Методическое пособие 477

41

орган управления, кроме того, неосновные элементы фиксации, дугогашения, монтажа и д.р.

Наиболее простым аппаратом РУ является рубильник. В зависимости от электрических параметров и выполняемых функций рубильники разделяются:

по габаритам – на Iн. от 100 до 630 А;

по схемам – одно-, двух-, трехполюсные включатели и переключатели; по конструктивному исполнению – с передним и задним

присоединением, ñ центральной и боковой рукояткой, с дугогасительными камерами и вспомогательными контактами.

Рубильник с центральной рукояткой и передним присоединением проводов (рисунок 6.1).

Дугогасительные камеры позволяют использовать Р в качестве разъединителей (без Iн) и выключателей (Iн). Р без дугогасителей комбинируют 10, 30% для постоянного и переменного тока (соответственно).

Для защиты персонала Р монтируют в шкафах и применяют центральный рычажный привод, вынесенный из зоны контактов.

ЭА ручного управления являются пакетные выключатели (переключатели). В зависимости о номинального рабочего тока (10-250 А) эти ЭА отличаются по габаритам, а также количеством пакетов или цепей (рисунок

6.2).

По исполнению делятся на защищенные, закрытые и герметичные. ПП используют в качестве вводных ЭА, секционных выключателей и переключателей для коммутации обмоток двигателей, трансформаторов, нагревателей, реверсирования и д.р.

Для коммутации более сложных схем переключения силовых цепей, например, обмоток многоскоростных асинхронных двигателей, используют барабанные или пакетно-кулачковые переключатели. Последние нашли наибольшее применение. На рисунке 6.3 изображен ПКК-10-21А-7001.

Коммутация цепей постоянного тока ими практически допустима только

без нагрузки, а цепей переменного тока 0,8 Iн. Только маломощные потребители иногда коммутируются под нагрузкой.

Широко используются воздушные автоматические выключатели, но они выполняют, и защитные функции в автоматическом режиме и поэтому рассматриваются в разделе защитных ЭА.

Контроллеры – это многоступенчатый, многоцепной ЭА с ручным управлением для изменения схемы главной цепи двигателя или цепи возбуждения.

По конструкции различают три вида контроллеров:

1 Барабанные контроллеры (рисунок 6.4, слайды, плакат).

На валу 1 укреплен подвижный контакт 3 (через изоляцию 2). Неподвижный контакт 4 крепится на рейке 5. При вращении вала сегмент подвижного контакта 3 набегает на неподвижный контакт 4 и замыкает цепь. Усилие нажатия обеспечивается пружиной 6. Вдоль вала обычно располагается

42

большое количество контактных сегментов. Последовательность замыкания различных цепей достигается различной длиной сегментов. Фиксация вала осуществляется звездочковой защелкой. Контроллер малоизносоустойчив и применяется для включений с небольшой частотой до 240 вкл/час.

2 Кулачковый контроллер (рисунок 6.5, слайды, плакат)

Конструктивно отличается от барабанного тем, что вместо контактного сегмента (рисунок 6.5) применяется нажимной сегмент, действующий через рычажный механизм на автономную систему главных контактов. Замыкание контактов и необходимое усилие натяжения создается специальной пружиной. Для улучшения гашения дуги и уменьшения износа применяется перекатывание контактных элементов и большой раствор контактов.

Моменты включения и выключения определяются профилями фиксирующей и кулачковой шайб 5. Малый износ позволяет использовать

кулачковые контроллеры с f=600 вкл/час и ПВ=60%.

Расположение контактных элементов по обе стороны от кулачковой шайбы позволяет значительно уменьшить габариты. Для дугогашения на постоянном токе используется камера, решетка. На переменном токе достаточна установка только перегородок. Особенностью кулачкового контроллера является то, что включение контактов осуществляется за счет пружинного механизма, а отключение – за счет выступа кулачка. Поэтому развод контактов возможен даже при их сваривании, однако, при этом необходим большой сегмент на валу (особенно при большом числе контактов).

На слайде показана схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором и кулачковым контроллером. При изменении позиции контроллера от 0 до 5 происходит постепенное закорачивание цепи ротора двигателя.

3 Плоский контроллер (рисунок 6.6)

На плоском основании закреплена система неподвижных контактов 1, подвижного контакта 2, червячной передачи и привода (ручного или моторного) – 4. Применяются для плавных регулировок (поле возбуждения крупных генераторов, регулирование и пуск больших двигателей). Имеет большое число ступеней (кулачковый будут громоздок). Число регулировок

невелико (f=10-12 вкл/час), требования к износоустойчивости невелики, специальных дугогасительных устройств не применяется. Поэтому допустимые падения напряжения на ступеньке не более 10В (при токе до 200 А) или 20В (100А).

Командоаппараты – устройства переключения в цепях управления ЭА (напр. контакторов, пускателей). Бывают с ручным приводом – ключи управления или с приводом контролируемым механизмом – нулевые, конечные выключатели.

Кнопки управления (рисунок 6.7) – ЭА, используемый для схем пуска цепей управления электромагнитных ЭА. Состоит из системы неподвижных 1 и подвижных 2 контактов, ручного (кнопка) привода 3, возвратного пружинного механизма 4.

43

На отключение на переменном токе дуга эффективно гасится при 500В за счет мостикового контакта. На постоянном токе дуга гаснет хуже (при 440В только 0,15А). Т.к. кнопка включает цепи управления электромагнитов переменного тока, то естественным требованием к ней является пропуск в замкнутом состоянии пусковых токов (напр. обмоток контакторов – до 60А). Желательным является отключение коммутируемой цепи не кнопкой, а более мощным ЭА, включенным последовательно с ней (например, контроллером).

Универсальные переключатели

Широко применяются неподвижные переключатели серии УП, устройство, секции которого показано на рисунке 6.8. Секция имеет два типовых разрыва, но возможно использование и одного вывода при присоединении внешней цепи к неподвижному контакту. В цепях с большим током и напряжением возможно последовательное включение двух секций. Номинальный ток переключателя 20А, число коммутируемых цепей до 16.

Относительно большая коммутирующая способность УП и большое число коммутируемых секций позволяет его широко использовать при пуске и реверсе асинхронных двигателей мощностью до 5 кВт при напряжении до

500В.

Широкое применение нашли переключатели управления, которые по устройству аналогичны УП, но имеют как фиксированные (два), так и нефиксированные (два) положения, из которых они автоматически возвращаются в фиксированные положения после того, как на его вал перестает действовать оператор. Переключатели управления выгодно использовать, если при включении какого-нибудь устройства (высоковольтный выключатель) необходимо проведение предварительных коммутационных операций.

Командоконтроллеры

Наибольшее распространение получили нерегулируемые или регулируемые кулачковые командоконтроллеры, принцип действия которых аналогичен принципу действия кулачкового силового контроллера. Его большим достоинством является независимость скорости размыкания контактов от скорости вращения вала. Это дает возможность использовать его как пусковой выключатель при малых скоростях вращения вала. В регулируемых командоконтроллерах моменты замыкания и размыкания могут устанавливаться с большой точностью (грубо – 180 установкой срабатывания на разных кулачках, точно – 10015' – овальностью отверстия крепления кулачка). Суммарная точность 250.

В командоконтроллере имеется возможность увеличить число коммутационных блоков до 3, а число коммутационных звеньев до 12, что дает возможность управлять сложными схемами автоматики электропривода. Привод может быть осуществлен специальным двигателем, что позволяет осуществить дистанционное управление командоконтроллером.

Промежуточное положение между пакетными переключателями управления общепромышленного исполнения и слаботочной аппаратурой

44

радиоэлектроники занимают переключатели серий ПУ, ПЕ и тумблеры. Они крепятся, как правило, фланцево на панелях пультов управления и имеют 2 или 3 положения, замыкая до 4 цепей при различных положениях контактов.

На рисунке 6.9 изображен тумблер с мостиковым роликовым контактом

(Iн=1,2А, Uн=220В, масса 30г).

ПУ и ПЕ имеют поворотный механизм привода на 2 или 3 положения

(Iн=5А, 220В,1А=110В).

Системы автоматического и программного управления машинами требуют многопозиционных, много цепных переключений – ПП - Iн=1А 380В=220В.

Часто используются радиотехнические галетные переключатели ПГК, ПГГ. Однако в настоящее время вместо них все шире используются клавишные

и кнопочные переключатели.

Путевые, конечные микропереключатели предназначены для

коммутации в цепях с небольшим током в зависимости от положения рабочего органа управляемого объекта. Разделяются на кнопочные, рычажные, шпиндельные. Конечные выключатели являются частным случаем путевых.

Микропереключатель – миниатюрный вариант путевого переключателя, обладающего высокой точностью позиционирования – (0,3-0,7)*10-3м.

Простейшим примером путевого выключателя является кнопка. Особенность ее в том, что скорость размыкания контактов та же, что и скорость контролируемого объекта, поэтому при малом токе главных

контактов гашение дуги происходит за счет изменения lд. При малой скорости расхождения контактов и большом токе дуга может не погаситься, поэтому

vmin 0,4 м/мин. схематический разрез широкоприменяемого

микропереключателя ВКМ-ВЗГ представлен на рисунке 6.10.

Два неподвижных контакта укреплены в пластмассовом корпусе, подвижный контакт 2 укреплен на конце пружины 3. Пружина состоит их двух частей: плоской и фигурной. Без нажатия подвижный контакт находится в верхнем положении; при нажатии происходит быстрый (0,01 сек) переброс подвижного контакта в нижнее положение. ВКМ отключает 2,5 А, 220в постоянного тока и 380В переменного тока. Для обеспечения надежной работы при большом ходе контролируемого органа применяются переключатели с рычажным приводом.

В заключении заметим, что хотя рассмотренные переключатели еще широко используются, но в настоящее время их вытесняют бесконтактные или герконовые выключатели, использующие магнитный датчик и полупроводниковое реле.

45

7РЕЗИСТОРЫ

Взависимости от назначения резисторы делятся на следующие группы: 1) пусковые; 2) тормозные;

3) регулировочные;

4) добавочные;

5) экономические;

6) разрядные;

7) балластные;

8) нагрузочные;

9) нагревательные;

10) заземляющие;

11) установочные.

1, 2, 6, 10 работают в кратковременном режиме и должны иметь большую

постоянную времени, особых требований по стабильности к ним не предъявляются. Остальные работают в длительном режиме и требуют

хорошего охлаждения для обеспечения надежности и стабильности (ТКу них должен быть минимален).

По материалу проводника различают металлические, керамические, угольные и жидкостные резисторы. Основные требования к материалу проводника резистора сводятся к следующим: max удельное сопротивление,

max рабочая температура, min температурный коэффициент , защитная пленка от окисления при работе на воздухе. По перечисленным требованиям наибольшее распространение получили: сталь, электротехнический чугун, листовая электротехническая сталь, нихром, другие сплавы (ОХ23Ю5).

Конструкция резисторов:

1) сводная спираль – не жесткая конструкция, что снижает tраб 1000С, T - постоянная времени мала, т.к. определяется теплоемкостью только спирали. Рекомендуется использовать при длительном режиме без перегрева I доп 3,21 d d , где – диаметра провода.

2) жесткая плоская спираль на каркасе tраб до 5000С, T - больше (т.к. теплоотвод дает и каркас). При d<0,3 мм канавка не делается; изоляция за счет окислов; широко применяется для двигателей малой мощности;

Pmax 150Вт, T=200-3000С.

3) рамочные элементы используются для пуска двигателей до 10 кВт,

Pmax 350Вт, материал – константан.

4) для мощных двигателей используют резисторы с намоткой спирали из ленты ОХ23Ю5 на ребро. Резисторы устанавливают в ящике. P 450Вт

46

при больших P резисторы соединяют параллельно; монтаж отводов

сварной; tдл 3000С; tкрат 8500С.

5) для очень больших двигателей применяют чугунные литые резисторы

– ЯС: tmax 4000С, их же применяют как пусковые. Блоки чугунных резисторов устанавливают в ящиках.

Выбор резисторов и схемы их соединения

Величина R пускового резистора выбирается с тем, чтобы не допустить толчков тока опасных для двигателя и вместе с тем обеспечить его разгон за

необходимое время, затем рассчитывают температуру tрезист с тем, чтобы она не превысила tдоп для данной конструкции. Т.к. во время пуска ток меняется,

то при малой длительности обтекания max током по сравнению с T резистора расчет ведут по эквивалентному току Iэ.т., тепловой эффект которого за время работы одинаков с реальным током. Тепловой расчет R громоздок, поэтому для типовых схем следует пользоваться таблицами (см. Л9-2, /1/). Для полного использования R по мощности необходимо максимально использовать теплоотводы ящиков. При последовательном соединении R должны иметь один и тот же ток. При параллельном соединении для полного использования по мощности необходимо, чтобы произведение длительного тока через резистор Iдл. на его R было одинаково для всех ветвей.

47

8 РЕОСТАТЫ

Различают: пусковые, регулирующие, нагрузочные, возбуждения. Первые должны иметь большую постоянную времени T – (для уменьшения габаритов), по стабильности особых требований нет, т.к. они работают в кратковременном режиме. По нормам он должен нагреваться до предельной температуры через 3 пуска.

К другим основным требованиям относятся стабильность и работа в длительном режиме. Основное распространение получили металлические реостаты с переключателями типа плоских, барабанных или кулачковых контроллеров. По виду охлаждения различают: воздушные, масляные, жидкостные. Первые охлаждаются конвективными потоками воздуха, кожух не

должен препятствовать циркуляции, tmax=1600С, применяются резисторы всех типов. При большой мощности контроллер ставится отдельно. Так для пуска двигателя постоянного тока с шунтовым или компаундным возбуждением мощностью до 42 кВт применяются реостаты серии РП или РЗП. В них кроме набора резисторов и контроллеров имеется включающий контактор (используемый и для нулевой защиты) – КМ, максимальное реле защиты от перегрузок – РМ, резисторы на фарфоре или рамочные.

Контроллер плоский с самоустанавливающимся мостиковым контактом .(слайд...)

На слайде приведена электрическая схема включения одного из реостатов. При пуске необходимо шунтовую обмотку возбуждения включить в сеть, а в якорную цепь полностью ввести резистор, сопротивление которого надо уменьшить по мере увеличения скорости электродвигателя.

Rэк - экономическое сопротивление - уменьшает мощность потребления обмоткой контактора и повышает напряжение отпускания. Холостые контакты защищают рабочие контакты от перекрытия. '' Стоп '' - позволяет осуществить дистанционное управление остановкой двигателя. Для выбора реостата необходимо знать мощность двигателя, условия пуска и вид нагрузки (запуск при полной или половинной мощности, вентиляторный режим нагрузки), Uпит. двигателя. Зная эти данные по таблицам выбирают величину реостата и элементы резисторов.

Масляные реостаты - реостат и контроллер в масле, что позволяет осуществить хорошее охлаждение, температура очень велика. Это позволяет иметь пусковые реостаты малых габаритов на большую мощность. Для устранения местного перегрева резисторы в виде свободных спиралей, работа ухудшена при tокр<00С (т. к. охлаждение ухудшается большой вязкостью масла). После трехкратного пуска двигателя необходимо охлаждение реостата до температуры окружающей среды, (1 час) - за счет медленного охлаждения масла, что является недостатком. При нагреве масло разлагается и ухудшает осадком теплоотвод, увеличивая Rпер. Контроллера, поэтому tдоп. 1150С. При

48

нормальной температуре масло положительно действует на контроллер: уменьшает износ контактов, дуга легче гаснет, малые силы трения позволяют увеличить нажатие контактов в 3- 4 раза токовую нагрузку контактов (что дает возможность сильно уменьшить габариты контроллера). Но работа только до тех пор, пока оно не начинает разлагаться при длительной работе или при высокой температуре. До 50 квт используют плоские вращательные контроллеры, при больших мощностях двигателей используют барабанный контроллер. Выбор реостата аналогичен выбору воздушных реостатов.

Жидкостные реостаты используются для регулирования угловой скорости очень мощных (до 600 квт) двигателей; охлаждение водяными радиаторами (рисунок 8.1).

49

9 КОНТАКТОРЫ

Двухпозиционный электрический аппарат для частых дистанционных коммутаций силовых цепей при различных режимах работы. Бывают контакторы с различным приводом: электромагнитным, пневматическим, гидравлическим.

Электромагнитный - нашли наибольшее применение в электроприводе постоянного тока (силовые и ускорения) коммутируют цепь постоянного тока. Переменного тока (50 Гц и увеличение частоты) коммутируют цепь переменного тока и магнитная система на переменном или постоянном токе. По характеру размыкания цепи бывают линейные, ускорения (закорачивают ступени пусковых сопротивлений). Различают - нормальные и тяжелые условия работы В зависимости от режима к контакторам предъявляют требования:

1.Высокая отключающая способность (до 10 Iн, иногда до 20 Iн).

2.Длительная работа при большой fоткл=240 - 600 вкл / час (нормальные условия работы) до 1200 и более (тяжелые).

3.Высокая электрическая (дуга) и механическая износоустойчивость от 1 до 25 млн. циклов.

4.Технологичность, малый вес, габариты.

5.Высокая надежность в эксплуатации.

Основные узлы:

1.Система главных контактов (HO, HЗ, НО + НЗ) - пальцевые, мостиковые.

2.Дугогасительные устройства.

3.Электромагнитная система - обеспечивает дистанционное выключение контактора, конструкция зависит от закона изменения тока в цепи управления и кинематической схемы (т. е. от тяговой характеристики).

4.Блок - контакты - осуществляют переключение в цепи управления,

блокировку и сигнализации (Iн< 20 А), обычно мостиковые НО и НЗ. Основные данные контакторов: номинальный ток главных контактов, предельно отключаемый ток, Uном, износостойкость, предельная частота включения, время включения, время отключения.

В зависимости от условий работы (ГОСТ 1126 - 70) для контакторов регламентируют категории А1 - А4 (переменного тока) Д1 - Д3 (постоянного тока).

А1, Д1 - работа в малоиндуктивных цепях, А2, А3, Д2 - для пуска двигателей

переменно тока (Iпуск=6 Iн) и постоянного тока (Iпуск=2,5Iн)

А4, Д3 - наиболее тяжелый режим (отключение заторможенного двигателя).

Рассмотрим контактор постоянного тока типа КПВ - 600 (рисунок 9.1). Система главных контактов - однополюсная. Главные контакты подвержены сильному износу, поэтому применяются перекатывающиеся контакты;

50

устранение вибраций за счет того, что контактная пружина создает предварительное нажатие равное половине конечного нажатия, все детали жестко закреплены.

При износе контактов сухарик - 1 неподвижного контакта заменяется на новый, а пластина подвижного контакта - поворачивается на 1800. На токах более 50 А контактор использует дугогасительные контакты - 2, 11 на которые дуга быстро загоняется с помощью магнитного дутья.

Особенность конструкции - соединение выводов подвижного контакта с корпусом, поэтому во включенном состоянии магнитопровод находится под напряжением (опасном даже в разомкнутом состоянии)!

Основной параметр КПВ Iн (100, 150, 300, 600 А). Iн - называется ток прерывисто-продолжительного режима работы (во включенном состоянии контактор может находиться не более 8 часов, затем несколько раз включается и отключается для освобождения главных контактов от CuO - и снова может быть включен)

При работе в шкафу Iн снижается на 10 % (т.к. охлаждение хуже). В продолжительном режиме при работе более трех часов Iн должен быть снижен

При отключении в повторно-переменном режиме большой индуктивной нагрузки длительно горит дуга, поэтому температура контактов может быть выше, чем в длительном режиме. Это должно быть учтено при выборе контактора.

Для реверса асинхронных двигателей с до 1200 применяется сдвоенная контактная система (контакторы КТПВ-500 - постоянного тока, с изоляцией подвижных контактов от корпуса).

Эти контакторы имеют преимущество при включении асинхронных двигателей, т.к. при отказе одного из контакторов напряжение подается только на один зажим двигателя. Контакторы с двухполюсной системой удобно использовать и для закорачивания сопротивлений в цепи ротора асинхронного двигателя.

Дугогасительное устройство в контакторах постоянного тока как правило использует магнитное дутье. Оно способствует резкому сокращению необходимого раствора контактов для малых токов и незначительно

увеличение В мало влияет, на требует большой мощности для создания магнитного поля и увеличение меди на катушку. Применение дутья на больших токах все же желательно, т.к. перемещение дуги по контактам увеличивает износостойкость.

Дутье бывает:

1. с последовательным включением катушки в цепь главных контактов.