- ного включения контакторов, которая дополнена механической блокиров- кой их подвижных частей.

Пускатели серии ПМЕ предназначены для управления двигателями до 10 кВт, они имеют прямоходовую подвижную систему поворотного ти- па.

Рисунок 4 - Устройство магнитного пускателя ПАЕ

Контактор пускателя ПАЕ собирается на металлическом основании 1. Неподвижные контакты 2 помещены внутри изоляционных камер, обра- зованных стенками 3. Подвижные контакты 10 мостикового типа установ- лены на детали 8, нажатие в контактах осуществляется контактными пру- жинами 9. Якорь 7 втягивающего электромагнита пускателя устанавлива- ется на детали 8. Неподвижный магнитопровод 4 электромагнита с обмот- кой 6 установлен на амортизирующих пружинах 5.

Подвижная система контактора возвращается в отключенное поло- жение за счет массы этой системы и пружины 9. В магнитном пускателе встроены тепловые реле 11.

3.2.3.2 Кнопки управления

Кнопки управления – аппараты, которые предназначены для комму- тации в цепях управления, обычно в цепях обмоток электрических аппара- тов и элементов автоматики.

Кнопки управления классифицируются по способу защиты от окру- жающей среды: открытые; закрытые и герметичные.

По форме толкателя: с цилиндрическим толкателем; с толкателем грибовидного типа.

По цвету толкателя: красного цвета; черного цвета.

По надписи на толкателе (“пуск”, ”стоп”, ”вперед”, ”назад” и так да-

лее).

По положению контактов: на размыкание и замыкание.

По поведению контактов: с самовозвратом или без самовозврата. По числу пар контактов: на одну пару контактов; на две пары кон-

тактов и так далее.

212

В системах автоматизированного электропривода применяются поч- ти исключительно кнопки с самовозвратом. Это кнопки, которые возвра- щаются в первоначальное состояние после прекращения силы нажатия.

а б Рисунок 5 – Устройство кнопок управления

Устройство кнопок управления представлено на рисунке 5: а) на од- ну пару контактов; б) на две пары контактов, которые состоят из следую- щих элементов:

1 – толкатель штифта из изоляционного материала,

2 – штифт (стержень металлический), 3 – пружина стальная для возврата штифта в исходное положение, 4 – контакты подвижные,

5 – соединительный мостик подвижных контактов,

6 – неподвижные контакты,

7 – пружина стальная для обеспечения необходимого контакта,

8– клеммы для присоединения проводов схемы.

3.2.3.3Контакторы

Контактор – это аппарат с дистанционным управлением, предна- значенный для многократных включений и отключений электрической це- пи при токах нагрузки, не превышающих номинальный, а также для ред- ких отключений при токах перегрузки (7 ÷ 10 – кратные по отношению к номинальному).

Контакторы подразделяются на контакторы постоянного и перемен- ного тока. Пределы номинального тока контакторов от (4 ÷ 2500) А. Род коммутирующего тока определяет некоторые конструктивные особенности контакторов, поэтому контакторы переменного и постоянного токов обыч- но не взаимозаменяемые, хотя практически имеются контакторы, совме- щающие в себе возможности как постоянного, так и переменного тока. В

213

настоящее время широко применяются контакторы постоянного тока се- рии КН, переменного тока серии КТ-6000 (с щелевыми камерами и маг- нитным дутьем) и КТ-7000 (с дугогасильными решетками), а также уни- версальные контакторы, рассчитанные на постоянный и переменный ток серии КНУ. На рисунке 6 приведена схема, поясняющая принцип действия контактора.

Главные контакты контактора 6 и 7 (6 – неподвижный, 7 – подвиж- ный) включены в силовую цепь двигателя Д. Втягивающая обмотка кон- тактора 1 – в цепь управления, содержащую кнопки “пуск” и “стоп”. Кон- тактор изображен в состоянии, когда он отключает силовую цепь двигате- ля.

б

а в Рисунок 6 – Контактор: а – пояснение к принципу действия контактора;

б –контактор постоянного тока КВП; в – контактор постоянного тока КТПВ

В этом случае напряжение с обмотки 1, установленное на сердечнике 2, снято и его подвижная система под действием возвратной пружины 10, создающей силу РБ, приходит в нормальное состояние.

Возникающая при расхождении главных контактов 6, 7 дуга гасится в дугогасильной камере 4, имеющей изоляционные перегородки 5, которые способствуют растяжению дуги, увеличению её длины и сопротивления. Быстрый выход дуги с контактов в камеру обеспечивается системой маг- нитного дутья 3.