Электромагнитные реле управления

Глава 6. Аппаратура управления и защиты электрооборудования

Классификация электрических аппаратов

Электрическими аппаратами управления и защиты называют электротехнические устройства и механизмы, предназначенные для включения и отключения, обеспечения определенного режима работы и защиты электроприемников и электрических цепей от повреждений.

Аппараты классифицируются по назначению, принципу действия и характеру коммутации цепей.

По назначению:

1) коммутирующие – предназначены для замыкания и размыкания электрических цепей без нагрузки (рубильники, переключатели, пакетные выключатели и т.п.);

2) защитные – осуществляют защиту электродвигателей и сети от коротких замыканий и перегрузок (автоматические выключатели, предохранители, тепловые реле, реле максимального тока, минимального напряжения и др.);

3) управления – служат для пуска, остановки и изменения направления и частоты вращения электродвигателей (пускатели, контакторы, контроллеры, регулировочные и тормозные резисторы, реле управления и т.п.).

По принципу действия:

1) аппараты ручного управления, которые вступают в работу только в результате непосредственного воздействия обслуживающего персонала (рубильники, выключатели, реостаты);

2) аппараты дистанционного или автоматического управления, которые могут быть приведены в действие обслуживающим персоналом дистанционно, либо их работа может быть поставлена в автоматическую зависимость от заранее заданных условий (контакторы, пускатели, реле управления и др.).

По характеру коммутации электрических цепей:

1) контактные – соединяют и разъединяют электрические цепи с видимым разрывом с помощью неподвижных и подвижных контактов;

2) бесконтактные – устройства, предназначенные для включения и отключения электрических цепей без физического разрыва самой цепи (тиристоры, пускатели).

Кроме того, аппараты классифицируются по роду тока – для постоянного или переменного тока; по исполнению - электрические аппараты бывают открытые или имеют различную степень защиты от соприкосновения персонала с токоведущими частями, защиту от попадания внутрь твердых посторонних тел, влаги.

Аппаратура ручного управления

Ручное управление электроприводами применяют только в редко включаемых установках небольшой мощности, не требующих дистанционного управления. В качестве примера из большого класса аппаратов ручного управления рассмотрим рубильники, кнопочные станции и пакетные выключатели.

Рубильники служат для ручного замыкания и размыкания электрических цепей напряжением 380/220 В и ниже. В настоящее время они в основном используются в составе силовых щитов, силовых сборок, ящиков распределительных и щитовых. По конструктивному исполнению рубильники разделяются на одно-, двух- и трехполюсные. Их выпускают с центральной или боковой рукояткой, с боковым или центральным рычажным приводом, напряжением до 400 В постоянного тока и 500 В переменного тока.

Важнейшая часть рубильника – контакты, подвижные и неподвижные. В рубильниках, рассчитанных на токи до 100 А, сжатие контактов обеспечивают пружинящие «губки», а у рубильников на токи больше 100 А – стальные пружины.

Рубильники имеют устройства быстрого отключения контактов и ножи предохранения контактов от обгорания.

Пример обозначения и расшифровки рубильника РПБ2-100: Р – рубильник; П – наличие привода; Б – боковой привод; 2 – двухполюсный; 100 – номинальный ток 100 А. Рубильники выбирают по току и напряжению с учетом окружающей среды.

Кнопочные станции служат для ручного переключения контрольных цепей, цепей управления, катушек магнитных пускателей, контакторов, реле и т.д. Замыканием или размыканием электрической цепи с помощью кнопочной станции оператор может дистанционно подать команду на пуск или остановку электрической машины. Несколько кнопок управления («Стоп», «Пуск», «Верх», «Вниз», «Вправо», «Влево» и др.), установленных в общем корпусе, состоящем из основания и крышки, образуют кнопочную станцию управления. Они используются в сетях постоянного и переменного тока напряжением до 500 В.

Пакетные выключатели и переключатели предназначены для нечастых переключений электрических цепей, имеющих силу тока от 6 до 400 А при напряжении 250 и 380 В в одно- и многополюсном исполнении (до семи полюсов). Их изготовляют открытого исполнения или в защитным корпусе. Пакетные выключатели и переключатели рассчитаны для установки на щитах и в распределительных ящиках. Они состоят из нескольких отдельно сложенных вместе пакетов с ножами, мгновенно замыкающими электрическую цепь при повороте рукоятки и приводного механизма.

Расшифровка пакетного выключателя типа ПВЗ-400: П – пакетный, В – выключатель, 3 – трехполюсный, 400 – величина номинального тока. Пакетные выключатели и переключатели обладают большими преимуществами по сравнению с другой аппаратурой управления: малыми габаритными размерами, удобством крепления и электрического монтажа, вибро- и удароустойчивостью, высокой надежностью и работоспособностью, длительным сроком службы.

Аппаратура автоматического управления

Магнитные пускатели

Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления электродвигателями и другими электроустановками, а также для обеспечения их нулевой защитой, т.е. при исчезновении напряжения в сети или при его снижении до 50-60% от номинальной величины катушка магнитного пускателя не удерживает магнитным потоком подвижный якорь с контактами и эти контакты размыкаются. В результате при восстановлении напряжения в сети токоприемник остается отключенным. Это исключает возможность аварий, связанных с самопроизвольным пуском электродвигателя или другой электроустановки. При появлении напряжения в сети магнитный пускатель не включается до тех пор, пока оператор не нажмет кнопку «Пуск» на кнопочной станции.

Магнитные пускатели представляют собой электромагнитную систему с главными 8 (силовыми) и вспомогательными контактами 7 и 6. Электромагнитная система состоит из сердечника 1 с катушкой 2, питаемой постоянным или переменным током, и подвижного якоря 4, на котором закреплены контакты 6,7 и 8 (рис.6.1).

Силовые контакты предназначены для замыкания и размыкания главных цепей, по которым протекает ток нагрузки электроприемника. Вспомогательные контакты служат для работы в цепях управления, сигнализации и рассчитаны на небольшие токи (до 6…7 А). Для защиты электродвигателей от недопустимых перегрузок в конструкции магнитного пускателя предусмотрено тепловое реле.

Наибольшее распространение получили магнитные пускатели серий ПМА и ПМЛ. Пускатели серии ПМЛ могут быть использованы для управления электродвигателями мощностью от 0,27 до 10 кВт, пускатели серии ПМА – для управления электродвигателями и другими электроустановками мощностью от 4 до 75 кВт. Втягивающие катушки 2 (рис 6.1) выпускаются на напряжение 127, 220, 380 В переменного тока частотой 50 Гц. Магнитные пускатели серии ПМА и ПМЛ имеют прямоходовую Ш-образную электромагнитную систему.

Рис.6.1. Устройство магнитного пускателя: 1-сердечник; 2 -катушка; 3-пружина; 4-якорь; 5-корпус; 6,7-вспомогательные размыкающие контакты; 8-силовые контакты

Магнитные пускатели изготавливаются в открытом, защищенном, пылеводозащищенном и пылебрызгонепроницаемом исполнении. Они могут быть реверсивными и нереверсивными. Реверсивные пускатели наряду с пуском, остановкой и защитой электродвигателей изменяют направление их вращения.

В магнитные пускатели встраиваются тепловые реле типа ТРН (двухполюсные) и ТРП (однополюсные). Они срабатывают под влиянием длительно протекающего по ним тока перегрузки электродвигателя и отключают его от сети.

Маркировка магнитных пускателей расшифровывается следующим образом - на примере серии ПМЛ: первая цифра после сочетания букв указывает на величину (габарит) пускателя (1....7); вторая – исполнение по назначению и наличию теплового реле; третья – исполнение по степени защиты; четвертая – число вспомогательных контактов; пятая – исполнение по климату; шестая – категория размещения; седьмая – износостойкость.

Электромагнитные реле управления

К электромагнитным реле управления относятся аппараты, включающие и отключающие электрические цепи управления под действием электрических импульсов, которые возникают при изменении определенных электрофизических величин, на которое реагирует данное реле (ток, напряжение, время, температура и т.д.).

По принципу действия реле могут быть электрическими, тепловыми, механическими, оптическими, химическими, акустическими и др.

Уставкой реле называют величину напряжения, тока, времени, при которой срабатывает реле и на которую оно отрегулировано.

Рассмотрим устройство и принцип действия моторного реле времени (рис.6.2).

Рис.6.2. Моторное реле времени: 1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – контактная система; 4 – неподвижные контакты; 5 – подвижные контакты

Реле применяется для получения выдержек времени от нескольких минут до нескольких часов. Оно состоит из синхронного электродвигателя переменного тока 1 небольшой мощности, который приводит в действие контактную систему 3 через редуктор 2. При вращении барабана контактной системы подвижные контакты 5 поочередно замыкают неподвижные контакты 4. Для настройки реле на различные выдержки времени изменяют передаточное число редуктора или перемещают подвижные контакты реле.

Для коммутации с нормируемыми выдержками времени включения и отключения исполнительных устройств служат электронное реле времени типа РВЭ-2. Это реле может иметь несколько исполнений, отличающихся выдержкой времени: 1...99 с; 1...99 м; 1...99 ч. Реле времени программное типа РВП-6 предназначено для включения или отключения электроустановок в 14 одинаковых неперекрывающихся временных интервалах на каждый день недели. Реле времени со встроенным элементом питания может при исчезновении напряжения сети длительно сохранять установленное время и программы коммутации нагрузки.

Датчики

Датчики необходимы для получения информации о величине параметров, характеризующих протекание каких-либо физических процессов и технологических операций.

Физическая природа контролируемых параметров очень разнообразна и велика, отсюда и большое многообразие датчиков. Практически любая физическая величина может быть преобразована в электрический сигнал, поэтому в АПК электрические датчики получили широкое распространение как более простые и дешевые.

Контактный ртутный термометр относится к датчикам температуры (рис. 6.3а) Он имеет два электрода: 1 - впаян в капилляр со ртутью 2; 3 – подвижный, который с помощью магнита 4 устанавливают на необходимую температуру. При увеличении температуры столбик ртути поднимается и при достижении заданной температуры электрическая цепь между электродами замыкается и электрический сигнал подается на выполнение какой-либо технологической операции, например, включение двигателя вентилятора (рис.6.3б). Применяются такие датчики для регулирования температуры в сушильных шкафах, термостатах, инкубаторах, аквариумах и т.п.

Биметаллический датчик температуры состоит из двух прочно сваренных между собой металлических пластинок с различными коэффициентами теплового линейного расширения (рис.6.4). При нагревании сваренные пластины расширяются неодинаково, и происходит их изгиб в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом, в результате контакты 2 размыкаются. Чувствительность пластины зависит от ее длины.

Рис.6.3. Контактный ртутный термометр: а - устройство; б - схема включения его в управление двигателем вентилятора; 1 - неподвижный электрод; 2 - капилляр с ртутью; 3 - подвижный электрод; 4 - магнит.

Такие датчики применяют в электрических утюгах с автоматическим регулятором температуры, в тепловых реле магнитных пускателей, в качестве тепловых расцепителей у автоматических выключателей и др.

Рис.6.4. Биметаллический датчик температуры:1 - биметаллическая пластина; 2 - контакты

Датчики уровня применяются для контроля за уровнем жидкостей и сыпучих материалов (воды, зерна, песка). Например, при снижении уровня воды поплавок 1 опускается, контакты 2 замыкаются и дают сигнал на включение насоса (рис.6.5). Емкостной датчик уровня работает конденсатором, у которого при поступлении воды между пластинами в конденсаторе появляется ток, который дает сигнал на включение или выключение двигателя насоса.

Рис.6.5. Поплавковый датчик уровня: 1 - поплавок; 2 - контакты

Оптические датчики служат для контроля за уровнем освещенности. К таким датчикам относится фоторезистор (рис.6.6). Он представляет собой стеклянную пластину 1 с нанесенным на нее тонким слоем полупроводникового вещества 2 сернистых соединений (свинца, висмута, кадмия).

Рис.6.6. Фоторезистор: 1 - стеклянная пластина; 2 - полупроводниковый слой; 3 - светопроницаемый лак; 4 - пластмассовая оправа; 5 - электроды

С противоположной стороны расположены металлические электроды 5. Пластмассовая оправа 4 имеет отверстие для прохода лучей света. Отверстие покрыто светопроницаемым лаком 3. Под действием света в полупроводниковом слое увеличивается число свободных электронов, которые увеличивают электропроводность.

Аппаратура защиты

К аппаратам защиты относятся плавкие предохранители, автоматические воздушные выключатели, реле максимального тока и реле минимального напряжения.

Плавкие предохранители

Предохранители - наиболее дешевые и простые из аппаратов, предназначенных для защиты электрической цепи и оборудования от токов короткого замыкания. Отключающим элементом в предохранителе служит легкоплавкая проволока или пластина – плавкая вставка, перегорающая при определенном значении тока в течение определенного времени. В нормальных условиях вся выделяемая вставкой теплота отводится в окружающую среду. При увеличении тока нагрузки повышается температура вставки до такой величины, при которой она плавится и разрывает цепь питания токоприемника. После отключения цепи предохранитель заменяют. Плавкая вставка изготовляется из медной или цинковой проволоки (ленты), а также из свинца и его сплавов, алюминия и серебра. Их выпускают на токи от 0,15 до 1000 А на низкое и высокое напряжение. Предохранители высокого напряжения отличаются от предохранителей низкого тем, что патрон, в который помещают плавкую вставку, выполнен герметичным и весь его объем заполнен кварцевым песком, газом или жидкостью для интенсивного гашения дуги.

Предохранители бывают разборные и неразборные, с наполнителем и без наполнителя. Наиболее часто применяются предохранители серии ПР-2 (предохранитель разборный с наполнителем), ПН-2 (предохранитель неразборный с наполнителем).

Предохранители ПН-2 состоят из фарфорового корпуса, заполненного мелкозернистым кварцевым песком, в котором расположены пластинчатые плавкие элементы. От соответствующего набора этих элементов зависит номинальный ток плавкой вставки предохранителя. Кварцевый песок, заполняющий корпус предохранителя, способствует ускоренному гашению электрической дуги, возникающей при перегорании плавкой вставки.

В предохранителях ПН-2 плавкие вставки состоят из одной или нескольких ленточек. В центре каждой ленточки элемента наплавлен оловянный шарик (растворитель). При нагреве вставки до температуры 232 ^оС шарик расплавляется и начинает растворять в себе более тугоплавкий металл – медь, имеющую температуру плавления 1080^оС. Благодаря этому вставка в том месте, где находился шарик, перегорает, а появившаяся дуга, расплавляя вставку, гасится при помощи песка.

Время срабатывания предохранителя зависит от величины тока, проходящего через плавкую вставку. Кроме того, на процесс перегорания вставки (плавление, горение и гашение образовавшейся на месте вставки дуги) влияет ряд других обстоятельств: температура окружающей среды, значение тока предшествующего режима, естественный износ (старение) материала плавкой вставки. Зависимость времени срабатывания предохранителя от величины протекающего по его вставке тока представлена ампер-секундной характеристикой предохранителя (рис.6.7).

Номинальным током предохранителя называют ток, на который рассчитана конструкция предохранителя; он равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для установки в данном предохранителе.

Номинальным током плавкой вставки I_пл является рабочий ток токоприемника, при котором вставка работает длительно, не нагреваясь выше допустимой температуры (60...70⁰С).

Рис.6.7. Ампер-секундная характеристика предохранителя ПН-2

С учетом старения плавкую вставку калибруют так, чтобы при токе I=(1,25...1,5)I_пл она не сгорела, а при максимальном токе I=(1,6...2,1)I_пл сгорела за 1...2 с. При кратности тока 3I_пл плавкая вставка должна сгорать за 1 с (I_пл – ток плавкой вставки).

Выбор предохранителей производится по току плавкой вставки, напряжению и исполнению. Номинальный ток плавкой вставки должен быть больше или равен рабочему току двигателя:

I_пл ≥ I_р.дв. (6.1)

где I_р.дв – рабочий ток двигателя.

Номинальное напряжение предохранителя U_пр. должно быть равно напряжению сети U_с или превышать его:

U_пр ≥ U_с . (6.2)

Для защиты одного двигателя ток плавкой вставки I_пл определяют из условия:

(6.3)

где I_пуск – пусковой ток электродвигателя; k_п – кратность пускового тока, берется из паспортных данных двигателя; a – коэффициент, учитывающий условия пуска (a=3 для электродвигателя с редкими пусками, время разгона не превышает 2,5 с; a=2,5 - пуски двигателя не часты, время разгона колеблется от 2,5 до 10 с.; a=1,6 – частые пуски либо длительность пуска находится в пределах 10...40 с); I_н.дв – номинальный ток двигателя.

Для защиты группы электродвигателей ток плавкой вставки определяют из условия

(6.4)

где ∑I_рi – сумма рабочих токов одновременно работающих электродвигателей без двигателя с наибольшим пусковым током; I_{пуск.нб} =I_н.нб k_i – пусковой ток двигателя с наибольшим пусковым током; a - коэффициент, выбираемый по условиям пуска двигателя с наибольшим пусковым током; I_н.нб – номинальный ток двигателя наибольшей мощности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: