Методические указания

1.2.1. Выбор рубильников

Рубильники служат для замыкания и размыкания вручную электрических цепей переменного тока напряжением до 500 В и постоянного тока напряжением до 440 В.

Рубильники выбирают по номинальному току и напряжению.

Технические данные рубильников приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Примечание: первая цифра в обозначении типа аппарата (см. таблицу 1.2.) соответствует числу полюсов, вторая соответствует его величине по току: 1–100 А, 2–250 А, 4–400 А, 6–600 А.

В таблице показаны аппараты только на 100 А. Рубильники типа Р изготавливаются без дугогасительных камер и могут работать только в качестве разъединителей, т.е. размыкать обесточенные электрические цепи. Рубильники прочих типов изготовляются с дугогасительными камерами и могут коммутировать электрические цепи под нагрузкой.

1.2.2. Выбор плавких предохранителей

Предохранители предназначены для защиты электрооборудования и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, включаемая последовательно в цепь тока. При увеличении тока линии выше определенной величины температура плавкой вставки повышается и происходит ее расплавление, цепь тока разрывается, предотвращая выход из стоя электрооборудования и проводников.

При выборе плавких предохранителей следует обеспечить выполнение двух основных условий.

Первое условие – номинальный ток плавкой вставки ( ) должен быть больше или равен длительному расчетному току цепи ( ):

.

Второе условие связано с необходимостью предотвращения перегорания плавкой вставки от кратковременных бросков тока, вызванных например пуском двигателя. То есть ток, текущий через плавкую вставку может кратковременно превышать номинальной значение тока вставки. Зависимость времени расплавления вставки предохранителя от его тока есть времятоковая зависимость (защитная характеристика), которая представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Времятоковая характеристики предохранителей серии ПН2

В широкой практике, когда не располагают ни точным знанием длительности разгона или графиком работы установки, ни точной защитной характеристикой предохранителя, принято руководствоваться следующим:

а) при защите двигателя с нечастыми пусками при длительности пускового периода не более 2-2,5 секунд:

;

б) при защите двигателя с частыми пусками или с большой длительностью пускового периода:

.

Выбор предохранителей осуществляется согласно таблице 1.3.

Таблица 1.3.

Данные некоторых плавких предохранителей серии ПН-2

Плавкими предохранителями так же защищают цепи управления электродвигателей. В данном случае они должны обесточить цепь управления при возникновении в ней коротких замыканий.

Выбор плавких вставок для цепи управления с напряжением можно произвести по формуле:

или

,

где и – соответственно наибольшие суммарные мощность и ток, потребляемые катушками аппаратов, сигнальными лампами и т.д. при одновременной работе, В×А или Вт;

Таким образом, плавкий предохранитель, предназначенный для защиты цепи управления, выбирается в последнюю очередь, после выбора остальных элементов управления и расчёта потребляемого ими тока.

Параметры некоторых предохранителей серий ПР-2 и НПН приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4.

Данные некоторых плавких слаботочных предохранителей

Примечание: предохранители типа ПР-2 – разборные, без наполнителя; предохранители типа НПН-2 – неразборные, с наполнителем в стеклянном корпусе круглого сечения.

Быстродействующие предохранители серий ПП-57 и ПП-59 предназначены для защиты полупроводниковых приборов тиристорного преобразователя.

Особой характеристикой быстродействующего предохранителя является интеграл квадрата тока (интеграл Джоуля). Для эффективной защиты необходимо чтобы полный джоулев интеграл предохранителя был меньше джоулева интеграла защищаемого прибора, поэтому предохранитель должен работать с большем токоограничением.

Технические данные быстродействующих предохранителей приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Данные некоторых быстродействующих предохранителей

1.2.3. Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для коммутации цепей (с токами от единиц ампер до десятков тысяч) и защиты от токов коротких замыканий и перегрузки электрических линий и потребителей энергии.

В качестве элементов защиты в автоматах применяются мгновенные электромагнитные реле, электромагнитные реле с выдержкой времени и тепловые реле. Обычно реле защиты называются расцепителями.

Выбор автоматов производится по номинальному току, номинальному напряжению, максимальному допустимому току короткого замыкания. Следует различать номинальный ток самого автомата – его контактов и прочих токоведущих частей – и номинальный ток встроенного в него расцепителя. Для большинства автоматов на один и тот же номинальный ток возможна установка расцепителей на меньшие номинальные токи.

Уставка на ток мгновенного срабатывания, или тока отсечки, означает, что при данном токе срабатывает электромагнитный расцепитель данного выключателя.

Для защиты цепей управления можно применить автоматические выключатели на номинальное постоянное напряжение 220В. Автоматы подобного рода следует выбирать из таблицы 1.6.

Таблица 1.6.

Автоматические выключатели

Для защиты от перегрузок и коротких замыканий на первичной стороне трансформатора ( ) устанавливается трёхфазный автоматический выключатель АВ1, а на стороне постоянного тока устанавливается двухполюсный автоматический выключатель АВ2. Для тиристорных электроприводов широкое распространение получили автоматы серии А3700. Выбор автоматов производить согласно таблице 1.7.

Таблица 1.7.

Автоматические выключатели серии А3700

1.2.4. Выбор командоаппарата

Командоаппараты представляют собой многосекционные кулачковые аппараты для разно- и одновременной коммутацией нескольких цепей. Командоаппараты способны коммутировать токи до 10..15 А при напряжении до 500 В и 440 В (постоянное).

Выбор командоаппаратов осуществляется по номинальному току и номинальному напряжению.

Данные командоаппаратов можно найти в таблице 1.8.

Таблица 1.8

Данные некоторых командоаппаратов

1.2.5. Выбор контакторов

Контактором называется электрический аппарат для многократного дистанционного включения и отключения силовой электрической нагрузки переменного и постоянного токов, а также редких отключений токов перегрузки. Ток перегрузки составляет 7-10 кратное значение по отношению к номинальному току.

Контакторы постоянного и переменного тока, как правило, имеют конструктивные отличия, поэтому не взаимозаменяемы.

В контакторах не предусмотрены защиты, присущие автоматическим выключателям и магнитным пускателям. Контакторы обеспечивают большое число включений и отключений (циклов) при дистанционном управлении ими. Число этих циклов для контакторов разной категории изменяются от 30 до 3600 в час.

Контакторы имеют главные (силовые) контакты и вспомогательные или блок-контакты, предназначенные для организации цепей управления и блокировки.

Выбор контакторов осуществляется по номинальным значениям напряжения и тока коммутируемой силовой цепи; по напряжению обмотки катушки контактора (должно соответствовать напряжению цепи управления). Также стоит учесть время срабатывания и отключения аппарата, и его допустимую частоту срабатывания (циклы в час) в соответствии с требуемыми условиями работы электропривода.

Технические данные некоторых контакторов приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9

Характеристики контакторов постоянного тока

1.2.6. Выбор реле максимального тока

Токовые реле, или реле максимального тока, применяются для защиты двигателей от внезапных перегрузок при заклинивании приводимого механизма.

Выбор токового реле осуществляется по значению максимально допустимого тока двигателя (уставка по току срабатывания максимального реле должна быть больше максимально допустимого тока двигателя, но не должна значительно превышать это значение). Так же, при выборе необходимо учесть значения коммутируемого тока и напряжение цепи управления.

Реле серии РЭВ-570 применяются в качестве реле максимального тока в основном для защиты электродвигателей постоянного тока от токов короткого замыкания.

Технические данные максимальных реле серий РЭВ-570 и РТ40 приведены в таблице 1.10.

Таблица 1.10

Характеристики реле максимального тока

1.2.7. Выбор реле минимального тока

В качестве минимального токового реле в цепях постоянного тока применяют реле контроля тока РЭВ-830.

Выбор производится по минимально допустимому току обмотки возбуждения двигателя. Втягивающие катушки реле изготавливаются на номинальные токи: 1,6; 2,5; 6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 320; 400; 630 А. При этом реле могут быть отрегулированы на ток втягивания в пределах 30-80% от номинального тока катушки.

1.2.8. Выбор реле напряжения

Защита двигателя от снижения напряжения применяется для предотвращения перегрева двигателя при глубоких уменьшениях напряжения питающей сети.

При коротких замыканиях в сети происходит падение напряжения на двигателе, а ток в якорной цепи возрастет, что приводит к срабатыванию токовой защиты. При перерыве подачи напряжения более 0,5 с самозапуск двигателя станет невозможным благодаря срабатыванию реле напряжения.

В качестве нулевой защиты в двигателях постоянного тока применяются реле напряжения серий ЭРЭ-100, Р100Е, РЭ-500, РЭВ820 и современный отечественный аналог РЭ14.

Реле РЭ14 исполняются одностабильными, и выпускаются с 2 контактами: 1 замыкающий и 1 размыкающий либо 2 замыкающих, или с 4 контактами: 2 замыкающих и 2 размыкающих либо 4 замыкающих. Втягивающие катушки исполняются на номинальные напряжения: 24, 48, 110, 220 В. Реле РЭ14 допускают регулировку напряжения срабатывания в пределах 25..80% от номинального напряжения катушки. Коэффициент возврата реле не нормируется. Потребляемая мощность реле РЭ14 не более 30 Вт, а коммутируемое напряжение и ток – 440 В и 16 А соответственно.

Выбор реле осуществляется по номинальному напряжению катушки, которое должно соответствовать номинальному напряжению питающей сети, и по напряжению и току коммутируемой цепи.

Рис. 1.4. Характеристики напряжения на РПВ и РПН

Так же необходимо выбрать реле противовключения (РПВ и РПН). Обычно сопротивление противовключения R_п равно половине общего сопротивления реостата R. Для такого случая верен график, приведенный на рисунке 1.4.

Сопротивление противо­вклю­че­ния должно вводится при отри­цатель­ных скоростях для ограничения тока якоря двигателя. Как видно из рисунка, при отрицательных скоростях двигателя напряжение на реле будет менее половины номи­наль­ного, а при положительных – более половины номинального напряжения. Следовательно, необ­хо­димо чтобы при отрицательных скоростях присутствовало сопро­тив­ление R_п, а при положительных – отсутствовало. Такое возможно при срабатывании реле при напряжении равном половине номинального, но для надежности работы напряжение втягивание реле выбирают из условия:

. (1.1)

1.2.9. Выбор реле времени

Главной характеристикой реле времени является диапазон выдержки времени. Для схемы электропривода постоянного тока с запуском двигателя в две ступени, время выдержки реле времени можно определить из основного уравнения движения:

, (1.2)

где – момент двигателя, Н∙м;

– статический момент, Н∙м;

– момент инерции, Н∙м².

Для эффективного и безопасного пуска двигателя при номинальной нагрузки задаются следующими токами переключения пускового реостата:

– максимальный ток ;

– ток переключения .

Из курса электрического привода известно, что . Для схемы ДПТ параллельного возбуждения (рис. 1.2), при номинальном напряжении питающей сети, произведение , таким образом, выполняется соотношение: .

Задавшись токами , , находят соответствующие им моменты и .

Решив основное уравнение движения относительно времени , получим:

, (1.3)

где – скорость идеального холостого хода;

– момент короткого замыкания.

Рис. 1.5. Пусковая диаграмма двигателя

Скорость идеального холостого хода можно найти по формуле:

. (1.4)

Для момента короткого замыкания справедливо равенство:

, (1.5)

где – полное сопротивление якорной цепи двигателя.

Величины ступеней пусковых сопротивлений находят по любому методу, известному из курса электропривода.

На практике, приблизительно можно считать, что на первой ступени двигатель разгоняется в течении 0,5 – 3 секунд; время разгона на второй ступени в 3 раза меньше (для двухступенчатого пуска). Причем, чем больше маховые массы механизма и чем меньше передаточное число от двигателя к механизму, тем больше будет время разбега.

Кроме того, выбор реле времени осуществляется по номинальному напряжению катушки и по коммутируемому току и напряжению.

Для схемы управления электроприводом, представленной на рис. 1.2 можно применить реле времени различного типа, например, представленные в таблице 1.11.

Таблица 1.11

Параметры реле времени

1.3. Принцип работы схемы управления
двигателем постоянного тока

Подготовка схемы к работе

Последовательно включаются автоматы АВ1, АВ2, рубильник 1Р и автомат QF. Получает питание обмотка возбуждения ОВД и, если командоаппарат (КУ) находится в нулевом положении, получают питание реле времени 1РУ и 2 РУ. Если ток возбуждения больше уставки срабатывания реле нулевого тока РНТ, то его контакт в цепи реле нулевого напряжения РН замкнут и РН срабатывает.

Работа схемы при пуске

Пуск осуществляется в функции времени в две ступени. В осуществлении пуска участвуют следующие реле ускорения 1РУ, 2РУ, контакторы 1У, 2У. Для пуска в направлении «Вперед» («В») необходимо перевести КУ в положение «В». При этом разомкнется его контакт К1 и замкнутся К2 и К3. Контакт КУ К1 зашунтирован замыкающимся контактом РН. Значит разрыв в цепи К1 не изменит состояние схемы. Через контакты К2 и К3 получат питание Л и В и подключат двигатель к сети через пусковой резистор. Реле противовключения вперед РПВ подключен так, что после включения В и Л срабатывает, его контакт в цепи П замыкается. И, в свою очередь, П шунтирует часть резистора R_п, который в пуске не участвует. Далее 1РУ и 2РУ в соответствии с заложенной в них выдержкой времени подключают 1У и 2У, а те, в свою очередь, выводят пусковые резисторы R₁, R₂.

Работа схемы при реверсе

Предположим, что предварительно привод разогнался и работал на естественной характеристике в точке с координатами ( ; ), вращаясь в направлении «Вперед». Перевод двигателя для вращения в направлении «Назад» производится переключением КУ из «В» в «Н». При этом в нулевом положении контакты К2 и К3 размыкаются и В, П, 1У, 2У теряют питание.

Значит, в цепь якоря вводится всё сопротивление (R_п+R₁+R₂). В положении «Н» у КУ замкнуться контакты К2 и К4 и подключат контакторы Л и Н. Реле РПВ останется отключенным, РПН не включится до тех пор пока скорость не уменьшиться до нуля. Когда напряжение на РПН достигнет величины срабатывания, он сработает и подключит цепь питания П, 1У, 2У. П включается сразу и шунтирует R_п, а 1У и 2У осуществляют совместно с 1РУ и 2РУ разгон привод в две ступени в направлении «Назад».