ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ

В эту группу входят аппараты, используемые для управления основными режимами работы электроприводов: пуском, торможением, реверсом. Эти режимы могут быть реализованы при помощи аппаратов ручного и автоматического управления. При ручном управлении используются простейшие выключатели (рубильники, пакетные выключатели) и более сложные аппараты ручного действия – контроллеры. При автоматическом управлении обмотки двигателей включаются с помощью электромагнитных выключателей – контакторов. Команды на включение контакторов поступают от командных аппаратов (кнопки управления, универсальные переключатели, командоконтроллеры, путевые и конечные выключатели и т.д.). Как правило, при осуществлении пуско-тормозных режимов приходится использовать добавочные сопротивления и реостаты. Поэтому эти аппараты также отнесены к группе пуско-регулирующих.

Контроллеры

Контроллер – это многоступенчатое многоконтактное переключающее

устройство, предназначенное для управления электродвигателями. По конструкции различают контроллеры барабанные, кулачковые и плоские. Барабанные контроллеры практически не применяются из-за несовершенства конструкции. Конструктивная схема кулачкового контроллера показана на рис.7.1. В корпусе 1 на подшипниках установлен вал, на котором закреплены кулачки коммутирующих элементов (7 на рис. 7.1, б), фиксирующее устройство и рукоятка 2. На корпусе установлены неподвижные контакты 5 и дугогасительные камеры 6. Контактные рычаги 3 с роликом и подвижным контактом пальцевого типа 4 установлены на осях. Контакты выполнены с

перекатыванием. При касании роликом поверхности кулачка большего диаметра контакты разомкнуты, меньшего – замкнуты.

Кулачковые контроллеры имеют небольшой износ контактов, гашение дуги происходит быстро, они легки в работе. Допускают до 600 переключений в час при общем сроке службы 50–100 миллионов циклов срабатываний. Для

Рис. 7.1. Кулачковый контроллер

Командоаппараты

Командоаппараты – группа электрических аппаратов, предназначенных для переключений в цепях управления электрическими аппаратами постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. К командоаппаратам относятся кнопки управления, командоконтроллеры, универсальные переключатели, путевые и конечные выключатели. Командоаппараты могут быть автоматического и ручного действия. Они могут иметь ручной или педальный привод (кнопки управления, универсальные переключатели, командоконтроллеры); электрический привод (программные командоаппараты); привод от рабочей машины (путевые выключатели).

Кнопки управления – электрические аппараты ручного действия, предназначенные для простых переключений в цепях управления. Устройство кнопочного элемента показано на рис. 7.2. Через изолированный корпус 1 проходит стержень 2 со штифтом 3. Пружина 4 держит стержень в нормальном положении. На стержне одет подвижный контакт 5 мостикового типа. В корпусе укреплены пластики неподвижных контактов 6. Кнопки могут иметь

Рис. 7.2. Кнопка управления

один замыкающий или один размыкающий контакт или оба контакта. Обычно такие кнопочные элементы собираются в кнопочные станции по одному, два, три и более. Для удобства пользования кнопками их выполняют с цветными штифтами, встроенными сигнальными лампами, замками. На головках штифтов наносят надписи «пуск», «стоп», «подъем», «спуск» и т.д.

Кнопочные элементы устанавливают в кожухах разного исполнения. Применяют кнопочные станции открытого типа, предназначенные для установки в панелях и пультах управления, защищенного взрывозащищенного исполнения и т.п.

Наибольшее применение нашли кнопки типа К и КУ. Кнопочные станции К-120 имеют одно-, двух- и трехкнопочное исполнение с двухцепными контактами. Кнопки К-12 имеют двухкнопочное исполнение, причем каждый элемент имеет по одному контакту. Контакты кнопок рассчитаны на ток

около 5 А.

Командоконтроллер – электри-ческий аппарат, предназначенный для сложных переключений в цепях управления при большом числе срабатываний. Командокон-троллеры можно построить тех же типов, что и силовые контроллеры, отличие состоит в том, что их контакты рассчитаны на меньшие токи, чем у силовых. Наибольшее

а б Рис. 7.3. Командоконтроллер КА-4000

применение нашли кулачковые контроллеры, конструктивно аналогичные силовым (рис. 7.1). Суммарное число контактов от 4 до 8. Рукоятка имеет до 11 фиксированных положений. Допустимый ток: постоянный – 2 А, переменный – до 10 А. Кратковременно, до 10 с, контакты выдерживают пятикратную перегрузку. Порядок замыкания контактов этих аппаратов изменить нельзя.

Другим примером может служить командоконтроллер КА-4000 (рис. 7.3). У этих аппаратов шайба контактного элемента круглая, имеет отверстия с шагом 30⁰. На шайбе установлены кулачки: включающий и отключающий. Включающий кулачок воздействует на ролик контактного рычага, выключающий – на ролик защелки. При нажатии на ролик контактного рычага он поворачивается и замыкает контакт. Под действием пружины защелка западает и контакт удерживается в замкнутом состоянии. При нажатии на ролик защелки она отжимается и контактный рычаг под действием пружины переходит в отключенное положение. Кулачки крепятся к шайбе при помощи болтов и их можно переставлять в требуемое положение. Командоконтроллеры КА-4000 имеют обычно электрический привод. Выпускаются аппараты с двумя валами, число контактов – до 24. При настройке аппарата следует иметь в виду,

что положение срабатывания контактов при движении в разные стороны отличается на 15 – 20⁰.

Универсальный переключатель – аппарат ручного действия, предназначенный для переключений в цепях управления. По принципу устройства этот аппарат похож на пакетный выключатель. Отличие заключается в том, что контакты его рассчитаны на токи до 5–10 А. Число контактных элементов значительно больше. У выпускаемых универсальных переключателей число коммутируемых цепей может быть до 12–24. Рукоятка переключателя может иметь до 12 положений, причем могут быть фиксированные и нефиксированные положения. У некоторых типов переключателей (например, УП-5200) на валу укреплены не контакты, а фигурные шайбы, как у контроллеров. Это позволяет несколько увеличить разрывную мощность контактов.

Путевые и конечные выключатели – аппараты автоматического управления, предназначенные для осуществления переключений в цепях управления в зависимости от пути, проходимого управляемым механизмом. Путевыми обычно называют те выключатели, которые устанавливаются в промежуточных положениях. Конечные выключатели ограничивают конечные перемещения.

По конструкции различают нажимные выключатели, рычажные, вращающиеся и шпиндельные. Примером нажимного может служить выключатель ВК-100. В кожухе установлен изоляционный корпус, на котором закреплены неподвижные контакты. Через отверстие в кожухе проходит шток, на котором установлены подвижные мостики. Для обеспечения нажатия контактов установлена контактная пружина. Шток удерживается в исходном положении пружиной. При нажатии на толкатель перемещается шток, а вместе с ним контакты. Размыкающий контакт открывается, замыкающий закрывается.

Контакты рассчитаны на ток 6 А и напряжение до 500 В. Эти выключатели обеспечивают небольшую скорость коммутации, зависящую от скорости дви-

жения механизма. Для быстрых перемещений используются выключатели с мгновенным переключением. Они обычно используются в качестве конечных. Широкое применение нашли рычажные путевые выключатели. Их существуетнесколько типов. Выключатели КУ имеют на валу фигурные шайбы. При повороте рычага шайба поворачивается и воздействует на контакты. Рычаги выключателей имеют разную установку и разную конструкцию в

Рис. 7.4. Рычажный путевой выключатель

зависимости от назначения: одноплечий рычаг, двуплечий рычаг, рычаг с грузовым уравновешиванием и т.д. Контакты выключателей рассчитаны на ток до 10 А Для обеспечения высокой скорости размыкания контактов применяют выключатели ВК-211, у которых имеется система рычагов, позволяющих быстро переводить контакты из одного положения в другое (рис. 7.4). Механизм воздействует на ролик 1, отчего рычаг 2 поворачивается. При этом пружинящий шарик 3 воздействует на коромысло контактного рычага 4, переводя его в другое положение. Возврат выключателя в исходное положение производится пружиной 5. Вращающиеся путевые выключатели имеют ту же конструкцию, что и вращающиеся регулируемые командоаппараты. В этом случае привод вала осуществляется от рабочего механизма. Используются командоаппараты КА-4000 и выключатели ВУ. Последние имеют червячный редуктор и несколько иную конструкцию шайб.

Шпиндельные выключатели имеют винт, вращающийся в подшипниках и связанный с валом рабочего механизма. На винте имеется гайка, которая при вращении винта перемещается поступательно. Гайка воздействует на выключатели. Эти выключатели имеют ограниченное применение в основном в качестве конечных.

Лекция 9

Контакторы

Контактор – одноступенчатый аппарат, предназначенный для частых дистанционных включений и выключений силовых электрических цепей. В практике управления электроприводами наибольшее распространение получили электромагнитные контакторы. Контакторы являются весьма важными аппаратами управления и к ним предъявляются следующие требования:

1. Высокая отключающая способность – до (10 – 20) I_ном .

2. Длительная работа при большом числе включений в час (до 1200).

3. Высокая электрическая износоустойчивость, определяемая износом контактов – до 3 миллионов циклов.

4. Высокая механическая износоустойчивость, определяемая износом узла поворота якоря и целостностью сердечника – до 20 миллионов циклов.

5. Технологичность конструкции, малый вес и габариты.

6. Высокая надежность в эксплуатации.

Основными техническими характеристиками контакторов являются номинальный ток силовых контактов, номинальное напряжение втягивающей катушки, время срабатывания контактора при включении и отключении,

допустимое число срабатываний в час, общий срок службы. Номинальным током контактора называется ток прерывисто-продолжительного режима работы. При этом режиме контактор должен находиться во включенном состоянии непрерывно не более 8 часов, после чего необходимо произвести несколько циклов включения для очистки контактов. При большем времени включенного состояния номинальный ток должен быть снижен примерно на 20%. Контакторы выпускаются в основном на токи до 600 А. Напряжение втягивающей катушки контакторов постоянного тока может быть 110, 220,

440 В, а переменного – 220, 380 В. Число срабатываний в час и общий срок службы определяются типом и серией контактора.

ГОСТ 30011.4.1–96 регламентирует условия работы контакторов в зависимости от характера нагрузки, которая определяет категорию применения и устанавливает допустимые значения тока и напряжения (см. табл. 7.1 и 7.2).

Категории применения для контакторов переменного тока:

АС-1 – Неиндуктивная или слабо индуктивная нагрузка;

АС-2 – Двигатели с контактными кольцами: пуск, отключение;

АС-3 – Двигатели с короткозамкнутым ротором: пуск, отключение, остановка;

АС-4 – Двигатели с короткозамкнутым ротором: пуск, торможение, повторно-

кратковременные включения;

Категории применения контакторов постоянного тока:

DС-1 – Неиндуктивная или слабо индуктивная нагрузка;

DС-3 – Шунтовые двигатели: пуск, торможение противотоком,

повторные включения. Динамическое отключение двигателей;

DС-4 – Сериесные двигатели: пуск, торможение противотоком, повторные включения. Динамическое отключение двигателей.

Кроме режимов нормальной коммутации, определенных выше, могут возникать режимы редких коммутаций, характеризуемые более тяжелыми

условиями, возникающие, например, при коротких замыканиях. Допустимые значения токов для режимов редких коммутаций также приведены в

табл. 7.1 и 7.2.

По роду тока контакторы бывают постоянного и переменного тока. Контакторы постоянного тока предназначены для переключений цепей постоянного тока и имеют электромагнит постоянного тока. Контакторы переменного тока служат для переключений цепей переменного тока и могут иметь электромагниты постоянного и переменного тока.

Таблица 7.1

Контакторы переменного тока

Таблица 7.2

Контакторы постоянного тока

Контакторы состоят из следующих основных узлов: система главных (силовых) контактов, система вспомогательных (блокировочных) контактов, дугогасительная система, электромагнитный механизм. Главные контакты выполняются в большинстве случаев пальцевого типа, с перекатыванием. У контакторов, рассчитанных на малую частоту переключений, контакты покрывают серебром. У контакторов, рассчитанных на большие токи, применяют металлокерамические наплавки. У некоторых контакторов переменного тока используются контакты мостикового типа. У контакторов постоянного тока в основном имеется 1 силовой контакт, замыкающий или размыкающий, реже – два. У контакторов переменного тока их может быть от 2 до 5, чаще 3. Вспомогательные контакты необходимы для согласования работы контактора с другими аппаратами в схеме. Они обычно мостикового типа, число их от 2 до 4, замыкающих и размыкающих. Применяются универсальные блоки вспомогательных контактов, которые могут пристраиваться к разным аппаратам.

У контакторов постоянного тока имеется мощная дугогасительная система. Обычно применяется магнитное дутье, щелевая лабиринтная дугогасительная камера с деионными и пламягасительными решетками. В контакторах переменного тока используют дугогасительные камеры с деионными решетками или узкощелевые и иногда магнитное дутье. В контакторах на малые токи используют закрытые дугогасительные камеры.

Электромагнитные механизмы у контакторов постоянного тока используются клапанного типа, уравновешенные, с поворотом якоря на призме, что позволяет обеспечить высокую износостойкость. У контакторов переменного тока используются шихтованные магнитопроводы Ш- и П-образные, клапанные и прямоходовые. Для увеличения срока службы контакторов переменного тока используют демпфирование магнитной системы (рис. 7.6), при котором сердечник установлен на пружине, смягчающей удар

при включении. Кроме того, для предотвращения разрушения пакета и для уменьшения опасности поломки короткозамкнутого витка его устанавливают в кольцевой канавке полюса.

В схемах электропривода используют несколько серий контакторов постоянного и переменного тока. Контакторы КП-1 предназначены для коммутации цепей возбуждения, цепей управления и цепей с омической нагрузкой. Применять их в качестве линейных не рекомендуется.

Контакторы серии КП-1002 предназначены для коммутации силовых электрических цепей напряжением до 220 В. Конструктивно они похожи на КП-1, но имеют только 1 силовой контакт с более мощным дугогашением .

Контакторы КП-500 предназначены для коммутации силовых цепей постоянного тока. Рассчитаны на частые (до 1200 в час) включения и отключения цепей, пригодны для тяжелых режимов работы в металлургических установках. Рассчитаны на номинальные токи до 600 А. Выполняются с дугогашением и без него. Токи отключения могут быть до 9000 А. Время

Рис.7.5. Контактор постоянного тока КПВ-600

включения – 0,14 – 0,32 с, время отключения – 0,11 – 0,9 с. В контакторах с размыкающим контактом стоят сильные возвратные пружины. Аналогичны более поздние серии КПВ-500 и КП-500Т. Контакторы КПВ-600 (рис. 7.5) предназначены для металлургических электроприводов. От КП-500 отличаются большим сроком службы за счет того, что якорь поворачивается на встречных призмах. Износостойкость контактов до 3 миллионов включений, механическая износоустойчивость до 25 миллионов циклов.

На переменном токе распространенными являются серии КТВ и КТ-6000. Эти контакторы предназначены для коммутации цепей переменного тока до 600 А напряжением до 380 В. Могут работать в среде, насыщенной токопроводящей пылью, парами, газами. Контакторы, коммутирующие цепи с током, имеют

Рис. 7.6. Контактор переменного тока КТ-6000: а – общий вид;

б – магнитная система; в – контактный узел

дугогашение. Контакторы, коммутирующие цепи без тока, дугогашения не имеют. Выпускаются 4 габарита, имеют от 2 до 5 силовых контактов. Время включения 0,08 с, отключения – 0,05-0,1 с. Срок службы 800000 включений. Допускают до 300 включений в час. Контакторы КТ-6000 отличаются применением большого числа деталей из пластмассы, демпфирующих устройств для увеличения срока службы аппаратов, более компактным исполнением с применением монтажа на легких металлоконструкциях (рис. 7.6). Контакторы серии КТП-500 выполнены на базе контакторов КП-500 и отличаются от них тем, что имеют два силовых контакта и используются для управления цепями переменного тока. В последние годы появились новые серии контакторов, например КМЭ, которые комплектуются дополнительными контактами, реле времени и перегрузки, контакторы КТЭ на токи 630 –1215А, пускатели ПМ-12 на токи 63–1000 А.

Выпускаются вакуумные контакторы, которые имеют герметичные дугогасительные устройства. Отключение в них происходит в вакууме (КТ-12Р33, КТ12Р37). Токи до 400 А, напряжение 600 и 1140 В. Предназначены для работы с числом включений в час 600 или 1200. Отличаются весьма малым зазором контактов – 1,2 – 2 мм.

В последние годы на рынке появились контакторы зарубежных фирм. Например, фирма Danfoss выпускает контакторы на ток до 420 А с катушками постоянного и переменного тока. Контакторы имеют модульное исполнение, могут комплектоваться реле тепловой перегрузки, дополнительными контактами, таймерами.

Фирма Schneider Electric выпускает контакторы на токи 6 – 1800 А, прямоходовые и клапанные. Комплектуются автоматическими выключателями либо рубильниками с предохранителями, могут дополняться тепловыми реле,

электронными реле перегрузки, многофункциональными реле. Цепь управления может питаться как переменным, так и постоянным током.

Фирма АВВ выпускает контакторы на токи от 20 до 2000 А. Цепь управления на постоянном и переменном токе. Катушка снабжена блоком согласования, что позволяет контактору работать в широком диапазоне управляющих напряжений постоянного и переменного тока. Электронное управление всегда воздействует на катушку постоянным током. При включении на переменный ток он выпрямляется. Питание подается импульсами, что позволяет оптимизировать ток и сделать аппарат независимым от напряжения. Имеют 3 – 4 контакта. Комплектуются средствами тепловой иэлектро- магнитной защиты, электронными реле перегрузки, вспомогательными контактами, электронными и пневматическими реле времени. Контакторы снабжены электронной схемой стабилизации напряжения катушки.

Контакторы фирмы Moeller Dilm выпускаются на номинальный ток 7 – 2000 А. Катушка постоянного и переменного тока, магнит прямоходовой. При токе свыше 580 А контакты заключены в вакуумные камеры, что увеличивает срок службы и частоту коммутаций. Аксессуары: дополнительные контакты, реверсивные комплексы, переключение со звезды на треугольник, электронные блоки выдержки времени и др. Могут дополняться модульным тепловым реле, автоматами, расцепителями.

Фирма Siemens выпускает контакторы на токи 7 – 820 А и контакторные сборки.

Кроме контакторов общего назначения, применяются контакторы специального назначения.

Контакторы с защелкой. В ряде случаев, например, при управлении в цепи возбуждения синхронных двигателей, необходимо, чтобы контактор не отключался при кратковременном перерыве питания. Кроме того, поскольку контактор включен длительное время и катушка его потребляет сравнительно

большую мощность, желательно, чтобы после включения якоря катушка отключалась. В этом случае применяют контакторы с защелкой КТ-4200. Защелка расположена между электромагнитом и силовыми контактами. Рычаг защелки закреплен на валу аппарата. Он удерживает контактор во включенном положении. Для отключения имеется маломощный соленоид, позволяющий освободить рычаг защелки.

Контакторы с выдержкой времени. В схемах управления пуском и торможением двигателей возникает необходимость использовать аппараты с замедленным действием – с выдержкой времени. Для этого применяются специальные контакторы – таймтакторы, электромагниты которых снабжены магнитным демпфером.

Магнитные пускатели – контакторы, предназначенные для дистанционного управления двигателями малой и средней мощности. Наибольшее распространение получили пускатели переменного тока ПА. ПМЕ. Они предназначены для управления асинхронными короткозамкнутыми двигателями мощностью до 75 кВт. Выпускаются в реверсивном и нереверсивном исполнении, с тепловой защитой и без нее, в кожухах разного исполнения. Катушки обеспечивают надежную работу при напряжении от 0,85 до 1,05 U_ном. Пускатели отличаются большим сроком службы (до 10 – 15 миллионов включений), что достигается применением пружины, демпфирующей магнитную систему, отчего она меньше разрушается при ударах. Контакторы пускателей имеют обычно по три силовых контакта мостикового типа, что облегчает гашение дуги за счет наличия двух разрывов. Дугогасительные камеры глухие. Имеется одному или два блок-контакта. У реверсивных пускателей в комплект входят два контактора, снабженных системой рычагов, обеспечивающих механическую блокировку, предотвращающую одновременное включение (рис. 7.7 и 7.8).

Рис. 7. 7. Реверсивный магнитный пускатель

Рис. 7.8. Схема включения реверсивного магнитного пускателя

Ряд фирм выпускает контакторные комплексы, обеспечивающие пуск асинхронных двигателей переключением со звезды на треугольник, автотрансформаторный пуск или пуск асинхронных двигателей с контактными кольцами с выведением резисторов из цепи ротора.

Методика выбора контакторов и магнитных пускателей для управления и защиты электродвигателей. Разнообразие схем управления вынуждает иметь дело с таким же или большим разнообразием исполнительных элементов. Основные показатели при выборе контакторов: надежность, экономичность, достаточный срок службы, малые масса и габарит, небольшие эксплуатационные затраты, низкая стоимость, высокая технологичность. Контакторы и пускатели выбираются по следующим основным техническим параметрам: назначение и область применения, род тока и количество контактов, номинальное напряжение и ток, категория применения, режим работы, климатическое исполнение и категория размещения, механическая и

коммутационная износоустойчивость, номинальное напряжение и ток втягивающей катушки.

Для металлургической, химической и других отраслей применимы контакторы КТ6000, для асинхронных короткозамкнутых двигателей могут использоваться контакторы КМ13, КТ12З, пускатели ПМЕ, ПМА, ПМЛ. Иногда контакторы и пускатели рекомендуются без указания типа применения (КТ6000, КТ7000).

Пускатели выпускаются реверсивными и нереверсивными. Реверсивные снабжаются электрической и механической блокировкой, могут иметь тепловую защиту при применении тепловых реле или позисторов.

Тепловые реле применяются для защиты двигателей, работающих в продолжительном режиме (более 30 минут). Использование их в повторно-кратковременном режиме может привести к ложным срабатываниям.

Основными параметрами тепловых реле являются номинальное напряжение и ток. Номинальный ток – это наибольший ток, длительное протекание которого не приводит к срабатыванию реле. У реле с косвенным нагревом задают номинальный ток нагревателя. При установке смешанных нагревателей минимальный ток реле равен наибольшему из номинальных токов. При наличии регулятора номинальный ток реле и нагревателя соответствует среднему положению регулятора. При отсутствии компенсатора окружающей температуры ее влияние следует учесть путем пересчета номинального тока нагревателя:

I_{ном.нагр 2} = I_{ном. нагр} ( 1 – ),

где: δ - коэффициент изменения номинального тока на каждые 10⁰ разности температур (по паспорту реле);

ϴ_{ном.окр} = 35⁰С.

Чтобы реле не срабатывало при пуске двигателя, должно соблюдаться неравенство

1,5t_п t_ср t_п ,

где t_п – время пуска ненагруженного двигателя.