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

214

Дугогасильная камера 4 изготавливается из дугостойкого изоляци- онного материала (асбестоцемента). Контактор включается, если подается напряжение к зажимам 12 обмотки 1 приводного электромагнита, что осу- ществляется нажатием кнопки «пуск».

Поток Ф, создаваемый током, протекающий через обмотку электро- магнита, развивает тяговую силу РК и якорь 9 электромагнита притягива- ется к его сердечнику 2, преодолев силы воздействия возвратной пружины 8. При включении контактора контакты 11 замыкаются, что позволяет от- пустить кнопку «пуск», цепь обмотки 1 не разрывается и контактор остает- ся во включенном состоянии.

На рисунке 6, в качестве примера, показаны общие виды двух типов контакторов. Контакторы постоянного тока КПВ предназначены для управления электродвигателями постоянного тока и применяются в каче- стве линейных контакторов, реверсирующих контакторов, контакторов ус- корения и др. Контакторы КТПВ – универсальные контакторы с магнит- ным гашением дуги. Они могут работать в цепях постоянного и перемен- ного тока.

3.2.3.4 Тепловые реле

Тепловые реле – аппараты многократного действия, обеспечивают защиту электрооборудования от недопустимого перегрева, вызванного длительной перегрузкой.

Тепловые реле делятся на два типа – прямого и косвенного действия. Принцип устройства теплового реле прямого действия представлен на ри- сунке 7,а. На рисунке 7,б показан общий вид реле типа ТРН. Это весьма распространенные реле, которые в настоящее время морально устарели, но продолжают широко использоваться в отечественных магнитных пускате- лях.

а б Рисунок 7 – Тепловое реле прямого действия: а – пояснения к принципу

действия;б – общий вид теплового реле типа ТРН

Тепловое реле прямого действия состоит из биметаллического эле- мента 1 и контактной пары 2.

215

Биметаллический элемент представляет собой двухслойную пла- стинку из металлов с разными температурными коэффициентами линейно- го расширения. При нагреве слой термоактивного металла расширяется, а слой термоинертного металла почти не деформируется. Если один конец биметаллической пластинки жестко закрепить, то другой свободный конец её будет изгибаться. Этот принцип работы теплового элемента использует- ся в тепловых реле. В реле прямого действия рабочий ток проходит по на- гревательному элементу.

Принцип устройства реле косвенного действия представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 – Тепловое реле косвенного действия: а – пояснения к принципу действия; б – общий вид реле типа РТЛ

В тепловом реле косвенного действия ток нагрузки I P проходит по нагревательному элементу 1, расположенному вблизи биметаллического элемента 3, который удерживает рычаг 5 в положении замыкания размы- кающих контактов 6. Контакты 6 включаются последовательно в цепь управления контактора.

При токе, превышающем номинальный ток объекта, биметалличе- ский элемент, деформируясь под влиянием тепла, излучаемого нагревате- лем, освобождает рычаг 5, который под действием пружины 4 поворачива- ется против часовой стрелки до упора 8, а пружина 7 размыкает контакты реле 6. В исходное положение рычаг можно возвратить нажатием кнопки возврата 2 после охлаждения биметаллического элемента, а вместе с ним и защищаемого от перегрузки током объекта, на что требуется примерно

0,5 ÷ 3 мин.

216

3.2.3.5 Принципиальные схемы управления и защиты асинхронного двигателя

При управлении асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором широко используются магнитные пускатели.

На рисунке 9 представлена схемы управления и защиты асинхронно- го двигателя с короткозамкнутым ротором, а на рисунке 10 – схема реверса асинхронного двигателя.

М

Рисунок 9 – Схема управления асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, подключение к сети с помощью рубильника

Силовая цепь состоит из автоматического выключателя Р, главных контактов контактора КМ и нагревательных элементов тепловых реле ТР1 и ТР2. Цепь управления состоит из кнопок SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп», кон- тактов тепловых реле TP1, 2, вспомогательных контактов контактора KM1. Последние контакты в электротехнике часто называют - блок-контакты.

После включения автоматического выключателя Р пуск двигателя М (рисунок 9) осуществляется нажатием пусковой кнопки SB1 «Пуск», при этом обмотка контактора КМ получает питание от фазного напряжения ВС через замкнутые контакты кнопки SB1 «Пуск», замкнутые контакты кнопки SB2 «Стоп», размыкающие контакты тепловых реле ТР1,2.

Под действием электромагнитной силы, развиваемой электромагни- том катушки КМ, контактор включается, и его замыкающие главные кон- такты КМ подают напряжение к двигателю, ротор которого приходит во вращение. При отпускании кнопки SB1 «Пуск» её контакты размыкаются,

218

Схема состоит из автоматического выключателя Р, реверсивного магнитного пускателя, состоящего из двух контакторов 1КМ и 2КМ, кно- пок 1SB1 «Вперед», 2SB1 «Назад», контактов кнопок 1SB2, 2SB2, блок- контактов 1KM1 и 2KM1, вспомогательных контактов 1KM2 и 2KM2, кнопки 1SB3 «Стоп», тепловых реле 1TP1, 1TP2, 2TP1, 2TP2 и их соответ- ствующих размыкающихся контактов 1KTP1, 1KTP2, 2KTP1 и 2KTP2.

Рассмотрим работу схемы.

После включения автоматического выключателя Р, пуск двигателя вперед осуществляется нажатием на кнопку «Вперед». При этом катушка контактора 1КМ получает питание по цепи: фаза С, катушка контактора 1КМ, замкнутые контакты 2SB2 кнопки «Назад», замкнутые контакты 1SB1 кнопки «Вперед», замкнутые контакты тепловых реле 1TP1, 1TP2 и замк- нутые вспомогательные контакты 2КМ2, фаза В.

Под действием электромагнитной силы, развиваемой электромагни- том катушки 1КМ, контактор включается, и его замыкающие главные кон- такты 1КМ подают напряжение к двигателю, ротор которого приходит во вращение. При отпускании кнопки «Вперед» её контакты 1SB1 размыкают- ся, но обмотка 1КМ остаётся под напряжением, так как контакты 1SB1 кнопки «Вперед» шунтируется замыкающимися блок-контактами 1КМ1, которые связаны с подвижной системой контактора и замыкаются при его срабатывании. Одновременно разомкнутся дополнительные контакты 1КМ2 в цепи питания катушки второго контактора 2КМ. Таким образом, осуществляется электрическая блокировка одновременного включения контакторов 1КМ и 2КМ, что привело бы к короткому межфазному замы- канию.

Для реверса электродвигателя необходимо нажать кнопку «Назад». При этом катушка контактора 1КМ потеряет питание, так как разомкнутся контакты 2SB2 механически связанные с замыкающимися контактами 2SB1 кнопки «Назад». Контакты контактора 1КМ разомкнутся, и двигатель по- теряет питание. Одновременно замкнутся дополнительные контакты 1КМ2, подготавливая к работе катушку второго контактора 2КМ.

Катушка контактора 2КМ получит питание по цепи: фаза С, катушка контактора 2КМ, замкнутые контакты 2SB1 кнопки «Назад», замкнутые контакты 1SB2 кнопки «Вперед», замкнутые контакты тепловых реле 1TP1, 1TP2 и замкнутые вспомогательные контакты 1КМ2, фаза В.

Под действием электромагнитной силы, развиваемой электромагни- том катушки 2КМ, контактор включается, и его замыкающие главные кон- такты 2КМ подают напряжение к двигателю. Поскольку порядок чередо- вания фаз сети изменен, то круговое вращающееся поле статора начинает вращаться в обратную сторону. Ротор двигателя начинает резко тормо- зиться, а затем раскручивается о сторону обратную предыдущей. При от- пускании кнопки «Назад» её контакты 2SB1 размыкаются, но обмотка 2КМ

219

остаётся под напряжением, так как контакты 2SB1 кнопки «Назад» шунти- руется замыкающимися блок-контактами 2КМ1, которые связаны с под- вижной системой контактора и замыкаются при его срабатывании. Одно- временно разомкнутся дополнительные контакты 2КМ2 в цепи питания ка- тушки первого контактора 1КМ. Таким образом, осуществляется электри- ческая блокировка одновременного включения контакторов 1КМ и 2КМ.

Для отключения двигателя нажимают кнопку «Стоп», которая свои- ми контактами 1SB3 разрывает цепь тока через катушку любого из контак- торов 1КМ или 2КМ. Под действием возвратной пружины работающий контактор отключается. Вспомогательные контакты 1КМ1 или 2КМ2, свя- занные с подвижной системой контакторов также размыкаются и остаются также разорванными.

Аналогично происходит и аварийный останов двигателя в случае его перегрузки. При этом размыкаются замкнутые контакты тепловых реле 1KTP1, 1KTP2 или 2KTP1, 2KTP2 включенные последовательно в цепь пи- тание соответствующего контактора.

Видим, что в схеме реверсивного управления предусмотрена двойная защита (механическая - через вторые контакты кнопок и электрическая че- рез дополнительные контакты 1КМ2 и 2КМ2) от одновременного включе- ния контакторов 1КМ и 2КМ.

Данная схема применяется для управления электродвигателями срав- нительно небольшой мощности, так как не предусматривает мер для сни- жения тока реверса.

Контрольные вопросы

1.Аппаратура дистанционного управления.

2.Устройство и назначение кнопок.

3.Устройство и назначение контакторов.

4.Устройство, состав и назначение магнитных пускателей.

5.Устройство и назначение тепловых и промежуточных реле, кон- цевых и пусковых путовых выключателей.

6.Схема пуска асинхронного двигателя с помощью магнитного пус-

кателя.

7.Схема реверсивного пуска асинхронного двигателя с помощью реверсивного пускателя.

220

Лекция 3.3 Вопросы электроснабжения предприятий и повышения коэффициента мощности

План лекции

1)Электроснабжение предприятий.

2)Электрооборудование и электротехнологии на предприятиях.

3)Меры для повышения коэффициента мощности.

3.3.1Электроснабжение предприятий

Система электроснабжения — совокупность источников и систем

преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Система электроснабжения не включает в себя потребителей (или

приёмников электроэнергии).

К системам электроснабжения (СЭС) предъявляются следующие ос- новные требования:

-надёжность системы и бесперебойность электроснабжения потре- бителей;

-качество электроэнергии на вводе к потребителю степень. Это со- ответствия параметров электрической энергии их установленным значени- ям. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, час- тоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатиче- ских условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновение аварий- ных режимов в сети и т.д.

Снижение качества электрической энергии может привести к замет- ным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению каче- ства продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повы- шению вероятности аварий;

-безопасность обслуживания элементов СЭС;

-унификация (модульность, стандартизация);

-экономичность, включает в себя такие понятия, как энергоэффек- тивность и энергосбережение;

-экологичность. СЭС не должна наносить вреда окружающей при-

роде.

3.3.1.1Классификация потребителей электроэнергии

Для оценки и проектирования СЭС необходимо знать классифика- цию потребителей электроэнергии.

По надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:

221

А) Потребители первой категории, перерыв в снабжении которых может повлечь за собой опасность для людей или большой материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, браком при производст- ве продукции или длительным расстройством технологического процесса.

Б) Потребители второй категории, перерыв в электроснабжении которых приводит к существенному недовыпуску продукции, простою людей, механизмов и промышленного транспорта.

В) Потребители третьей категории, к ним относятся все потре-

бители, неподходящие под определение первой и второй категорий, на- пример, вспомогательные цеха заводов и фабрик, бытовые нагрузки и т.д.

Потребители первой категории должны иметь не менее двух незави- симых друг от друга источников питания, например, одна электрическая станция, две подстанции, электрическая система и дизельная или локомо- бильная установка и т.д.

Потребители второй категории могут снабжаться от одного источни- ка питания. Схема электроснабжения предусматривает при этом обяза- тельно два ввода, чтобы при выходе из строя одной линии предприятие получало питание по другой линии.

Потребители третьей категории, как правило, питаются от одного ис- точника энергии; резервирование питания производится лишь при легкой возможности осуществлять это.

Для осветительных установок предприятий в настоящее время при- меняется напряжение 220 В. При напряжении 220 В получается значи- тельная экономия цветного металла в осветительных сетях.

Напряжение силовых токоприемников (электродвигателей) равно 380 В. В связи с этим Правилами устройства электроустановок рекоменду- ется производить распределение электроэнергии преимущественно по че- тырехпроводной системе трехфазного тока напряжением 380/220 В от об- щих трансформаторов для питания силовых и осветительных приемников.

Для питания местного освещения в помещениях без повышенной опасности (некоторые бытовые и им подобные помещения) рекомендуется применять напряжение, одинаковое как для местного, так и для общего ос- вещения, принятого на предприятиях, а в помещениях с повышенной опас- ностью должно применяться 36 В.

3.3.1.2 Основные коэффициенты, характеризующие потребителей

При проектировании электроснабжения предприятия одним из важ- ных вопросов является определение расчетных нагрузок. Завышение мощ- ности, допущенное при определении мощности предприятия, ведет к пере- расходу цветного металла и увеличению затрат на оборудование, а умень- шение расчетной мощности приводит к увеличению тока нагрузки (повы-

222

шению температуры проводов и кабелей распределительных сетей) и, сле- довательно, к сокращению срока службы распределительных сетей.

Наиболее распространенным методом определения расчетной на- грузки потребителя является применение в расчетах так называемого ко- эффициента электрической мощности, коэффициента спроса KC , кото- рый определяется из выражения:

где PP – расчетная потребная мощность нагрузки;

P – установленная мощность нагрузки (без мощности резервного обору-

У

дования).

При наличии потребителей с повторно-кратковременным (ПВ) ре- жимом работы они пересчитываются на одно ПВ. Мощность потребите- лей, маркированная в кВА, пересчитывается на киловатты (по номиналь- ному cosϕ). Мощность однофазных потребителей в трехфазной сети под- считывается по наиболее загруженной фазе.

Из выражения (1) видно, что KC – это коэффициент, на который надо умножить общую установленную активную мощность, равную суммарной мощности группы потребителей, чтобы получить величину расчетной ак- тивной мощности для выбора электрооборудования всех элементов элек- трических установок.

В большинстве случаев потребляемая предприятием мощность опре- деляется из следующих соображений. Каждый токоприемник или их груп-

па характеризуется установленной мощностью P , под которой понимает-

У

ся:

а) для двигателя – мощность на его валу при полной загрузке; б) для осветительных токоприемников – их суммарная номинальная

(паспортная) мощность.

Мощность, потребляемая двигателем из сети из сети при полной его загрузке PС , будет больше мощности на его валу PВ на величину его по- терь, т.е.

где η ДВ – КПД двигателя при данной загрузке;

Присоединенная мощность будет равна

Для осветительных токоприемников РПРИС = РУ .

223

Однако ни установленная, ни присоединенная мощности не могут непосредственно давать истинное значение потребляемой мощности, т.к.:

-не все двигатели работают одновременно.

-каждый двигатель загружен полностью не все время.

Поэтому для расчета сетей, а также мощности станций и подстанций определяют так называемую расчетную мощность, или расчетную нагруз- ку.

Расчетной нагрузкой называется условная нагрузка, выраженная в кВт, кВА, которая эквивалентна по вызываемому его нагреву проводов и электрооборудования действительно имеющейся переменной нагрузке.

1.1. Для определения расчетной нагрузки (потребляемой мощно- сти) используя следующие коэффициенты:

1) Коэффициент одновременности ( КОДН ≤1 ), представляющий

отношение одновременно работающих (подключенных) токоприемников к общему числу установленных токоприемников:

где nРАБ nраб – число одновременно работающих токоприемников; n – общее число токоприемников.

2) Коэффициент загрузки ( КЗ ) – отношение мощности на валу дви- гателя к мощности присоединенной или установленной:

Расчет системы электроснабжения начинается с определения мощно- сти, потребляемая из сети одним двигателем

Минимальная потребляемая из сети мощность группы двигателей определяется из выражения:

РС = РУ КЗ КОДН = РА , (7) η ДВηС

где ηС – КПД сети питающего напряжения.

Далее для каждой группы одинаковых приемников определяется по- требляемая реактивная мощность Q = PA tgϕ .