Элементы контакторного управления и защиты

 

Общие сведения

 

Основным аппаратом, производящим замыкание и размыкание главных цепей двигателя при автоматическом управлении, является электромагнитный контактор, представляющий собой выключатель, включаемый и выключаемый при помощи электромагнита. Контакторы обычно применяют одновременно с различными реле, например реле тока, напряжения и др. Контакты реле включают в цепь электромагнитов, что дает возможность производить включение и выключение силовых цепей с током от 10 до нескольких сотен ампер и напряжением до нескольких сотен вольт. Контакторы выполняют как для постоянного, так и для переменного тока, и они могут быть одно- и многополюсными. Контакторы постоянного тока имеют обмотку, питающуюся постоянным током напряжением ПО или 220 В и потребляют мощность 20... 30 Вт. Обмотки контакторов переменного тока питаются переменным напряжением 127, 220 или 380 В и служат для коммутации цепей переменного тока.

Для автоматического пуска и остановки двигателей применяют магнитные пускатели.

 

Электромагнитные контакторы

 

На рис. 12.1 схематически изображен однополюсный контактор; он состоит из стального сердечника 1, на который надета катушка 2.

 

При включении тока в катушке якорь 6 притягивается к сердечнику и замыкает главные линейные притирающиеся контакты: 3 — неподвижный и 4 — подвижный. Пружина 5 обеспечивает надежность прикосновения контактов. Вспомогательные блок-контакты 7и Услужат для цепей обмоток других контакторов, реле и цепей сигнализации. Число вспомогательных контактов может быть различно, причем они могут быть размыкающими или замыкающими.

При выключении катушки якорь под действием собственного веса (при вертикальном расположении контактора) отпадает и выключает цепь тока; одновременно размыкаются контакты 7 и 8. Включение контакторов может осуществляться специальными замыкателями. Все детали контактора монтируются на изолирующей основе 9. Выбор контакторов производится исходя из напряжения в цепи главных контактов и блок-контактов, а также значения и длительности протекания тока нагрузки. Эти данные приводятся в каталогах и справочниках.

 

Схемы блокировки и взаимной блокировки реле

 

На рис. 12.2 изображены типовые релейные схемы, наиболее часто встречающиеся в устройствах автоматики.

Схема экономичного включения реле (см. рис. 12.2, а). При срабатывании реле Р его собственные блок-контакты (БК) размыкаются и в цепь обмотки включается добавочное сопротивление R_a, которое до срабатывания реле было замкнуто накоротко размыкающим контактом. При этом ток в цепи резко уменьшается, что делает схему экономичной, так как в этом случае уменьшаются потери энергии в цепи обмотки, а следовательно, и ее нагрев. Уменьшение тока объясняется тем, что для удержания якоря в притянутом положении требуется значительно меньший ток в обмотке реле, чем ток срабатывания. Поэтому если реле должно находиться долго в притянутом состоянии, то выгодно после его срабатывания уменьшить значение тока в обмотке до минимального, необходимого для удержания якоря.

 

 

Схема самоблокировки реле (см. рис. 12.2, б). При нажатии кнопки К1 реле Р срабатывает и своим замыкающим контактом шунтирует кнопку К1; поэтому при отпускании кнопки К1 цепь обмотки реле остается замкнутой.

Для повышения экономичности схемы можно последовательно с контактором реле включить добавочное сопротивление. Для отключения реле достаточно нажать кнопку К2, при этом обмотка реле обесточится и его контакты, шунтирующие кнопку К1, разомкнутся. Эта схема нашла применение при кнопочном управлении каким-либо устройством.

Схема взаимной блокировки двух реле (см. рис. 12.2, в). Эта схема не допускает одновременного включения двух реле, что достигается введением в цепь обмотки одного из них размыкающих контактов другого. Обозначение каждого контакта показывает, какому реле этот контакт принадлежит. Например, если время срабатывания реле Р1 меньше, чем время срабатывания реле Р2, то при одновременном нажатии двух кнопок К11 и К21 срабатывает только реле Р1 и своими контактами размыкает цепь обмотки реле Р2. Если же одновременно срабатывают реле Р1 и Р2, то это приводит к выходу системы из строя (например, если одно реле служит для включения вращения двигателя в одном направлении, а другое реле — в другом).

 

Магнитные пускатели

 

Существует много видов автоматических схем управления электрическими двигателями, пуск и остановка которых осуществляются при помощи кнопок. Такие схемы выполняются в виде отдельных устройств, называемых магнитными пускателями. Магнитный пускатель — это один из видов контакторов, предназначенный для пуска трехфазных асинхронных двигателей.

На рис. 12.3, а изображена схема управления электрическим двигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором с помощью нереверсивного магнитного пускателя. Эта схема состоит из контактора с тремя главными линейными контактами Л1, одного блок-контакта Б К, служащего для его самоблокировки после срабатывания при нажатии кнопки К1 (Пуск), и двух биметаллических тепловых реле РТ1 и РТ2 для защиты двигателя от перегрузки. Схема работает таким образом. Цепь управления присоединяется к цепи главного тока перед главными контактами пускателя (точки А и Б), в противном случае при отключенном контакторе цепь управления осталась бы без напряжения. При нажатии кнопки К1 (Пуск) образуется цепь: фаза А — контакт теплового реле КРТ1 — втягивающая катушка контактора Р — контакт теплового реле КРТ2 — нажатая кнопка К1 — замкнутая кнопка К2 (Стоп) — фаза Б.

 

 

Если через катушку контактора пропустить ток, то она замыкает главные контакты и замыкающий блок-контакт БК. В результате электродвигатель Д, присоединенный к сети, начинает вращаться. При замыкании блок-контакта БК пусковая кнопка К1 шунтируется и может быть отпущена, так как ток в катушку Р проходит теперь через блок-контакт БК. При нажатии кнопки К2 (Стоп) цепь катушки обесточивается, поэтому размыкаются главные линейные контакты Л1 и блок-контакт БК, а электродвигатель останавливается. Тот же эффект достигается при отключении напряжения в цепи главного тока при снижении его до 65 % от номинального. Теперь магнитный пускатель самопроизвольно включиться не может, так как цепь катушки Р разомкнута контактами К1 и БК. Поэтому повторная подача напряжения в цепь главного тока не вызывает включения электродвигателя до тех пор, пока не будет вновь нажата кнопка К1 (Пуск). Таким образом, обеспечивается так называемая «нулевая защита».

Тепловые реле РТ1 и РТ2 включены в цепь главного тока, и через них проходит весь ток электродвигателя. Эти реле имеют размыкающие контакты КРТ1 и КРТ2, включенные последовательно с катушкой Р. При нормальной нагрузке двигателя контакты реле КРТ1 и КРТ2 замкнуты. При перегрузке двигателя одно или два реле (РТ1, РТ2) размыкают свои контакты КРТ1 и КРТ2, что вызывает обесточивание цепи катушки Р. Контакты Л1 и БК размыкаются, и электродвигатель останавливается. Дальнейший принцип работы теплового реле описан ранее. Так как тепловые реле обладают большой тепловой инерцией, то они не могут защитить электродвигатель при коротких замыканиях. Поэтому включение плавких предохранителей ПП необходимо даже при наличии тепловых реле.

При частом реверсировании двигателя применяется реверсивный магнитный пускатель (рис. 12.3, б). Реверсивная схема собирается по принципу схемы самоблокировки (см. рис. 12.2, б).

При включении первого магнитного пускателя электродвигатель Д вращается в одном направлении, а при выключении первого пускателя и включении второго — в обратном.

Одновременное включение обоих пускателей недопустимо, так как это может привести к короткому замыканию в цепи главного тока. Чтобы предотвратить включение второго пускателя, когда уже включен первый, в цепь катушки Р2 второго пускателя включают размыкающий контакт 2К1 первого пускателя, и наоборот. Поэтому при включении первого пускателя его контакт 2К1 размыкается и нажатие кнопки К2 не приводит к включению второго пускателя.

Для реверсирования двигателя необходимо сначала отключить работающий двигатель, а затем пустить его в обратном направлении. В схеме предусматривается только одна кнопка «Стоп» — K _общ, включенная в неразветвленную часть цепи, куда включены контакты тепловых реле КРТ1 и КРТ2.

 

Автоматические выключатели

 

Автоматические выключатели (автоматы), как правило, предназначаются для отключения поврежденного участка сети при возникновении в нем аварийного режима (короткого замыкания, тока перегрузки, пониженного напряжения). Термическое и электродинамическое (при коротком замыкании) воздействия повышенных токов могут привести к выходу из строя электрооборудования. В условиях пониженного напряжения, если механический момент нагрузки на валу остается неизменным, через работающие двигатели также будет протекать повышенный ток.

Автомат в отличие от контактора имеет узел элементов защиты, автоматически обнаруживающий появление в сети ненормальных условий и дающий сигнал на отключение.

Различают несколько типов автоматов: универсальные (работают на постоянном и переменном токе), установочные (предназначаются для установки в общедоступных помещениях и выполняются по типу установочных изделий), быстродействующие постоянного тока и гашения магнитного поля мощных генераторов.

На рис. 12.4 дана условная конструктивная схема универсального автомата в упрощенном изображении. Автомат коммутирует электрическую цепь, подсоединяемую к выводам а и б.В указанном положении автомат отключен и силовая электрическая цепь разомкнута. Чтобы включить автомат, необходимо повернуть по часовой стрелке рукоятку 3. При этом создается усилие, которое, перемещая рычаги 4 ж 5 вправо, будет поворачивать основную несущую деталь 6 автомата вокруг неподвижной оси О по часовой стрелке. В результате замыкаются и включают цепь тока сначала дугогасительные 8 и 10, а затем главные 7 и 11 контакты автомата. После этого вся система остается в крайнем правом положении, в котором фиксируется и удерживается специальной защелкой (на рисунке не показана).

 

 

Отключающая пружина 2 взводится при включении автомата. При подаче команды на отключение она отключает автомат. Когда по катушке 1 электромагнитного расцепителя протекает ток короткого замыкания, на его якоре создается электромагнитная сила, переводящая рычаги 4 и 5 вверх за мертвую точку, в результате чего автомат пружиной 2 отключается автоматически. При этом контакты размыкаются и возникающая на них дуга выдувается в дугогасительную камеру 9 и гасится в ней. Система рычагов 4 и 5 выполняет функции механизма свободного расцепления, который в реальных автоматах имеет более сложное устройство. Механизм свободного расцепления позволяет автомату отключаться в любой момент времени, в том числе и в процессе включения, когда включающая сила воздействует на подвижную систему автомата. Если рычаги 4 и 5 переведены вверх за мертвую точку, то жесткая связь между приводной и подвижной системами нарушается. Мертвая точка соответствует такому положению рычагов, когда прямые линии O₁O₂ и О₂О₃, соединяющие оси вращения, совпадают по направлению друг с другом. В этом случае автомат немедленно отключается за счет действия возвратной пружины 2, независимо от того, воздействует ли включающая сила на приводимую систему автомата или нет.

При отключении автомата первыми размыкаются главные контакты 7 и 11 и весь ток переходит в параллельную цепь контактов 8 и 10 снакладками из дугостойкого материала. На главных контактах дута не может возникать, так как они не должны обгорать, поэтому дугогасительные контакты размыкаются, когда главные контакты расходятся на значительное расстояние.

 

Глава 13