Пускорегулирующая и сигнальная аппаратура

Контактор - это двухпозиционный коммутационный аппарат с самовозвратом, предназначенный для частых коммутаций токов, не превышающих токи перегрузки, и приводимый в действие приводом.

Электромагнитные контакторы нашли широкое применение в электроустановках. Включение контактной системы в них осуществляется электромагнитом.

В зависимости от режима работы контакторы различаются по катего­риям применения: на переменном токе АС-1, АС-2, АС-3, АС-4, на постоянном токе ДС-1, ДС-2, ДС-3, ДС-4, ДС-5 (ГОСТ 11206-77Е). Контакторы категории АС-1 рассчитываются на применение в цепях электропечей сопротивления и коммутируют только номинальный ток. Контакторы категории АС-2 рассчитываются на пуск электродвигателей с фазным ротором и коммутируют ток 2,5I_ном. Контакторы категории АС-3 рассчитываются на пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором и на отключение вращающихся электродвигателей и коммутируют ток 6-10I_ном. Контакторы категории АС-4 рассчитываются на пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором и на отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, они коммутируют токи 6-10I_ном.

Пускатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для пуска останова и защиты электродвигателей.

Магнитные пускатели состоят из электромагнитного контактора, встроенных тепловых реле и вспомогательных контактов. Наиболее распространенными сериями являются ПМБ, ПМА, ПА. Пускатели могут быть реверсивными и нереверсивными, в открытом, защищенном и пылебрызгонепроницаемом исполнении, с тепловыми реле и без них. Магнитные пускатели применяются для управления электродвигателями переменного тока напряжением до 660 В, мощностью до 75 кВт.

Контроллеры. Контроллеры для управления двигателями крановых механизмов по принципу работы разделяются на два вида: непосредственного управления (силовые, замыкающие или размыкающие силовые цепи двигателя с помощью контактных устройств контроллера с ручным приводом); дистанционного управления (магнитные, управляемые с помощью командоконтроллеров, переключающих цепи управления).

Силовыми контроллерами служат кулачковые контроллеры переменного тока ККТ (рисунок 2, а, б). Основные части кулачкового контроллера: контактные элементы и вал 8 с кулачковыми шайбами 7. Каждый контактный элемент состоит из основания 4, подвижного рычага 5 с роликом и подвижным контактом и приводной пружины 6, обеспечивающей замыкание подвижного контактов. Контактные элементы крепятся к корпусу 3 контроллера. Вал с кулачковыми шайбами (кулачковый барабан) вращается в подшипниках, закрепленных в корпусе контроллера. Кулачковый барабан поворачивается рукояткой 1, насаженной на выступающий конец вала. Контроллеры ККТ - двухрядные, т.е. каждая шайба кулачкового барабана управляет одновременно двумя контактными элементами. Пока ролик рычага 5 контактного элемента находится во впадине кулачковой шайбы 7, контакты замкнуты под действием пружины 6. Если вал повернуть в такое положение, что ролик будет находиться на гребне кулачка, рычаг 5 повернется и контакты разомкнутся. Применяя шайбы различного профиля, получают необходимую последовательность замыкания и размыкания контактов. Контроллеры имеют фиксирующий механизм, благодаря которому остановка вала кулачкового барабана происходит в положении, соответствующем полному замыканию или полному размыканию контактов. Токоведущие элементы контроллеров закрываются съемными крышками Силовые контроллеры выпускаются двух видов: для управления одним и двумя двигателями. Контроллеры первого вида имеют четыре контактных элемента для замыканий статорной цепи двигателя, три контактных элемента цепи управления и пять или семь контактных элементов для замыкания роторной цепи. Контактные элементы статорной цепи двигателя у них закры­ваются перегородками из теплостойкого материала. Контроллеры для управления двумя двигателями не имеют контактов статорной цепи. У этих контроллеров три контакта цепи управления и две самостоятельные группы контактов роторной цепи отдельно для каждого элек­тродвигателя. Статоры двигателей включаются в сеть с помощью специальных электромагнитных аппаратов - реверсоров.

Магнитные контроллеры предназначены в электрооборудовании мостовых кранов для управления электроприводом на расстоянии. Все переключения в них осуществляются при помощи контакторов. Магнитный контроллер обладает рядом преимуществ по сравнению с силовым контроллером. Магнитным контроллером любой мощности управляют с помощью малогабаритного командоконтроллера без применения значительного усилия машиниста (крановщика). Контакторы магнитных контроллеров более износоустойчивые, чем контакты кулачковых контроллеров. Применение магнитных контроллеров позволяет автоматизировать опе­рации пуска и торможения двигателя, что упрощает управление приводом и предохраняет двигатель от перегрузок. В комплект магнитных контроллеров асинхронными двигателями трехфазного переменного тока с фазным ротором, входят командоконтроллер (рисунок 2, а, б), контакторная панель (рисунок 2, в) и пускорегулирующие резисторы. В отличие от силового контроллера командоконтроллер (рисунок 2, а, б) не имеет контактов, рассчитанных на прохождение больших токов. Взамен них применены контактные мостики.

Для управления двигателями всех механизмов на кранах последних моделей применяют комплектные магнитные контроллеры, в которых кроме аппаратов управления и защиты установлены выпрямители, магнитные усилители и трансформаторы; все электрооборудование размещено в нескольких пылебрызгозащищенных шкафах, установленных на общем каркасе; в верхней части каркаса помещаются пускорегулирующие реостаты всех двигателей. Для управления катушками контакторов и реле магнитного контроллера обычно служит командоконтроллер. Командоконтроллер имеет такой же принцип работы, как и кулачковый контроллер ККТ, но количество переключаемых цепей у него меньше, а контакты мостикового типа имеют небольшие размеры и рассчитаны на небольшой ток.

а	в
б
Рисунок 2 - Кулачковый контроллер (а) и его контактная система (б), магнитный контроллер (в) 1 - рукоятка; 2 - крышка; 3 - корпус; 4 - основание контактного элемента; 5 - подвижный рычаг; 6 - приводная пружина; 7 - кулачковая шайба; 8 - вал; 9 - реверсивный магнитный пускатель; 30, 15 - нереверсивные магнитные пускатели; 11- набор зажимов на 10 клемм; 12 - реле максимального тока; 13 - каркас; 14 - реле времени постоянного тока.

Магнитные контроллеры (рисунок 2, в) представляют собой панель (раму) в открытом или защищенном исполнении, на которой размещены контакторы, реле управления, плавкие предохранители и другие аппараты управления и электрической защиты.

Конечные выключатели. Среди применяемых на мостовых кранах видов электрооборудования особое место занимают конечные выключатели (рисунок 3), непосредственно связанные с обеспечением безопасной работы кранов. На мостовых кранах применяют выключатели типов КУ, ВК, ВУ, ВПК. Обозначение выключателя ВПК-2110 расшифровывается как выключатель путевой конечный (ВПК), номер серии 2, первой степени защиты от воздействия окружающей среды, с одной цепью, нулевого исполнения приводного механизма.

Концевые выключатели служат для ограничения действия механизмов крана, включения цепей сигнализации, а также используются в качестве выключателей блокировки. По принципу работы концевые выключатели разделяют на рычажные, срабатывающие при действии на них отключающих устройств, и приводные шпиндельные, которые жестко связаны с валом механизма и срабатывают после поворота вала выключателя на определенный угол (после определенного числа оборотов, совершенного валом механизма). На кранах применяют рычажные выключатели КУ и приводные ВУ.

Рычажный концевой выключатель (рисунок 3, а) работает таким образом. Под действием пружины 7 рычаг 5 выключателя занимает такое положение, при котором контактный мостик замыкает неподвижные контакты 1. Если на ролик 6 рычага воздействовать внешней силой (по стрелке), то рычаг повернется вокруг оси на некоторый угол, контакты 1 разомкнутся, а контактный мостик 3 замкнет неподвижные контакты 4. Контакты 1 называются размыкающими, контакты 4 - замыкающими.

Концевые выключатели, устанавливаемые в ограничителях или применяемые в качестве выключателей блокировки, имеют размыкающие контакты. Замыкающие контакты выключателей применяют только в цепях сигнализации. Контакты конечных выключателей рассчитаны на небольшие токи, их можно включать в цепи управления катушек контакторов и реле.

Рисунок 3 - Концевые выключатели рычажные а - общая схема; б - КУ-701; в - КУ-704; г - КУ-703; д - КУ-706; е - приводной ВУ-250А; 1, 4 - контакты; 2, 3 - контактные мостики; 5, 9, 13 - рычаги; 6 - ролик; 7 - возвратная пружина;8 - пружины; 1 0 - сектор; 11 - рычаг с противовесом; 12 - груз; 14 - входной вал.

Рычажный выключатель состоит из установленных в корпусе двух кулачковых элементов и кулачкового барабана, соединенного с рычагом. Рычаг может устанавливаться в различные положения относительно корпуса. Рычажные выключатели выпускают четырех исполнений, различающихся приводными механизмами. Выключатель КУ-701 (рисунок 3, 6) имеет рычаг 9 с самовозвратом и фиксацией в нулевом положении. Барабан выключателя имеет три положения: выключенное влево, нулевое и выключенное вправо. У выключателя КУ-704 вместо рычага на валу установлен сектор 10 с тремя фиксированными положениями без самовозврата. Выключатель КУ-703 имеет рычаг 11с противовесом и связанный с рычагом груз 12. Рычаг этого выключателя фиксируется в крайних положениях, а барабан имеет два положения. У выключателя КУ-706 на общем валу укреплены два рычага 13, фиксирующихся в крайних положениях, при двух положениях кулачкового барабана.

Приводной концевой выключатель ВУ-250А(рисунок 3, е) имеет встроенный редуктор с передачей 1:50. Пятидесяти оборотам входного вала 14 выключателя соответствует один полный оборот выходного вала редуктора. На валу редуктора установлены регулируемые кулачковые шайбы, которые замыкают и размыкают контакты выключателя при заданном числе оборотов.

Универсальные переключатели - это многоцепные электрические аппараты, применяемые для нечастых переключений электрических цепей. На кранах, которыми управляют из кабины или с переносного монтажного пульта, универсальные переключатели используют для переключения схемы крана на пульт или кабину. На некоторых кранах переключатели применены в качестве командоаппаратов для управления магнитными контроллерами. Универсальные переключатели состоят из изолированных друг от друга перегородок контактных секций. Контакты секции соединены с проводами переключаемой цепью; контакты замыкаются и размыкаются внутри каждой секции кулачковыми шайбами, посаженными на общий вал. Вал поворачивают с помощью рукоятки, имеющей фиксирующее устройство.

Для подключения электрооборудования к внешней цепи, а также для электрической связи между электродвигателями и электроаппаратами на кране применяют провода и кабели.

Резисторы. В цепи ротора электродвигателей для их плавного разгона, торможения и регулирования, частоты вращения применяют резисторы. Применяемые в электрооборудовании грузоподъемных кранов резисторы делятся на пускорегулирующие, включаемые в силовые цепи электродвигателей, и используемые в цепях управления и сигнализации. Пускорегулирующие резисторы (реостаты) включаются в цепь ротора электродвигателя и служат для плавного разгона, торможения и регулирования частоты вращения электродвигателя. На кранах применяются резисторы из фехралевой, реже константановой проволоки или фехралевой ленты. Константан и фехраль - это сплавы, обладающие большим удельным сопротивлением: у константана более чем в 25 раз, у фехраля в 75 раз превышающим удельное сопротивление меди. Сопротивление этих сплавов почти не изменяется от температуры. Они рассчитаны на работу при высоких температурах, °С: для константана предельная температура -300, для фехраля - 350.

Рисунок 4 - Резисторы с проволочными элементами (а), то же, с ленточными (б)

1 - боковина; 2 - проволока; 3 - изолятор; 4 - перемычка; 5 - держатель; 6 - лента.

Пускорегулирующие резисторы бываю проволочные и ленточные. В проволочных резисторах на металлические держатели, изолированные по граням фарфоровыми изоляторами, намотана константановая проволока. Несколько таких элементов, собранных в пакет и стянутых шпильками между двумя стальными боковинами, составляют ящик резисторов. С помощью медных оголенных перемычек из элементов собирают пускорегулирующий реостат по определенной схеме. Элементы ленточных резисторов выполняют из намотанной на ребро ленты, укрепленной на стальном держателе с помощью фарфоровых изоляторов. Эти элементы собирают в ящике так же, как проволочные резисторы. Пускорегулирующий резистор (реостат) в зависимости от мощности и назначения двигателя состоит из одного или нескольких ящиков резисторов, которые могут быть комбинированными, состоящими из проволочных и ленточных элементов. Реостаты (резисторы) включают в цепь ротора двигателя или выключают (закорачивают) их в процессе работы с помощью контроллеров.

Резисторы рассчитаны, как правило, только на кратковременное включение при пуске или торможении двигателя. Длительная работа двигателей с включенными реостатами (когда рукоятка контроллера не установлена в крайнее положение) недопустима, так как при этом резисторы сильно перегреваются. Ящики резисторов защищают от попадания в них посторонних предметов и атмосферных осадков. Для того чтобы между элементами резисторов свободно циркулировал воздух, в защитных кожухах делают жалюзи или отверстия. Резисторы в цепях управления и сигнализации выполняют функцию ограничения напряжения или тока, проходящего через катушки реле, обмотки возбуждения тормозных машин, магнитных усилителей и т.д. Эти резисторы состоят из константановой или нихромовой проволоки, намотанной либо на керамическую трубку и покрытой защитным слоем стекловидной эмали (проволочные эмалированные резисторы), либо на трубчатый фарфоровый изолятор без защитного покрытия. Резисторы устанавливаются в горизонтальном или вертикальном положении на панелях магнитных контроллеров и в ящиках выпрямителей. Эти резисторы рассчитаны на длительный режим работы.

Резисторы подбирают по типу электродвигателей мостовых кранов. Так, для электродвигате­лей мощностью до 30 кВт применяют в основном ящики резисторов серий НФ и НК. Резисторы в ящиках расположены в один, два, три этапа, о чем указано в их обозначении. Например, ящик резисторов НФ-2А считается нормализованным открытым (Н), фехралевым (Ф), двухэтажным (2), общей серии (А).

Автоматические выключатели - предназначены для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей (ГОСТ 9098 - 78Е).

Автоматические выключатели изготовляют для цепей переменного до 1000 В и постоянного тока до 440 В одно-, двух-, трех- и четырехполюсные на номинальные токи от 6,3 до 6300 А.

Автоматические выключатели имеют реле прямого действия, называемые расцепителями, которые обеспечивают отключение при перегрузках, КЗ, снижении напряжения. Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения t_c,о (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (t_c,о = 0,02 - 1 с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродействующие выключатели (t_c,о < 0,005 с).

Селективные автоматические выключатели позволяют осуществить селективную защиту сетей путем установки автоматических выключателей с разными выдержками времени: наименьшей у потребителя и ступенчато возрастающей к источнику питания.

Автоматические выключатели изготовляют с ручным и двигательным приводом, в стационарном или выдвижном исполнении.

Выключатель рассчитан на коммутацию предельно отключаемых и включаемых токов в цикле операций О - П - ВО - П - ВО при номинальном напряжении. Здесь О - отключение, П - пауза (≤ 180 с), ВО - включение, отключение.

Рисунок 5 - Принципиальная схема автоматического выключателя

Основные элементы автоматического выключателя и их взаимодействие рассмотрим по принципиальной схеме (рисунок 5).

Контактная система выключателей на большие токи - двухступенчатая, состоит из главных 11, 5 идугогасительных контактов 7. Главные контакты должны иметь малое переходное сопротивление, так как по ним проходит основной ток. Обычно это массивные медные контакты с серебряными накладками на неподвижных контактах и металлокерамическими накладками на подвижных контактах. Дугогасительные контакты замыкают и размыкают цепь, поэтому они должны быть устойчивы к возникающей дуге, поверхность этих контактов металлокерамическая.

При номинальных токах 630А контактная система одноступенчатая, т. е. контакты выполняют роль главных и дугогасительных.

На рисунок 5 выключатель показан в отключенном положении. Чтобы его включить, вращают рукоятку 2 или подают напряжение на электромагнитный привод 1 (YA). Возникающее усилие перемещает рычаги 3 вправо, при этом поворачивается несущая деталь 13, замыкаются сначала дугогасительные контакты 7 и создается цепь тока через эти контакты и гибкую связь 12, азатем главные контакты 5 - 11. После завершения операции выключатель удерживается во включенном положении защелкой 14 с зубцами 15 и пружиной 16.

Отключают выключатель рукояткой 2, приводом 1 или автоматически при срабатывании расцепителей.

Максимальный расцепитель 17 срабатывает при протекании по его обмотке YAT1 тока КЗ. Создается усилие, преодолевающее натяжение Р пружины 16, рычаги 3 переходят вверх за мертвую точку, в результате чего - автоматический выключатель отключается под действием отключающей пружины 4. Этот же расцепитель выполняет функции независимого расцепителя. Если на нижнюю обмотку YAT2 подать напряжение кнопкой SB, он срабатывает и осуществляет дистанционное отключение.

При снижении или исчезновении напряжения срабатывает минимальный расцепитель 18 и также отключается автоматический выключатель.

При отключении сначала размыкаются главные контакты и весь ток переходит на дугогасительные контакты. На главных контактах дуга не образуется.

Дугогасительные контакты 7 размыкаются, когда главные находятся на достаточном расстоянии. Между дугогасительными контактами образуется дуга, которая выдувается вверх в дугогасительную камеру 8, где и гасится.

Дугогасительные камеры выполняются со стальными пластинами (эффект деления длинной дуги на короткие) и лабиринтно-щелевыми (эффект гашения дуги в узкой щели). Втягивание дуги в камеру осуществляется магнитным дутьем. Материал камеры должен обладать высокой дугостойкостью.

При протекании тока КЗ через включенный автоматический выключатель между контактами возникают значительные электродинамические силы, превышающие силы контактных пружин 6 и 10, которые могут оторвать один контакт от другого, а образовавшаяся дуга может сварить их. Чтобы избежать самопроизвольного отключения, применяют электродинамические компенсаторы в виде шинок 9, изогнутых петлей. Токи в шинках 9 имеют разное направление, что создает электродинамическую силу, увеличивающую нажатие в контактах.

Рычаги 3 выполняют роль механизма свободного расцепления, который обеспечивает отключение автоматического выключателя в любой момент времени, в том числе при необходимости и в процессе включения. Если выключатель включается на существующее КЗ, то максимальный расцепитель 17 срабатывает и переводит рычаги 3 вверх за мертвую точку, нарушая связь привода 1 (или 2) с подвижной системой автоматического выключателя, который отключается пружиной 4, несмотря на то что приводом будет передаваться усилие на включение. В реальных автоматических выключателях механизм свободного расцепления имеет более сложное устройство.