Лекция 3 по дисциплине «Электропривод машин химического

производства и предприятий строительной индустрии»

Тема:

2.1.2 Электрические аппараты (ЭА) общего назначения в ЭП РМО 2.1.2.1 Конструкция, принцип действия и основные характеристики

электрических аппаратов.

Пуско-регулирующие ЭА: автоматические выключатели, магнитные

пускатели, реле времени.

Защитные электрические аппараты: предохранители, реле минимального и

максимального тока и напряжения.

Цель: Изучить устройство и принцип действия, основные характеристики

электромеханических аппаратов, применяемых при пуске двигателя .

Многообразие видов аппаратов и выполняемых ими функций, совмещение в одном

аппарате нескольких функций не позволяет строго классифицировать их по одному

признаку.

I) Классификация по назначению Коммутационные аппараты

Основная функция - это включение, отключение, переключение электрических

цепей.

Основные аппараты: рубильники, пакетные переключатели, различные

переключатели, автоматические выключатели, предохранитель

Особенность: редкое включение, отключение.

Защитные аппараты Основная функция - это защита электрических цепей от токов короткого

замыкания и перегрузок.

Основное аппараты: автоматические выключатели, предохранитель.

Пускорегулирующие аппараты Основная функция: управление электроприводами и другими потребителями

электрической энергии. Их еще называют аппаратами управления (АУ)

Основные аппараты - контакторы, пускатели, командо-контроллеры, реостаты

Особенности: частое включение, отключение до 3600 раз в час т.е. 1 раз в

секунду.

Ограничивающие аппараты.

Основная функция: - это ограничение тока или напряжения.

Основные аппараты: роль ограничителей токов короткого замыкания (ТКЗ)

выполняют реакторы, а функцию ограничителей перенапряжения - разрядники.

Контролирующие аппараты.

Основная функция: контроль за заданными электрическими и

технологическими параметрами.

Основные аппараты: реле, датчики

Измерительные аппараты.

Основная функция: изолирование цепи первичной коммутации (силовой цепи,

цепи главного тока) от измерительных цепей, они преобразуют контролирующий

параметр в форму удобную для измерения

Регулирующие аппараты.

Основная функция: Предназначены для автоматизации, стабилизации и

регулирования заданного параметра электрической цепи.

Основные аппараты: трансформаторы тока, трансформаторы напряжения,

делители напряжения

II) Классификация по напряжению До 1000 В (660 В включительно)

Аппараты больше 1000 В.

Рассмотрим основные ЭП в схеме включения асинхронного двигателея.

Рис.3.1 Схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Автоматические выключатели QF

Автоматический выключатель предназначен для включения и отключения электрических

цепей и электрооборудования, а также для защиты от больших токов, возникающих при

коротких замыканиях и перегрузках. – это коммутационные контактные аппараты В

отличие от магнитного пускателя автоматический выключатель не может использоваться

для автоматических систем, использующих электрические управляющие сигналы. Он

также не обеспечивает реверса электродвигателя. Т.е. автоматические выключатели

выполняют одновременно функции защиты и управления.

Рис.3.2 Автоматический выключатель

Автоматический выключатель часто используют для продолжительного включения

нереверсируемых электродвигателей. Может он также использоваться вместо рубильника

в схемах с магнитным пускателем (см. рис. 3.1).

Устройство автоматического воздушного выключателя (автомата) показано на рис.

3.2. С помощью рукоятки 1 производится включение и отключение автомата. В

состоянии, показанном на рисунке, автомат отключен и подвижный контакт 2 не замкнут

с неподвижным контактом 3. Для включения автомата следует взвести пружину 6, при

этом рукоятка 1 перемещается вниз и поворачивает деталь 4, которая своим нижним

концом входит в зацепление с зубом удерживающего рычага 5. Теперь автомат готов к

включению. Для его включения рукоятку 1 перемещают вверх. Пружина 6 займет такое

положение, что шарнирно соединенные рычаги 7 и 8 перемещаются вверх по отношению

к тому положению, когда они находятся на одной прямой. Автомат включится: цепь тока

создается через контакты 2 и 3, расцепители 9 и 10. Автоматическое отключение автомата

происходит при срабатывании расцепителей. При длительных токовых перегрузках

срабатывает тепловой биметаллический расцепитель 10, свободный конец которого

перемещается вниз, поворачивая рычаг 5 по часовой стрелке. Зуб рычага расцепляется с

деталью 4, которая поворачивается, а рычаги 7 и 8 проходят мертвое положение. Усилие

пружины 6 направлено вниз, под его действием размыкаются контакты 2 я 3. Отключение

при максимально допустимом токе происходит под действием электромагнитной силы F3,

выводящей зуб рычага 5 из зацепления с деталью 4. Если произошло автоматическое

отключение нагрузки, то рукоятка / остается в верхнем положении.

Ручное отключение автомата происходит при перемещении рукоятки 1 вниз.

Возникающая при размыкании контактов 2 и 3 электрическая дуга гасится с помощью

дугогасительной решетки 11.

Автоматы могут снабжаться расцепителями минимального напряжения, отключающими

автомат при напряжении в сети ниже допустимого значения. Для дистанционного

управления автоматическим выключателем могут использоваться специальные их

конструкции, дополненные электромагнитным приводом рукоятки 1.

Выпускаемые промышленностью автоматические выключатели типов АК, АП, АЕ имеют

от 1 до 3 пар силовых контактов. Они предназначены для цепей с напряжением от 110 до

500 В при токах в десятки ампер. Время автоматического отключения составляет 0,02-

0,04 с.

При проектировании сетей электроснабжения выбор автоматических выключателей

выполняется с учетом многих факторов (характеристик потребителей, одновременности

их работы, селективности и.т.д.). В инженерных системах зданий такими потребителями

наиболее часто являются:

- двигатели насосов и вентиляторов;

- электрические воздухонагреватели приточных вентиляционных установок;

- электроприводная арматура;

- схемы управления и сигнализации;

- контроллеры и другие приборы;

- понижающие трансформаторы 220/36В, 220/24В.

Для каждого из этих потребителей автоматические выключатели выбираются по

следующим характеристикам:

по времени срабатывания контактов - нормальные (время срабатывания

0.02…0.1с);

по роду тока главной цепи - переменного, постоянного и переменного;

по числу полюсов главной цепи - одно-, двух-, трех-, четырехполюсные;

по номинальному току - выбирается из ряда: 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40,

50, 63, 80, 100А и т.д.;

по виду расцепителя - комбинированный – тепловой плюс мгновенный

(электромагнитеный);

по наличию дополнительных контактов - без контактов, с контактами.

Расцепление (отключение) приводится в действие одним из двух видов расцепителей –

тепловым или мгновенным. Тепловой расцепитель срабатывает при протекании через него

тока выше допустимого. Это - настраиваемая величина, минимальная величина

срабатывания составляет (1.45-1,25)Iн (номинальный ток).

Расчет тока теплового расцепителя производится по формуле:

IT=(1.2-1.45) Iн 3.1

Время срабатывания зависит от времятоковой характеристики выключателя и может

изменяться от секунд до часа. Мгновенный расцепитель, в отличии от теплового

срабатывает мгновенно, но при гораздо больших токах, составляющих от 2Iн до 20Iн. По

току мгновенного расцепителя автоматические выключатели делятся на типы A, B, C и D.

Тип А срабатывает при достижении тока 2-3 номинальных значения и применяется для

электропроводок большой протяженности.

Тип В срабатывает при достижении тока 3-5 номинальных значения и применяется для

электропроводок в жилых зданиях.

Тип С срабатывает при достижении тока 5-10 номинальных значения и применяется для

подключения двигателей.

Тип D срабатывает при достижении тока 10-20 номинальных значения и применяется для

подключения двигателей.

Автоматические выключатели типа А в наших схемах не применяются. Для всех выше

перечисленных потребителей, кроме асинхронных двигателей насосного и вентиляцион-

ного оборудования, приводной арматуры, нужно применять выключатели типов В или С.

При этом выбор выключателей производится по номинальному току.

Асинхронные двигатели насосного и вентиляционного оборудования в момент пуска

имеют пусковой ток, который может составлять до 10 номинальных значений.

Конкретные значения пусковых токов двигателей приводятся в технических

характеристиках оборудования. Для питания этих потребителей целесообразно выбирать

пускатели типа D, которые срабатывают при токах, составляющих 10-20 значений

номинального. При этом выбор выключателей также производится по номинальному

току. Для таких потребителей возможно также применение выключателей типа С, но при

этом пускатель выбирается с учетом пускового тока.

Учитывать пусковые токи также необходимо при выборе выключателей для питания

приводной арматуры. Приводная арматура является маломощным потребителем и часто

питается напряжением 24В, но при этом пусковые токи ее приводов могут быть

значительными. Для примера можно привести характеристики привода BLF для

противопожарных клапанов швейцарсой фирмы BELIMO. При потребляемой мощности

при движении 5Вт и напряжении питания 24В, максимальный ток составляет 5.8А.

При выборе числа полюсов в наших схемах необходимо руководствоваться следующим. В

цепях питания однофазных нагрузок переменным напряжением 220В устанавливаются

однополюсные выключатели, коммутирующие фазу. В цепях питания трехфазных

нагрузок с нулевым проводником (электронагреватели) или без него (двигатели)

устанавливаются трехполюсные выключатели, коммутирующие фазные проводники. В

цепях питания 24В, 36В постоянного и переменного тока устанавливаются двухполюсные

выключатели.

Пускатели. Пускатели предназначены для дистанционного управления трехфазными асинхронными

двигателями и другими видами трехфазных нагрузок, например электронагревателями.

По своему конструктивному исполнению пускатели подразделяются на контактные

(магнитные) и безконтактные (симисторные и др.). Магнитные пускатели применяются в

тех случаях, когда управляемое ими оборудование включается/выключается не очень

часто. Например, не чаще чем 1 раз в час. Для работы с часто включаемым оборудованием

лучше применять бесконтактные пускатели, поскольку, в отличие от магнитных

пускателей, срок их службы не зависит от количества циклов включения/выключения.

Отсутствие коммутационных помех и долговечность безконтакных пускателей

обеспечивает большую надежность работы оборудования. Но они имеют большую

стоимость, по сравнению с магнитными пускателями.

Исходя из вышесказанного, в схемах управления инженерным оборудованием зданий для

двигателей насосов и вентиляторов, для нерегулируемых секций электрических

воздухонагревателей применяются магнитные пускатели, а для управления

регулируемыми секциями электрических воздухонагревателей – безконтактные.

Оба типа пускателей могут быть реверсивными и нереверсивными. Реверсивные

магнитные пускатели применяются для управления реверсивными двигателями,

устанавливаемыми, например, в качестве приводов запорных исполнительных

механизмов - приводы задвижек. Реверсивные безконтактные пускатели устанавливаются

для управления регулирующими исполнительными механизмами с импульсным

управлением, где в качестве приводов применены 3-х фазные реверсивные двигатели.

Сначала о магнитных пускателях.

При наличии тепловых реле магнитные пускатели могут не только осуществлять

управление двигателями, но и защищать их от перегрузок недопустимой

продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

Магнитные пускатели выбираются по номинальному току двигателя и рассчитаны на

пусковые токи. Существует стандартный ряд пускателей по току – 6А, 9А, 12А, 16А, 20А,

25А, 32А, 40А и т.д. Одной из характеристик магнитного пускателя является также

напряжение цепи управления катушки. Напряжение цепи может быть ~24В, ~220В,

~380В.

Поставляемые к пускателям по отдельному заказу тепловые реле имеют настраиваемые

диапазоны токов срабатывания. Ток срабатывания выставляется в соответствии с током на

шильдике двигателя или его можно, зная номинальный ток двигателя определить по

формуле:

IT=k Iн = (1.2-1.4) Iн 3.2

Обычно значение k берут равным 1,25.

Следует помнить, что если цепь управления катушки пускателя коммутируется выходным

контактом контроллера, то для защиты выхода контроллера от помех магнитный

пускатель должен комплектоваться фильтром для защиты от помех.

Для защиты цепей управления и силовых цепей применяют плавкие предохранители.

Расчет тока допустимого тока плавких вставок ведут по формуле 3.1. Значение тока для

плавкой вставки берут из стандартного ряда для плавких вставок – 2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25;

31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000;

2500 А.

Плавкие вставки Предохранители серии ПН2

Предохранители серии ПРС

Предохранители серий ПН-2 и НПН2-60

Предохранители плавкие серий ПН2, НПН 2-60 предназначены для защиты

электрооборудования промышленных установок и электрических сетей от перегрузок и

коротких замыканий.

Условия эксплуатации: предохранители должны надежно работать в условиях

воздействия на них механических факторов по группе М7 ГОСТ 17516. Рабочее

положение в пространстве: вертикальное или горизонтальное при высоте установки над

уровнем моря не более 2000 метров. Режим работы - продолжительный.

Номинальное напряжение предохранителя: переменного тока частоты 50 и 60 Гц — 380 В;

постоянного тока — 220 В.

Структура условного обозначения предохранителя ПН2:

ПН - вид предохранителя,

2 - номер серии,

250 - номинальный ток: 100А; 250А; 400А.

Основные технические характеристики Тип предохранителей Диапазон токов (А)

ПН2-100 31,5 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100

ПН2-250 80 - 100 - 125 - 160 - 200 - 250

ПН2-400 200 - 250 - 315 - 355 - 400

НПН2-60 6 - 10 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 - 63

Предохранители серии ППН

Номинальный ток плавкой вставки, А - 2; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125;

160; 200; 250; 315; 400; 500; 630.

Минимальная отключающая способность, кА - 50.

Режим работы - продолжительный.

Структура условного обозначения:

ППН-ХХ-ХХ-ХХХХ

ППН – предохранитель плавкий наполненный.

ХХ – условное обозначение номинального тока основания: 31 – 100 А,

33 – 160 А, 35 – 250 А, 37 – 400 А, 39 –630 А, 41 – 1000 А.

Х – условное обозначение вида монтажа и вида присоединения проводников к выводам: 2

– на собственном изоляционном основании, 5 – на изоляционном основании комплектного

устройства, 7 – на проводниках комплектного устройства.

Х – условное обозначение наличия указателя срабатывания, бойка и свободных контактов:

0 – без указателя срабатывания, без бойка, без свободных контактов;

1 – с указателем срабатывания, с бойком, со свободными контактами; 2 – с указателем

срабатывания, с бойком, без свободных контактов; 3 – с указателем срабатывания, без

бойка, без свободных контактов.

ХХХХ – обозначение степени защиты, климатического исполнения и категории

размещения.

Бесконтакные пускатели.

Бесконтактные пускатели осуществляют коммутацию через симисторы. Бесконтактные

пускатели, используемые для управления электрическими воздухонагревателями,

выбираются по рабочему току подключаемой нагрузки. Управляющим сигналом для

бесконтактного пускателя может быть дискретный или аналоговый сигнал. На базе

симисторных пускателей выпускаются также контроллеры, осуществляющие ПИД-

регулирование электрическими воздухонагревателями. Кроме того, контроллеры

осуществляют защиту электронагревателей и защиту симисторов при перегреве,

формируют сигнал «авария» в схему аварийной сигнализации.

На базе бесконтактных пускателей выпускаются также устройства плавного пуска.

Поскольку при пуске двигателей возникают пусковые токи до 10-ти раз превышающие

номинальные, что вызывает нагрузку на электрические сети, то по европейским нормам

для двигателей мощностью свыше 4кВт необходимо устанавливать аппаратуру,

облегчающую их пуск. Для двигателей, имеющих переключение обмоток Ү/Δ, часто

применяется схема с тремя магнитными пускателями, которая осуществляет это

переключение, что облегчает пуск. Однако все большее применение получают устройства

плавного пуска. Благодаря встроенному контроллеру, возможно осуществление

различных алгоритмов управления – пуск/стоп, пусковой метод, остановочный метод.

Такими устройствами осуществляется защита от аварийных режимов работы, архивация

данных, диагностика неисправностей.

Частотные преобразователи.

Частотные преобразователи – это устройства, с помощью которых можно плавно или

ступенчато изменять количество оборотов двигателя, т.е. изменять производительность

насоса или вентилятора.

Необходимость в установке частотных преобразователей к трехфазным двигателям

насосов и вентиляторов возникает в нескольких случаях:

- если установленное в технологической системе оборудование по своей

производительности значительно больше требуемой;

- если в технологической системе периодически подключаются и отключаются некоторые

потребители, что требует ступенчатого изменения производительности;

- если в технологической системе нужно поддерживать параметр на заданном уровне.

В первом случае в процессе наладки на частотном преобразователе устанавливаются

необходимые параметры для работы насоса или вентилятора с заданной

производительностью и в процессе работы эти настройки не меняются. С контроллера

такой частотный преобразователь управляется дискретным сигналом «пуск/стоп».

Во втором случае, частотным преобразователь, по нескольким внешним дискретным

командам, переключает оборудование с одной производительности на другую.

В третьем случае, частотный преобразователь регулирует производительность насоса или

вентилятора для поддержания параметра (давление, перепад давления, расход,

температура, уровень) на заданном уровне. Регулирование может осуществляться как

встроенным ПИД-регулятором, так и внешним аналоговым сигналом от контроллера.

Частотные преобразователи также осуществляют функции защиты двигателя и самого

преобразователя от аварийных режимов работы, архивацию данных, диагностику

неисправностей.

Реле. Электрические реле используются как пусковые устройства для однофазных двигателей и

для коммутации цепей однофазного тока в схемах управления и сигнализации.

По конструкции различают электромагнитные и герконовые реле.

По начальному состоянию контактов реле подразделяются на:

- нормально замкнутые;

- нормально разомкнутые;

- переключающиеся (два устойчивых положения).

По типу управляющего тока различают реле:

- постоянного тока (нейтральные, поляризованные, комбинированные);

- переменного тока.

По напряжению и величине управляющего тока реле можно подразделить на:

- маломощные;

- средней мощности;

- мощные.

Реле могут быть без задержки срабатывания, с задержкой срабатывания и реле времени.

Специальные реле также могут быть использованы для контроля напряжения, тока, фаз,

мощности, сопротивления, фотореле и дифференциальные реле.

Различают также реле по напряжению питания цепи управления – 24В, 220В. При этом

надо понимать, что управляющая цепь в реле никак не связана с управляемой, т.е. реле с

напряжением в цепи управления 24В своими контактами может коммутировать цепь

напряжением 220В.

В схемах управления оборудованием инженерных систем зданий реле используются как

аппараты, коммутирующие цепи питания однофазными электродвигателями, как

промежуточные реле для усиления и размножения сигналов управления с выходов

контроллеров, реле времени для включения/выключения оборудования по временным

графикам работы. Широко используются реле контроля напряжения и фаз для контроля

наличия питания в щитах силового питания и автоматического управления

оборудованием.

Следует также помнить, что если цепь управления катушки реле коммутируется

выходным контактом контроллера, то для защиты выхода контроллера от помех реле

должно комплектоваться фильтром для защиты от помех, так называемой РЦ-цепью.