книги / Электрические аппараты. Общий курс

Эквивалентный по теплу ток / р.ц за время цикла /р + tu можно найти из равенства:

(9-4а)

Из (9-4) и (9-4а) следует:

^э.н =: ^р.ц*

Таким образом, при сделанных допущениях эквива­ лентный по нагреву длительный ток равен току, эквива­ лентному по теплу за время одного цикла.

Тепловой расчет резисторов является громоздким и кропотливым делом, поэтому для типовых схем рекомен­ дуется выбирать резисторы по специальным таблицам, в которых величины сопротивлений и их ток выражены в зависимости от параметров двигателя [Л .9-2].

При компоновке реостата резисторы и ящики должны возможно полнее использоваться по нагреву, так как это позволяет уменьшить габариты аппарата. Для полного использования резисторов при последовательном соеди­ нении все они должны иметь один и тот же длительный ток.

При составлении схем реостатов для крупных двига­ телей приходится прибегать к схеме параллельного со­ единения.

Если резисторы соединяются параллельно, то падения напряжения на всех резисторах одинаковы и для их пол­ ного использования необходимо, чтобы произведение длительно допустимого тока на сопротивление для всех резисторов было одинаковой величиной.

Если один из реостатов, например га, имеет меньшее значение ia га, чем у остальных резисторов, то при номи­ нальной нагрузке этого резистора все остальные резисто­ ры будут недогружены по мощности.

9-5. Реостаты

а). Классификация реостатов и требования к ним. В зависимости от назначения реостаты делятся на пуско­ вые, пускорегулирующие, регулировочные, нагрузочные и реостаты возбуждения.

Пусковые реостаты и пусковая часть пускорегулирую­ щего реостата для уменьшения габаритов должны иметь большую постоянную времени. Особые требования к стабильности сопротивления не предъявляются. Эти реостаты предназначены для работы в кратковременном режиме. Согласно существующим нормам пусковой рео­ стат нагревается до предельной температуры после трех­ кратного пуска с интервалами времени между пусками, равными двойной длительности времени пуска.

Ко всем остальным реостатам предъявляются требо­ вания стабильности сопротивления. Они должны быть рассчитаны на работу в длительном режиме. В цепях электропривода наибольшее применение получили рео­ статы с металлическими резисторами. В качестве пере­ ключающих устройств используются плоские, барабан­ ные и кулачковые контроллеры (при больших мощностях).

По виду охлаждения различают воздушные реостаты, масляные, с принудительным масляным или водяным охлаждением.

б) Конструкция реостатов с воздушным охлаждением. В рео­ статах с воздушным охлаждением переключающее устройство и элементы резисторов располагаются в воздухе так, чтобы обеспе­ чить наилучшие условия охлаждения при малых габаритах. Кон­ вективные потоки воздуха, перемещаясь снизу вверх, омывают резисторы. Кожухи, закрывающие реостат, не должны препятство­ вать циркуляции охлаждающего воздуха. Максимальная темпера­ тура кожуха не должна превышать 160°С. Температура контактов

Для пуска двигателей постоянного тока с шунтовым или компаундным возбуждением при мощности до 42 кВт применяются реостаты серий РП и РЗП. В этих реостатах, помимо резисторов и контроллера, имеются: включающий контактор, который исполь­ зуется для нулевой защиты, и максимальное реле для защиты от перегрузок. В этих реостатах используются резисторы на фарфоро­ вом каркасе и рамочные элементы. Переключающее устройство вы­ полнено в виде плоского контроллера с самоустанавливающимся подвижным мостиковым контактом, имеющим вращательное дви­ жение. На гетинаксовой плите, кроме контроллера, располагается малогабаритный контактор КМ и максимальное реле мгновенного действия РМ. Узлы реостата смонтированы на стальном основании. Реостат закрыт кожухом, который защищает реостат от попадания капель воды, но не препятствует свободному протоку воздуха. Элек­ трическая схема включения одного из типов реостата дана на рис. 9-17.

При пуске двигателя необходимо шунтовую обмотку возбуж­ дения присоединить к напряжению сети, а в цепь якоря ввести пус­ ковой резистор, сопротивление которого с помощью контроллера уменьшается по мере увеличения частоты вращения двигателя. Под­ вижный мостиковый контакт 16 замыкает неподвижный контакт О—13 с токосъемными шинками 14, 15, имеющими форму дуг окруж­ ности.

В нулевом положении подвижного контакта обмотка контак­ тора КМ закорочена, контактор отключен и напряжение с двигате­ ля снято. В третьем положении на катушку контактора подается

Рис. 9-17. Пусковой реостат с плоским контроллером.

полное напряжение, он срабатывает и замыкает свои контакты. При этом на обмотку возбуждения машины подается полное на­ пряжение, а в цепь якоря включен полностью пусковой резистор. В последнем положении пусковое сопротивление полностью вы­ ведено.

В случае перегрузки двигателя срабатывает максимальное ре­ ле РМ, которое разрывает цепь катушки КМ. При этом контактор КМ отключается и обесточивает двигатель. После отключения дви­ гателя контакты РМ снова замкнутся, однако контактор КМ не включится, так как после отключения КМ нижний вывод его ка­ тушки теряет питание. Для повторного пуска необходимо поставить подвижный контакт контроллера в нулевое положение или хотя бы во второе положение. Резистор R3к уменьшает мощность, потреб­ ляемую обмоткой, и повышает напряжения отпускания контактора.

При нормальном отключении двигателя подвижный контакт пе­ реводится в нулевое положение.

При снижении напряжения в сети якорь контактора отпадает и происходит отключение двигателя от источника. Таким образом осуществляется м и н и м альн ая защ ита. Холостые контакты /, 2, 4, 5 защищают контроллер от возникновения между контак­ тами электрической дуги с большим током [Л. 9-1]. Схема реоста­ та позволяет осуществлять дистанционное отключение двигателя. Кнопка Стоп с размыкающим контактом включается в цепь катуш­ ки контактора (так же, как контакт реле РМ).

Для выбора реостата необходимо знать мощность двигателя, условия пуска и вид нагрузки (запуск при полной или половинной мощности, вентиляторный характер нагрузки), напряжение питания двигателя.

Зная эти параметры, с помощью таблиц выбираем величину реостата и номера элементов резисторов.

Аналогичную конструкцию и схему имеют пускорегулирующие реостаты. После окончания пуска двигателя тот же подвижный кон­ такт при дальнейшем вращении управляющей рукоятки изменяет сопротивление резистора в цепи возбуждения двигателя.

в) Масляные реостаты. В масляном реостате металлические элементы резисторов и контроллер располагаются в трансформатор­ ном масле. По сравнению с воздухом масло обладает значительно большей удельной теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Благодаря этому оно эффективно отбирает тепло от нагревающейся проволоки. Поскольку в процессе нагрева принимает участие боль­ шое количество масла, постоянная времени реостата резко возрас­ тает, что позволяет создать пусковые реостаты малых габаритов на большую мощность двигателя.

Для предотвращения местных перегревов проволоки и улучше­ ния теплового контакта проволоки с маслом в реостатах применяют элементы в виде свободной спирали, проволочные и ленточные поля, зигзагообразные элементы из электротехнической стали и чугуна.

Следует отметить, что при температурах ниже 0°С охлаждающая способность масла из-за повышения вязкости резко ухудшается. Поэтому масляные реостаты нельзя применять при отрицательной температуре окружающей среды.

Поверхность охлаждения масляного реостата определяется в основном цилиндрической поверхностью кожуха. Эта поверхность меньше поверхности охлаждения проволоки. Поэтому масляные рео­ статы нецелесообразно использовать для длительного режима. Ма­ лая допустимая температура нагрева масла также ограничивает мощность, которую может рассеять реостат.

После того как реостат произвел трехкратный пуск двигателя, необходимо, чтобы он снова охладился до температуры окружаю­ щей среды. Этот процесс длится около 1 ч. Поэтому масляные рео­ статы используются для редких пусков.

При нагреве масло разлагается и продукты разложения оседа­

быть выше 115°С.

Контакты переключающего контроллера также .находятся в мас­ ле. Наличие масла резко уменьшает коэффициент трения между кон­ тактами. При этом уменьшается износ контактов, уменьшается мо­

мент на рукоятке управления.

Малые силы трения позволяют увеличить нажатие контактов и в 3—4 раза увеличить токовую нагрузку контакта. Это дает воз­

можность резко снизить габариты переключающего устройства и все­ го реостата в целом.

Наличие масла улучшает условия гашения дуги между кон­ тактами, если реостат должен окончательно разрывать цель или вводить сопротивление. Однако масло играет и отрицательную роль в работе контактов при длительном режиме. Продукты разложения масла, оседая на поверхности контактов, увеличивают переходное сопротивление и, следовательно, температуру самих контактов. В ре­ зультате процесс разложения масла будет идти более интенсивно. Контакты рассчитываются так, чтобы температура их не превыша­ ла 125°С.

Масляные реостаты широко применяются для пуска в ход трех­ фазных асинхронных двигателей с фазным ротором. При мощно­ стях двигателей до 50 кВт используются плоские контроллеры с круговым движением подвижного контакта (рис. 9-17).

При больших мощностях применяется барабанный контроллер. По требованию заказчика реостаты могут иметь блок-контакты для сигнализации о положении контактов аппарата и блокировки с линейным контактором в цепи статора двигателя. Если реостат не стоит на нулевой позиции (когда в роторе включено максималь­ ное сопротивление), цепь включающего электромагнита линейного контактора разомкнута и напряжение на двигатель не может быть

подано.

В конце пуска двигателя реостат должен быть полностью вы­ веден, а ротор закорочен, так как элементы рассчитаны на кратко­ временный режим работы. Чем больше мощность двигателя, тем большее число ступеней имеет реостат, так как двигатели большой мощности разгоняются медленно.

Для выбора реостата необходимо иметь следующие данные: мощность двигателя Рн; напряжение Up на заторможенном ро­ торе при номинальном напряжении на статоре; номинальный ток ротора /н.р; условия пуска (при полной мощности или при поло­

винной).

Знание этих параметров позволяет однозначно выбрать реостат с помощью данных, приведенных в каталогах [Л. 9-2].

Недостатками масляного реостата являются малая допустимая частота пусков из-за медленного охлаждения, загрязнение помеще­ ния, возможность воспламенения масла. Масляные реостаты реко­ мендуется применять во взрывобезопасных помещениях для редко­ го пуска двигателей (не более 2—3 пусков час).

статы с элементами и переключающим устройством, рассчитанными на большую, длительно рассеиваемую мощность (порядка 500—

600кВт).

Металлические реостаты с воздушным охлаждением получают­

ся очень громоздкими. Усложняется вопрос отвода тепла, выделя­ ющегося в элементах. Для переключения резисторов приходится ис­ пользовать сложную систему управления с применением мощных контакторов.

При мощностях более 3000 кВт целесообразен переход на жид­ костные реостаты. В этом случае резистивным материалом служит раствор электролита. Сопротивление такого реостата может изме­ няться либо за счет расстояния между электродами, погруженны­ ми в электролит, либо за счет изменения площади электродов.

Удельное сопротивление электролита зависит от температуры. По­ этому для стабилизации сопротивления реостата необходимо, чтобы рабочая температура электролита мало менялась.

Тепло, выделяющееся в электролите, отводится с помощью спе­ циальных радиаторов-труб, по которым протекает охлаждаю­ щая вода.

Г л ава д е с я т а я КОНТАКТОРЫ

10-1. Общие сведения

К о н т а к т о р — это двухпозиционный аппарат, пред­ назначенный для частых коммутаций токов, которые не превышают токов перегрузки соответствующих электри­ ческих силовых цепей. Замыкание или размыкание кон­ тактов контактора может осуществляться двигательным (электромагнитным, пневматическим или гидравличе­ ским) приводом. Наибольшее распространение получили э л е к т р о м а г н и т н ы е к о н т а к т о р ы .

руют цепь переменного тока. Электромагнит этих контак­ торов может быть выполнен либо для работы на перемен­ ном токе, либо для работы на постоянном токе. В связи с повышением производительности труда в настоящее время схемы электрического привода требуют до 1200 и более включений в час. Этот режим работы является наиболее тяжелым. При каждом включении и отключении происходит износ контактов (§ 3-2). Поэтому принимают­ ся меры к сокращению длительности горения дуги при отключении и к устранению вибрации при включении. Большая частота операций требует высокой механиче­ ской стойкости электромагнитного механизма контакто­ ра. Способность аппарата обеспечить работу при боль­ шом числе операций характеризуется износостойкостью. Различают механическую и коммутационную износостой­

этом равен нулю. К современным контакторам предъяв­ ляется очень высокое требование к механической износо­ стойкости (10—20) 10б операций.

К о м м у т а ц и о н н а я и з н о с о с т о й к о с т ь опре­ деляется числом включений и отключений цепи с током, после которого требуется замена износившихся контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка 2—3 млн. операций. Эти требо­ вания очень высоки (часть выпускаемых в настоящее время контакторов имеет коммутационную износостой­ кость Ы 0 б операций и менее).

Наряду с высокой механической и коммутационной износостойкостью контакторы должны иметь малую мас­ су и размеры. Зона выхлопа раскаленных газов дуги должна быть возможно малой, что позволяет сократить размеры всей установки в целом. Детали, наиболее быстро подвергающиеся износу, должны быть легко доступны для замены. Общие технические требования к контакторам изложены в ГОСТ 11206-70.

Контактор имеет следующие основные узлы: контакт­ ную систему, дугогасительную систему, электромагнит­ ный механизм, систему блок-контактов.

При подаче напряжения на обмотку электромагнита якорь притягивается. Подвижный контакт, связанный с якорем, производит замыкание или размыкание главной цепи. Дугогасительная система обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Кроме главных контактов, контактор имеет несколько вспомогательных слаботочных контактов (блок-контактов) для согласования работы контактора с другими аппаратами или для включения в цепь управле­ ния самого контактора.

Основные данные контакторов и пускателей: номи­ нальный ток главных контактов, предельный отключае­ мый ток, номинальное напряжение, механическая изно­ состойкость, электрическая износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения, собственное время отключения.

В зависимости от условий работы ГОСТ 11206-70 регламентирует категории А\, А2, А3, А4 для контакторов переменного тока и Du D2, Dz для контакторов постоян­ ного тока. Категории А\ и D\ соответствуют режиму ра­ боты в малоиндуктивных цепях. Категории Л2, Л3 и D2 относятся к пуску и остановке двигателей переменного

(/пуска до 6 / н) и постоянного (/пуска до 2,5 / н) тока. Наи­ более тяжелые режимы предусмотрены для категорий А4 и Da. В этом случае контактор может отключать **- торможенный двигатель (см. § 10-4).

10-2. Устройство контактора с управлением от сети постоянного тока

а) Коммутирующее устройство. Контакты аппарата подвержены наиболее сильному электрическому и меха­ ническому износу ввиду большого числа операций в час и тяжелым условиям работы. С целью уменьшения изно­ са преимущественное распространение получили линей­ ные перекатывающиеся контакты. Принцип их работы рассмотрен в § 3-4.

Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, равное при­ мерно половине конечной силы нажатия. Большое влия­ ние на вибрацию оказывает жесткость крепления непод­ вижного контакта и стойкость к вибрациям всего кон­ тактора в целом. В этом отношении очень удачна конструкция контактора серии КПВ-600 (рис. 10-1). Н е­ подвижный контакт 1 жестко прикреплен к скобе 2. Один конец дугогасительной катушки 3 присоединен к этой же скобе. Второй конец катушки вместе с выводом 4 надеж­ но скреплен с изоляционным основанием из пластмассы 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6, кото­ рая является основанием аппарата. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пла­ стины имеет возможность поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому пластина может перека­ тываться по сухарю неподвижного контакта 1. Вывод 9 соединяется с подвижным .контактом 7 с помощью гиб­ кого проводника (связи) 10. Контактное нажатие созда­ ется пружиной 12.

При износе контактов сухарь 1 заменяется новым, а пластина подвижного контакта поворачивается на 180° и неповрежденная сторона ее используется в работе.

Для уменьшения оплавления основных контактов ду­ гой при токах более 50 А контактор имеет дугогаситель­ ные контакты — рога 2, И . Под действием магнитного поля дугогасительного устройства опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с непод­ вижным контактом 1, и на защитный рог подвижного