ЛЕКЦИЯ-ОБОР / Приводы лит. машин / Глава IV.1. Управление электроприводами

Электропривод 69

Глава IV

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

§ 1. РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ДВИГАТЕЛЯМИ

Управление двигателями литейных машин, как правило, осуществляется с помощью релейно-контакторной аппаратуры. Аппараты ручного управления используются в качестве вводных (линейных) выключателей (рубильники, пакетные выключатели) для снятия напряжения со схемы машины при длительных ее остановках или для переключения цепей управления (пакетные, барабанные и кулачковые переключатели). Только двигатели малой мощности иногда включают с помощью ручных кнопочных пускателей. Релейно-контакторная аппаратура позволяет дистанционно управлять приводами любой мощности и полностью автоматизировать управление как отдельным электроприводом, так и целой группой приводов машин, на которых осуществляется единый технологический процесс.

Основным аппаратом релейно-контакторного управления является контактор. Контактором называется электрический выключатель дистанционного действия с электромагнитным приводом. Основные элементы контактора – это главные или рабочие контакты 1 и электромагнит 2 (рис. 30). Главные контакты подключают и отключают основной потребитель электроэнергии. Поэтому цепь главных контактов называют силовой или цепью рабочего тока. Подвижные контакты контактора механически связаны с якорем электромагнита 2 и перемещаются им при включении электромагнита. Возвращение якоря в исходное положение при отключении обмотки электромагнита происходит под действием собственного веса или специальных возвратных пружин. Обмотка электромагнита имеет большое число витков, поэтому ток, протекающий в ней, мал по сравнению с рабочим током. Цепь обмотки электромагнита контактора называется цепью управления.

Кроме главных контактов, контакторы имеют несколько блокировочных контактов 3 малой мощности, используемых в цепях управления. Рабочие контакты контактора, разрывающие цепь рабочего тока, часто имеют дугогасительные устройства. Блокировочные контакты таких устройств не имеют.

На электрических схемах контакторы и другие электрические аппараты изображают в нормальном положении, т. е. при отсутствии тока в его цепи управления (обмотке электромагнита). Согласно этому контакты контактора, замыкающиеся при включении и размыкающиеся при отключении, называются нормально открытыми или замыкающими, а контакты, размыкающиеся при включении, – нормально закрытыми или размыкающими. Обычно контакторы имеют нормально открытые рабочие контакты и блокировочные контакты обоих типов.

Контакторы допускают 150…1500 включений в час при общем числе включений до 30 миллионов. Время включения контакторов колеблется в пределах 0,02…0,3 с, а время отключения – 0,01…0,1 с.

Различают контакторы постоянного и переменного тока. Контакторы постоянного тока имеют контактную систему для постоянного тока и электромагнит постоянного тока и выполнены однополюсными. Контакторы переменного тока имеют электромагнит переменного тока и контактную систему для переменного тока. Для особо тяжелых условий работы выпускаются также контакторы переменного тока с электромагнитом постоянного тока. Контакторы переменного тока, как правило, выполнены многополюсными (обычно трехполюсными).

В качестве примера на рис. 31 показана конструкция контактора переменного тока клапанного типа. Сердечник 1 и якорь 2 электромагнита набраны из листов электротехнической стали. На полюсах сердечника 1 расположены демпферные витки 3, назначение и принцип действия которых рассмотрены ранее. При включении контактора якорь 2 втягивается в катушку 4, поворачивая квадратный валик 10 и тем самым прижимая подвижный контакт 6 к неподвижному 5. Рабочий ток отводится от подвижного контакта по гибкой шине 11. Износ контактов компенсируется пружиной 9.

Возникающая при разрыве электрической цепи дуга в контакторах переменного тока гасится в камере 7 с помощью стальной дугогасительной решетки 8. Дуга втягивается в решетку, разрывается на ряд малых дуг, охлаждается, деионизируется и благодаря этому быстро гасится.

Контакторы переменного тока клапанного типа изготовляют на рабочие токи 75…600 а. Широкое применение в литейных машинах и линиях нашли прямоходовые контакторы (серий ПМИ и ПМЕ), рассчитанные на включение двигателей мощностью 1,1…10 кет и тяговых электромагнитов. Дугогасительных устройств эти контакторы не имеют.

Гашение дуги в контакторах постоянного тока обычно осуществляется с помощью так называемого магнитного дутья.

Для коммутации цепей управления электроприводами используются многоконтактные промежуточные реле (типа РП или МКУ-48), по устройству аналогичные контакторам. Они допускают до 2000 включений в час при сроке службы до 3 млн. включений и отключений.

В электрических схемах обмотки контакторов и реле включаются на параллельное питание. Однако однотипные реле могут включаться и на последовательное питание.

Управление электроприводами в релейно-контакторных схемах ведется с помощью кнопок, различающихся как по числу и типу контактов, так и по конструктивному исполнению. В литейных машинах наибольшее применение находят кнопки с одним нормально закрытым и одним нормально открытым контактами. Конструкция такого кнопочного элемента типа КУ-1 показана на рис. 32. В настоящее время все большее применение находят малогабаритные кнопки, герметизированные резиновым чехлом.

Из кнопочных элементов комплектуются кнопочные станции, монтируемые непосредственно на машинах или на пультах управления. Для пуска, реверса и остановки двигателей выпускаются комплектные кнопочные станции.

Электрические машины, аппараты, приборы и их соединения на электрических схемах изображают условно согласно ГОСТам с 2.721–68 по 2.748–68, 2.750–68 и 2.751–68 (приложение 1). Каждой машине, аппарату, прибору (и вообще элементу схемы) присваивается буквенно-цифровое позиционное обозначение (ГОСТ 2.702–69), состоящее из буквенного обозначения и порядкового номера и сохраняемое для всех элементов данного аппарата или прибора. Порядковый номер проставляется после буквенного обозначения. К позиционному обозначению допускается через дефис добавлять цифры, присваиваемые каждой части аппарата (см. рис. 39, 54, 61). Все контакты аппаратов изображаются в нормальном положении. Цепи рабочего тока обычно выделяются более толстыми линиями.

Существует несколько типов электрических схем. Схемы, построенные с соблюдением действительного расположения машин и аппаратов и их соединений, называются совмещенными. Такие схемы необходимы для монтажа и эксплуатации. По этой причине все монтажные схемы являются совмещенными. Однако из-за наличия большого числа пересекающихся проводов такие схемы неудобны для чтения и выяснения принципа их работы. Поэтому составляют принципиальные или развернутые схемы, в основу которых положен принцип наибольшей наглядности. Машины, аппараты, приборы и их элементы на таких схемах располагают в тех местах, где это удобно для чтения и выяснения принципа работы схемы. Цепи управления группируют по операциям и переходам, для выполнения которых они предназначены. Назначение цепей часто указывается в примечаниях.

Построение простейших схем электропривода и их работу рассмотрим на примере магнитного пускателя. Магнитным пускателем называется комплект аппаратуры, предназначенной для пуска, реверса и иногда защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором без ограничения пусковых токов. Конструкции магнитных пускателей зависят от типа применяемых контакторов. Для управления двигателями литейных машин наибольшее применение находят магнитные пускатели с прямо-ходовыми контакторами (серии П).

На совмещенной схеме нереверсивного магнитного пускателя, приведенной на рис. 33, все элементы, заключенные в контуры (штриховая линия), принадлежат одному аппарату (в данном случае контактору или кнопочной станции) или имеют общий кожух или шкаф.

В исходном положении ток через обмотку контактора не течет, так как контакт пусковой кнопки КнП и блокировочный контакт К1 контактора разомкнуты. Двигатель отключен от сети. При нажатии кнопки КнП цепь управления замыкается, контактор срабатывает, подключая двигатель к сети и блокируя своим нормально открытым контактом К1 пусковую кнопку КнП.

Отпускание кнопки КнП не вызывает отключения двигателя, так как теперь в цепи управления ток течет через блокировочный контакт К1, который поэтому часто называют контактом самопитания.

Для отключения двигателя от сети и приведения схемы в исходное положение достаточно нажать кнопку КнС («Стоп»), разрывающую цепь управления.

К системам управления электроприводом предъявляется целый ряд требований: а) простота и надежность управления; б) удобство управления, монтажа, эксплуатации и ремонта; в) четкость действия при нормальных и аварийных режимах работы; г) правильное применение машин, аппаратов и приборов; д) защита электродвигателей; е) минимальные размеры и стоимость и т. п.

Простота системы управления определяется минимальным количеством аппаратов и их элементов, простотой и однотипностью использованных аппаратов и минимальным количеством их соединений. Этому требованию, например, удовлетворяет схема магнитного пускателя, показанная на рис. 33, и не удовлетворяет схема цепи управления того же пускателя, приведенная на рис. 34. Для соединения кнопочной станции и контактора по схеме на рис. 34 требуется лишний (четвертый) провод. Кроме того, схема не удовлетворяет требованию надежности. К кнопочной станции, имеющей близкое расположение контактов, подведены оба провода сети, что создает возможность коротких замыканий. Поэтому в схемах управления стремятся располагать все контакты аппаратов по одну сторону от обмоток контакторов или реле.

Надежность системы управления зависит от надежности используемой аппаратуры, схемы управления и качества ее монтажа, наличия необходимых электрических и механических блокировок. Влияние схемы и блокировок на надежность системы управления рассмотрим на примере реверсивного магнитного пускателя.

Реверс асинхронных двигателей осуществляется изменением направления вращения поля путем переключения фаз с помощью двух контакторов К1 и К2 (рис. 35). Случайное одновременное включение обоих контакторов в такой схеме приводит к короткому замыканию в цепи рабочего тока. Одновременного включения контакторов можно избежать, используя блокировку с помощью нормально закрытых контактов пусковых кнопок (рис. 35, а).

В исходном положении цепи управления обоих контакторов разомкнуты и, следовательно, двигатель отключен от сети. При нажатии кнопки КнП1 включается обмотка контактора К1, который, срабатывая, включает двигатель на вращение вперед и своим контактом блокирует нормально открытый контакт кнопки КнП1. При нажатии кнопки КнП2 ее нормально закрытый контакт сначала разрывает цепь питания обмотки контактора К1, который отключается, отсоединяя двигатель от сети. Затем нормально открытый контакт кнопки КнП2 замыкает цепь питания обмотки контактора К2, который включает двигатель на вращение назад и блокирует нормально открытые контакты пусковой кнопки КнП2. При нажатии кнопки КнС схема приходит в исходное положение, а двигатель отключается от сети.

Если одновременно нажать пусковые кнопки КнП1 и КнП2, то ни один из контакторов не включится, так как цепи управления обоих контакторов разомкнуты нормально закрытыми контактами пусковых кнопок.

Однако блокировка с помощью нормально закрытых контактов пусковых кнопок не всегда предотвращает короткое замыкание в цепи рабочего тока. Последнее может возникнуть, если при изменении направления вращения двигателя подвижная система контактора, бывшего включенным, вследствие приваривания рабочих контактов или механического заедания не возвратится в исходное положение или возвратится с замедлением. Поэтому в реверсивных магнитных пускателях применяется механическая блокировка контакторов с помощью кулачков или рычагов, не допускающих включения одного контактора, пока другой полностью не возвратится в исходное положение.

Схему, приведенную на рис. 35, а, нельзя считать совершенной даже при наличии механической блокировки контакторов. При нажатии пусковой кнопки любого из контакторов к его обмотке подводится напряжение сети независимо от того, в каком положении находится второй контактор. Если последний не возвратился в исходное положение, то магнитопровод первого контактора остается незамкнутым и, следовательно, по его обмотке потечет пусковой ток, в несколько раз превышающий номинальный. При длительном нажатии на пусковую кнопку это может вывести из строя обмотку контактора.

Схема управления, не имеющая указанных недостатков и, следовательно, более надежная, приведена на рис. 35, б. Дополнительная блокировка контакторов с помощью их нормально закрытых контактов исключает возможность включения обмотки одного контактора, если другой не возвратился в исходное положение. Кроме того, блокировочные контакты К1 и К2 шунтируют нормально закрытые контакты пусковых кнопок, благодаря чему изменение направления вращения двигателя становится возможным только после нажатия кнопки КнС.

При наладке литейных машин часто возникает необходи­мость в кратковременном пуске двигателя для получения малых (толчковых) перемещений подвижных элементов машины. Рассмотренные выше схемы позволяют получить длительный режим работы. Наладочный режим работы в таких схемах наиболее просто получить, отключая цепь самопитания контактора, например, пакетным выключателем В (рис. 36, а).

Схема, приведенная на рис. 36, б, позволяет получить оба режима работы без всяких промежуточных переключений. При длительном режиме работы напряжение к обмотке контактора К1 подводится через нормально открытый контакт промежуточного реле РП (пусковая кнопка КнП шунтируется нормально открытым контактом РП), а при наладочном режиме – через нормально открытый контакт кнопки установочных перемещений Кн1.

В сложных системах управления, в том числе системах автоматического управления, переход от одного режима работы к другому наиболее часто осуществляется переключением напряжения питания на соответствующие цепи схемы, например, переключателем В на рис. 36, в.

Для многих литейных машин (литейный конвейер, системы подачи формовочных смесей и т. д.) схема должна обеспечивать возможность управления с нескольких мест (рис. 37). Наиболее часто дублируется кнопка «Стоп», что дает возможность в аварийных случаях отключать машину или линию с различных мест.

Система управления машины или линии должна обеспечивать строгую последовательность работы машин, аппаратов, приборов и устройств. Она не должна вы­зывать аварийных режимов не только при нормальном функционировании, но и при неправильном воздействии оператора на органы управления и при возможных повреждениях. В схемах управления не должны возникать так называемые ложные цепи даже при обрывах проводов, перегорании обмоток, приваривании контактов, аварийных заземлениях и т. д.

Л ожные цепи могут возникнуть, например, в рассмотренной выше схеме магнитного пускателя. При случайном заземлении цепи управления (рис. 38, а) обмотка контактора оказывается под фазовым напряжением сети, вследствие чего отключение работающего двигателя с помощью кнопки КнС может стать невозможным. При одновременном аварийном заземлении цеховой сети возможен даже самопроизвольный пуск машины, так как в этом случае обмотка контактора оказывается включенной в сеть через ложную цепь (штриховая линия на рис. 38,а).

Поэтому цепи управления подключают к сети через трансформатор управления Тр (рис. 38, б), исключающий их непосредственную электрическую связь с цепью рабочего тока. Непосредственно от сети питают только простейшие схемы управления, когда их заземление исключено. Применение понижающих трансформаторов управления, кроме того, уменьшает опасность поражения током.

Цепи управления приводами литейных машин часто питают постоянным током, так как релейно-контакторная аппаратура постоянного тока в условиях повышенной запыленности литейных цехов работает более надежно, чем аппаратура переменного тока. В схему управления в этом случае дополнительно вводят выпрямитель мостового типа.

Для удобства монтажа, эксплуатации и ремонта системы управления секционируются на отдельные по возможности однотипные блоки. Для контроля за состоянием и работой системы управления широко применяется световая сигнализация.