2. Типовые узлы схем автоматического управления электродвигателями

Управление 3-фазным асинхронным двигателем с одного и двух постов

Схема управления 3-фазного асинхронного двигателя с одного и двух постов управ

ления приведена на рис. 103.

Рис. 103. Схема управления 3-фазного асинхронного двигателя с одного ( а ) и двух ( б ) постов управления

Схема управления 3-фазным асинхронным двигателем с одного поста управле-

ния

Схема ( рис. 103, а ) предусматривает пуск и остановку двигателя при помощи кно-

Почного поста, состоящего из кнопок «Пуск» и «Стоп». Эта схема применяется для управ- ления наиболее простых судовых электроприводов – насосов, вентиляторов, шлюпочных и траповых лебедок и т.П.

Элементы схемы

Силовая часть:

1. А, В, С – линейные провода;

2. КМ1…КМ3 – главные контакты линейного контактора КМ;

3. М – обмотка статора 3-фазного асинхронного двигателя

Схема управления:

1. SB1 – контакты кнопки «Пуск»;

2. SB2 – контакты кнопки «Стоп»;

3. КМ4 – вспомогательный контакт контактора КМ.

Подготовка схемы к работе

Для подготовки схемы к работе подают питание на линейные провода А, В, С. При

этом не образуются какие-либо электрические цепи, например, цепь тока через катушку контактора КМ ( т.к. разомкнуты контакты кнопки SB1 «Пуск») или цепь тока через трех-

фазную обмотку статора ( т.к. разомкнуты контакты КМ1…КМ3 ).

Пуск

Для пуска нажимают кнопку SB1 «Пуск», её контакты замыкаются и через них

образуется цепь тока катушки контактора КМ:

линейный провод С – контакты кнопки SB1 – контакты кнопки SB2 – катушка кон-

тактора КМ - линейный провод В.

Контактор включается и замыкает три главных контакта КМ1…КМ3 и один вспомо

гательный КМ4.

При замыкании главных контактов напряжение сети поступает на обмотку статора,

двигатель начинает вращаться.

При замыкании вспомогательного контакта шунтируется кнопка SB1 «Пуск». Пока

эта кнопка остается нажатой, ток катушки контактора протекает как через ее контакты, так и, параллельно, через контакт КМ4.

Как только контакт КМ4 замкнется, кнопку SB1 можно отпустить, ее контакты

размыкаются, но останется цепь тока катушки КМ через контакт КМ4:

линейный провод С – вспомогательный контакт КМ4 – контакты кнопки SB2 – ка-

тушка контактора КМ - линейный провод В.

Если бы вспомогательный контакт КМ4 отсутствовал, то после отпускания кнопки SB1 «Пуск» ток в катушке КМ исчез, контактор КМ отключился и двигатель остановился.

Иначе говоря, в отсутствие контакта КМ4 двигатель вращался бы только при нажа-

той кнопке SB1 «Пуск» и останавливался при отпускании этой кнопки .

Теперь понятно назначение контакта КМ4 : он оставляет двигатель включенным, если отпустить кнопку SB1 «Пуск».

Остановка

Для остановки двигателя нажимают кнопку SB2 «Стоп», ее контакты размыкают-

ся, поэтому катушка КМ теряет питание.

Контактор КМ отключается, при этом размыкаются его главные КМ1…КМ3 и вспо

могательный КМ4 контакты.

При размыкании главных контактов обмотка статора двигателя отключается от се-

ти, двигатель останавливается.

При размыкании вспомогательного контакта КМ4 цепь катушки КМ4 обрывается

во втором месте ( первый обрыв – разомкнулись контакты кнопки SB2 ).

Если кнопку SB2 «Стоп» отпустить, ее контакты замкнутся, но останутся разомкну

тыми контакты КМ4, поэтому катушка КМ останется обесточенной.

Таким образом, размыкание контакта КМ4 не позволило восстановить цепь катуш-

ки КМ после отпускания кнопки SB2 «Стоп».

Роль вспомогательного контакта КМ4

Из сказанного выше следует, что контакт КМ4 придал схеме управления свойство

памяти. Теперь схема «запоминает» команды: при нажатии кнопки «Пуск» двигатель

включается, при нажатии кнопки «Стоп» двигатель отключается.

Схема управления 3-фазным асинхронным двигателем с двух постов управления

Эта схема ( рис. 103, б ) отличается от рассмотренной выше наличием второго по

ста управления, состоящего из кнопок SB3 «Пуск» и SB4 «Стоп».

Следует обратить внимание, что контакты обеих кнопок «Пуск» включены парал-

лельно, а кнопок «Стоп» - последовательно.

Такое включение кнопок позволяет включить двигатель при нажатии любой кноп-

ки – SB1 или SB3, и остановить двигатель нажатием кнопки SB2 или SB4.

Местное и дистанционное управление электроприводами. Правила Регистра

Местным называется управление электроприводом при помощи кнопочного поста

управления, находящегося в непосредственной близости от электропривода.

Дистанционным называется управление электроприводом при помощи кнопочно-

го поста управления, находящегося на некотором удалении от электропривода.

Управление с двух постов применяют для электроприводов ответственных прием-

ников электроэнергии – рулевых приводов, некоторых насосов и вентиляторов.

Например, по Правилам Регистра, пуск и остановка электродвигателей привода

руля должны осуществляться из румпельного отделения ( местное управление ) и из руле-

вой рубки ( дистанционное управление ).

В некоторых случаях пост дистанционного управления может состоять только из

одной кнопки «Пуск» или «Стоп».

Например, электродвигатели погружных осушительных и аварийных пожарных насосов должны иметь устройства дистанционного пуска, расположенные выше палубы переборок. Значит, пост дистанционного управления состоит из кнопки «Пуск». Этот

пост может находиться в рулевой рубке.

В то же время электродвигатели топливных и маслоперекачивающих насосов и сепараторов должны отключаться дистанционно из мест, находящихся вне помещений этих насосов и вне шахты машинного отделения, но в непосредственной близости от этих помещений. Такой пост дистанционного управления состоит из кнопки «Стоп». Этот пост обычно располагается в коридоре при входе в машинное отделение.

Такое расположение постов дистанционного управления:

1. сводит к минимуму время, необходимое для включения или отключения электро-

привода ( не надо спускаться в машинное отделение ) и тем самым способствует повыше-

нию живучести судна при затоплении судовых помещений или пожаре в машинном отде-

лении;

2. исключает необходимость нахождения человека в машинном отделении, у поста местного управления, в условиях пожара в этом отделении или его частичного затопле-

ния.

Стандартные виды защит электродвигателей

Правила Регистра предусматривают для любого судового электропривода ( кроме

рулевых ) 3 вида защит:

1. от токов короткого замыкания;

2. от токов перегрузки;

3. по снижению напряжения ( не «от снижения напряжения» - такой защиты нет )..

Для рулевых электроприводов предусмотрены:

1. защита от токов короткого замыкания;

2. при перегрузке вместо защиты, отключающей электродвигатель, включается сигнализация о перегрузке;

3. вместо нулевой защиты по снижению напряжения используется минимальная, которая, в отличие от нулевой, обеспечивает автоматическое повторное включение элект-

родвигателя рулевой машины после восстановления напряжения.

:Кроме того, на современных судах используется еще один вид защиты, который следует считать стандартным - это защита от обрыва фазы в цепях переменного тока.

На постоянном токе к стандартной относят защиту от обрыва поля ( обрыва парал-

лельной обмотки возбуждения ) у двигателей постоянного тока.

Ниже рассматриваются перечисленные виды защит.

Защиты от токов короткого замыкания

Причины и последствия токов короткого замыкания

К основным причинам возникновения токов короткого замыкания относятся такие:

1. перегрузка электрической цепи;

2. тепловое старение изоляции;

3. человеческие ошибки при проведении работ с электрооборудованием. Перегрузка электрической цепи может возникнуть при включении в данную сеть прием

ника электроэнергии, мощность которого превышает расчетную.Такое включение чаще всего случается в старых береговых сетях, в которые, по мере эксплуатации, допол­нительно включа

лись новые приемники электроэнергии, на которые сеть не рассчитана

В электроприводах перегрузка электрической цепи может иметь механический ха­рак-

тер, например, при включении насоса с зажатыми после ремонта сальниками, при подъеме ле-

бедкой груза, большего номинального и т.п.

Тепловое старение изоляции неизбежно во всех электрических устройствах, имею­щих изоляцию - трансформаторах, электрических машинах, системах автоматики. В ре­зультате тепловой пробой переходит в электрический, при котором касаются друг друга соседние ого-

ленные проводники.

Человеческие ошибки при проведении работ с электрооборудованием можно сни­зить, если не допускать к работам неквалифицированный или недостаточно подготовлен­ный персо-

нал. Если персонал квалифицированный, достаточно неукоснительно соблюдать Правила технической эксплуатации электрооборудования судов и Правила техники безопасности.

Последствия токов короткого замыкания такие:

1. выделение в проводниках большого количества тепла, вследствие чего повреждается их изоляция. Это объясняется тем, что количество тепла; выделяемое в проводниках, пропор

ционально квадрату тока ( закон Джоуля – Ленца ):

Q = I² Rt,

где Q – количество тепла в проводнике, Дж;

I – сила тока в проводнике, А;

R – сопротивление проводника, Ом;

t – время протекания тока через проводник, с.

2. в дополнение к тепловому действию тока, в электрических машинах и трансформато

рах повреждаются обмотки из-за действия электродинамических сил, действующих на рядом расположенные проводники.

Требования Правила Регистра к защитным устройствам от токов короткого замыкания

По Правилам Регистра:

1. защита от токов короткого замыкания должна устанавливаться в каждой фазе системы переменного тока, а также в каждом изолированном полюсе системы постоянного тока;

2. уставки защитных устройств от токов короткого замыкания должны быть не менее 200% номинального тока;

3. срабатывание должно быть мгновенным или с выдержкой времени, необходи­мой для получения соответствующей избирательности.

Защитные устройства мгновенного действия применяют для приемников электро­энергии - электродвигателей, нагревательных, осветительных и бытовых приборов.

Защитные устройства с выдержкой времени - автоматические выключатели, приме няют для защиты генераторов. Выдержка времени ( не более 1с) необходима для того, что

бы генераторы не отключались пусковыми токами мощных электродвигателей, напри­мер, ком-

прессоров, насосов, якорно-швартовных устройств и т.п.

Схемы защит от токов короткого замыкания

На судах в качестве защитных устройств от токов короткого замыкания применяют:

1. предохранители;

2. автоматические выключатели;

3. реле максимального тока.

Все эти устройства действуют мгновенно. Например, собственное время срабатыва ния автоматических выключателей в среднем 0,03 с, реле максимального тока - 0,015 с, предохранителей - сотые доли секунды, причем у них время сгорания плавкой вставки тем меньше, чем больше ток короткого замыкания.

Рис. 104. Схемы защитных устройств от токов короткого замыкания: а - с предохра нителями; б - с автоматическим выключателем; в - с реле максимального тока

В схеме с предохранителями ( рис. 104, а ) предохранители должны устанавливать­ся в каждом линейном проводе.

Предохранители не следует применять для защиты от токов короткого замыкания 3-фазных асинхронных двигателей. Это объясняется тем, что при коротком замыкании в обмотке статора может сгореть только один предохранитель. При этом двигатель останется работать на 2-х фазах, его скорость уменьшится, а ток увеличится, двигатель может сгореть.

Кроме того, в комплекте с предохранителями обязательно применение трехполюсного выключателя, при помощи которого нужно включать и отключать двигатель.

Поэтому предпочтительней для защиты от токов короткого замыкания 3-фазных элек-

тродвигателей применять автоматические выключатели ( рис. 104,6). Они выполня­ют фун-

кции одновременно коммутационных и защитных устройств.

При коротком замыкании в любой фазной обмотке асинхронного двигателя все три контакта выключателя размыкаются одновременно.

Автоматические выключатели применяются в сетях переменного и постоянного то­ка.

Реле максимального тока мгновенного действия (рис. 104, в) применяют также в сетях переменного и постоянного тока.

Схема работает так.

При подаче напряжения на выводы А и В начинает протекать ток через параллель­ную обмотку возбуждения L. Никакие другие цепи не образуются.

При нажатии кнопки SB1 «Пуск» через контакты этой кнопки образуется цепь тока катушки линейного контактора КМ.

Контактор включается и замыкает три контакта: главные КМ.1 и КМ.2 и вспомога­тель

ный КМ.З.

При замыкании главных контактов образуется цепь тока якоря через катушки реле КА1, КА2. Происходит прямой пуск двигателя.

Вспомогательный контакт КМ.З шунтирует кнопку SB1 «Пуск», после чего ее мож­

но отпустить.

При коротком замыкании в цепи обмотки якоря реле КА1 ( КА2) притягивает якорь, вследствие чего контакт КА1 ( КА2) размыкается, отключая катушку контактора КМ.

Все три контакта - KM.l, KM.2 и КМ.З - размыкаются. При размыкании КМ.1 и КМ.2 обмотка якоря отключается, двигатель останавливается.

При этом контакты КМ1 и КМ2 замыкаются, но катушка контактора КМ не может Получить питание, т.к. в ее цепи два разрыва: разомкнуты контакты кнопки SB1 «Пуск» и разомкнут контакт КМ.З.

Поэтому для повторного пуска двигателя надо нажать кнопку SB1 «Пуск».

Защиты от токов перегрузки

Причины и последствия токов перегрузки

Под перегрузкой понимают увеличение тока двигателя не более чем в два раза больше по сравнению с номинальным ( ток, превышающий номинальный более чем в два ра­за, считается током короткого замыкания ).

Основной причиной появления токов перегрузки является превышение нагрузки двига-

теля со стороны механизма - насоса, вентилятора, грузовой лебедки и т.п.

При систематических перегрузках двигателя происходит ускоренное старение изо­ ляции обмоток, что в конечном счете приводит к ее повреждению и возникновению меж- виткового короткого замыкания.

Для защиты от токов перегрузки применяют электротепловые реле, описанные вы­ше

( см. п. 1.1.10).

Схема защиты от токов перегрузки

Схема защиты от токов перегрузки показана на рис. 105

Рис. 105. Схема защиты от токов перегрузки

Схема работает следующим образом.

При перегрузке двигателя размыкается контакт теплового реле КК1 ( КК2 ). При этом обрывается цепь катушки линейного контактора КМ, вследствие чего размыкаются глав

ные контакты в силовой части схемы и вспомогательный, включенный параллельно кнопке SB1 «Пуск».

Двигатель отключается от сети, поэтому ток через нагревательные элементы КК1, КК2 в цепи обмотки статора перестает протекать, они остывают.

Через З...4 мин контакт КК1 (КК2 ) вследствие остывания нагревательного эле­мен-

та замкнется, но в этой же цепи остается разомкнутым контакт кнопки SB1 «Пуск» и па-

раллельно включенный вспомогательный контакт КМ..

Поэтому для повторного пуска двигателя надо нажать кнопку SB1 «Пуск».

Надо обратить внимание на то, что в схеме использованы только два тепловых ре­ле, на

гревательные элементы которых включены в левый и правый провода Л1 и ЛЗ. Однако, е

ли увеличится ток в среднем проводе Л2, это автоматически вызовет увеличе­ние тока в прово

дах Л1 и ЛЗ.

Поэтому Правила Регистра допускают включение тепловых реле в две фазы из трех ( как на рис. 110 ). На многих судах иностранной постройки тепловые реле включа­ют во все три фазы.

Защиты по снижению напряжения