ЛЕКЦИЯ-ОБОР / Приводы лит. машин / Глава IV.2. Управление электроприводами

Электропривод 75

§ 2. ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ

При работе литейных машин в цеховой сети может произойти аварийное отключение напряжения. Если двигатели не отключить

от сети, то после восстановления напряжения произойдет их самопроизвольный пуск, который может привести к серьезным авариям. При значительном снижении напряжения сети работающие асинхронные двигатели могут остановиться и перейти в режим короткого замыкания. По их обмоткам потекут токи короткого замыкания, опасные даже при пониженном напряжении сети. Восстановление напряжения сети приведет к самопроизвольному пуску двигателей или к выходу их из строя. Следовательно, в обоих случаях двигатель должен быть отключен от сети. Автоматическое отключение двигателя при аварийном снижении или отключении питающего напряжения называется минимальной или нулевой защитой.

Аппаратура ручного управления, реле, контакторы и другие аппараты свойством нулевой защиты не обладают. Нулевая защита является свойством схемы управления. Она достигается специальным включением электрических аппаратов.

Все рассмотренные ранее схемы управления обеспечивали нулевую защиту двигателей, что было достигнуто применением пусковых кнопок с самовозвратом и их шунтированием контактами самопитания.

При замене кнопок аппаратами ручного управления с фиксированным положением (например, пакетными переключателями, командоконтроллерами) схемы управления двигателями теряют свойство нулевой защиты. Для восстановления нулевой защиты в этом случае в схему управления вводят цепь подготовки пуска, состоящую из обмотки промежуточного реле, кнопки подготовки пуска и контакта реле (рис. 39, а).

Срабатывая после нажатия кнопки КнП, промежуточное реле своим нормально открытым контактом РП подает напряжение к цепям управления и включает обмотку РП на самопитание. О подаче напряжения на схему управления и ее готовности к работе сигнализирует лампа ЛС. Цепи управления в этом случае могут замыкаться командоконтроллерами (В1-1), переключателями управления (В2-1), путевыми переключателями и т. д.

При уменьшении питающего напряжения ниже определенного предела промежуточное реле возвращается в исходное положение, отключая цепи управления и разрывая цепь самопитания обмотки РП. При восстановлении напряжения сети для возобновления работы необходимо снова нажать кнопку подготовки пуска КнП.

Ч асто в цепь подготовки пуска включают контакты аппаратов управления, замкнутые в их исходном (нулевом) положении, что исключает начало работы машины непосредственно после подачи напряжения к цепи управления.

Так, в схеме управления, приведенной на рис. 39, б, включить цепь подготовки пуска нажатием кнопки КнП можно только в том случае, если командоконтроллер находится в исходном (нулевом) положении (контакт В1-3 в цепи подготовки пуска замкнут, а контакты В1-1, В1-2 и т. д. в цепях управления разомкнуты). Отключение системы управления в обоих случаях осуществляется с помощью кнопки КнС («Общий стоп»).

При работе двигателя из-за перегрузок, однофазного включения или аварийных коротких замыканий в его обмотках могут возникнуть недопустимо большие токи. Во избежание выхода двигателя из строя он должен быть отключен. Автоматическое отключение двигателя при недопустимо больших токах в его обмотках называется максимальной защитой.

Все рассмотренные выше схемы свойством максимальной защиты не обладают. Максимальная защита двигателей обеспечивается применением специальных аппаратов.

Простейшим аппаратом максимальной защиты двигателей является плавкий предохранитель, чувствительным элементом которого (в термическом отношении) является плавкая вставка (тонкая проволока или пластина). Плавкая вставка, изготовленная из свинца или цинка, включается в цепь рабочего тока защищаемого объекта. При недопустимых токах вставка, расплавляясь и испаряясь, разрывает цепь.

Для защиты двигателей наибольшее применение находят закрытые предохранители пробкового (при токах до 20 а) и трубчатого (при токах 15…1000 а) типов. Дуга в таких предохранителях гасится в закрытых объемах. Гашению дуги способствует повышение давления в указанных объемах в результате нагрева воздуха и испарения материала корпуса (обычно фибры) при расплавлении и испарении вставки. Применяются также предохранители с сухим заполнителем (кварцевым песком), ограничивающие токи короткого замыкания. Плавкие вставки предохранителей выбирают на номинальный ток двигателя, если предусмотрено ограничение его пусковых токов. Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором вставки выбирают на ток в 2…2,5 раза больше номинального тока двигателя. Пусковой ток двигателя в 5…7 раз превышает номинальный. Но так как время пуска мало, то вставки расплавиться не успевают.

Плавкие предохранители защищают асинхронный двигатель только от токов короткого замыкания и не могут защищать от длительных перегрузок. Для защиты двигателей от недопустимого перегрева при длительных перегрузках применяют тепловые реле с биметаллическими механизмами. В качестве чувствительного элемента в них используют биметаллические пластинки из металлов с различными коэффициентами линейного расширения.

Биметаллическая пластина 2 теплового реле (рис. 40) нагревается в результате теплообмена с нагревателем 1, включенным в цепь рабочего тока защищаемого объекта.

При определенной температуре пластина 2 изгибается настолько, что освобождает рычаг 3, который, поворачиваясь под действием пружины 4, размыкает контакт 5.

Возвращение реле в исходное положение происходит при нажатии кнопки 6 после охлаждения биметаллической пластины.

Для защиты двигателей тепловые реле выбирают на номинальный ток двигателя. Обладая значительной тепловой инерцией, тепловые реле не предохраняют двигатель от значительных кратковременных перегрузок и токов короткого замыкания. Поэтому в цепь рабочего тока последовательно с нагревательным элементом теплового реле включают плавкие предохранители.

Для мощных двигателей тепловые реле часто подключают

через трансформаторы тока.

Для защиты асинхронного двигателя необходимы два тепловых реле РТ1 и РТ2 (рис. 41), так как при применении одного теплового реле в случае перегорания предохранителя Пр, последовательно с которым включен нагревательный элемент реле, двигатель оказался бы не защищенным от однофазного включения. Нормально закрытые контакты РТ1 и РТ2 обоих реле включают в цепь управления последовательно с обмоткой контактора К1. При размыкании любого из них двигатель отключается от сети.

Конструктивно тепловые реле выполняют в виде отдельных аппаратов или встроенными в магнитные пускатели и автоматические выключатели. В магнитных пускателях биметаллические пластины обоих реле через систему рычагов воздействуют на один контакт.

Для защиты двигателей от значительных перегрузок и токов короткого замыкания используются реле максимального тока. Они выпускаются для переменного и постоянного тока и имеют различное конструктивное исполнение. Например, в электромагнитном реле тока типа ЭТ (рис. 42) между полюсами сердечника 1 размещен легкий стальной якорь 3, закрепленный на оси 4. Во время протекания тока по обмотке 2 якорь поворачивается, преодолевая сопротивление пружины 8. При определенной величине тока якорь 3 повернется настолько, что контактный мостик 6, закрепленный на оси 4, замкнет контакты 5. Величина тока срабатывания реле устанавливается по шкале 10 рычагом 9, который поводком 7 изменяет натяжение пружины 8. Регулировать ток срабатывания можно переключением секций обмотки 2 с последовательного на параллельное соединение. Ток срабатывания реле при этом удваивается, т. е. изменяется предел регулирования тока срабатывания.

Если в рассмотренном реле значительно увеличить число витков его обмотки, то оно превратится в реле напряжения, и его можно использовать в качестве защитного реле максимального или минимального напряжения. Обладая малым временем срабатывания (0,15—0,02 с), электромагнитные реле обеспечивают более надежную защиту двигателей, чем плавкие предохранители.

Н аиболее распространенная схема защиты двигателя значительной мощности с помощью реле максимального тока, используемая, например, в центробежных бегунах модели 115 (мощность главного двигателя 75 кВт), приведена на рис. 43. Нормально закрытые контакты всех трех реле (РМ1, РМ2, РМЗ) включают последовательно в цепь обмотки контактора К1. Реле настроены на ток, несколько больший пускового тока двигателя, а поэтому не защищают его от длительных перегрузок. С этой целью в схеме используют два тепловых реле РТ1 и РТ2, включенные через трансформаторы тока ТрТ1 и ТрТ2. При значительных перегрузках реле максимального тока практически мгновенно отключают двигатель.

В последние годы основным аппаратом защиты двигателей становятся автоматические воздушные выключатели (автоматы), объединяющие в себе вводной выключатель и различные элементы защиты.

Упрощенная принципиальная схема автомата максимального тока с тремя электромагнитными расцепителями (реле тока) приведена на рис. 44. В исходном положении рабочие контакты 1 автомата замкнуты, и через них проходит ток двигателя. Обмотки 2 электромагнитных расцепителей включены в цепь рабочего тока. Когда ток в любой из фаз превышает установленное значение, якорь 3 соответствующего электромагнита притягивается, преодолевая сопротивление пружины 4 и воздействуя на механизм свободного расцепления 5. Подвижная контактная система освобождается и отбрасывается пружиной 6. Ток срабатывания автомата регулируется натяжением пружин 4.

Механизм свободного расцепления автоматических выключателей, показанный на рис. 44 условно, выполнен в виде шарнирного рычажного механизма с ломающимся рычагом или защелкой. С ним кинематически связаны устройства (кнопки или рычаги) для ручного включения и отключения автомата.

Конструкции и исполнения автоматических выключателей весьма разнообразны. Наибольшее распространение получили автоматы максимального тока с электромагнитными и тепловыми расцепителями, обеспечивающие защиту электродвигателей от длительных перегрузок и токов короткого замыкания. Тепловые расцепители по устройству аналогичны тепловым реле. Их биметаллические механизмы воздействуют непосредственно на механизм свободного расцепления автомата.

Для осуществления нулевой защиты автоматы снабжают расцепителями минимального напряжения (автоматы максимально-минимальной защиты).

Выпускаемые отечественной промышленностью малогабаритные автоматические выключатели максимального тока с кнопочным включением и выключением (типов АП25-ЗМТ, АП50-ЗМТ) иногда применяют для ручного пуска асинхронных двигателей небольшой мощности при небольшой частоте включений.