Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

тельно потока по фазе на 90°. Возникающий под действием этой э. д. с. ток в витке, в свою очередь, создает переменный магнит­ ный поток, который пронизывает сердечник и якорь контактора и тем самым препятствует отпаданию якоря при переходе основ­ ного магнитного потока через нуль.

В контакторах переменного тока для гашения электрической дуги, возникающей в момент разрыва цепи, применяется искро­ гасительная катушка или система деионного гашения.

На рис. 9—3 показана схема деионного гашения дуги.

Рис. 9-3. Схема деионного гашения дуги в контакторах переменного тока

§ 2. Магнитные пускатели

Магнитный пускатель представляет собой пусковой дистан­ ционно управляемый аппарат, включающий в себя один или два закрытых кожухом контактора, смонтированных на общей изо­ ляционной панели.

Магнитные пускатели, как правило, снабжаются тепловой защитой в виде теплового реле. Подобные пускатели выполняют­ ся реверсивными и нереверсивными. Магнитный пускатель с од­ ним контактором выполняется нереверсивным. В реверсивном магнитном пускателе имеются два контактора, предназначенные для «прямого» и «обратного» включения соответствующих потре­ бителей.

В реверсивном магнитном пускателе контакторы сблокированы между собой. При этом для большей надежности применяется одновременно механическая и электрическая блокировки, что

150

исключает одновременное их включение, но позволяет включаться одному из них при выключенном другом.

Магнитные пускатели переменного тока предназначены глав­ ным образом для дистанционного управления трехфазными асин­ хронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, т. е. для пуска и остановки электродвигателей.

С помощью магнитных пускателей осуществляют также т. н. нулевую защиту электродвигателей, которая заключается в том, что при снижении напряжения питающей сети более чем на 15% или при полном его снятии подвижная система контактора пус­ кателя отпадает и при повторной подаче напряжения электро­ двигатель не сможет произвольно запуститься. В этом случае для его пуска необходимо снова включить кнопку «пуск» в цепи управления.

§ 3. Таймтакторы

Таймтактором называют временной контактор, имеющий специальное устройство, предназначенное для регулирования соб­ ственного времени срабатывания. Таймтактор имеет две электроматнитные системы — включающей и удерживающей катушек. Схематическое устройство таймтактора показано на рис. 9—4.

Рис. 9-4. Устройство таймтактора (временно­ го контактора)

151

Электромагнитная система 1 включает в себя удерживающую катушку 1, которая предназначена для подготовки таймтактора к действию. Электромагнитная система П, содержащая включаю­ щую катушку 2, предназначена для замыкания главных контак­ тов 3 таймтактора.

Система 1 содержит демпфирующую гильзу 4, расположенную на сердечнике 5. В том случае, когда катушки 1 и 2 не возбуждены якорь 6, под действием пружины 7, прижат к сердечнику 5. Глав­ ные контакты 3 контактора при этом разомкнуты. При подаче напряжения на катушку 1 в процессе подготовки контактора к включению, под действием пружины 7 и удерживающей катушки 1 якорь 6 с достаточным усилием прижимается к сердечнику 5 при разомкнутых главных контактах 3.

При подаче напряжения на включающую катушку 2 и одно­ временном снятии напряжения с катушки 1 на якорь одновремен­ но будут действовать момент включающей катушки и припятствующие замыканию главных контактов моменты, обусловлен­ ные действием пружины 7 и катушки 1.

С течением времени момент, создаваемый катушкой 1, будет все больше уменьшаться, при этом наступит положение, когда момент, создаваемый включающей катушкой станет больше суммарного момента создаваемого удерживающей катушкой и пружиной 7. В этом случае якорь притянется и обеспечит замы­ кание главных контактов 3 таймтактора.

Медная гильза 4, выполняющая роль короткозамкнутого вит­ ка, расположенная на магнитопроводе 1, позволяет получить замедленное спадание магнитного потока при снятии с катушки 1 питающего напряжения.

Регулировка времени срабатывания таймтактора осущест­ вляется двумя способами: изменением толщины немагнитной прокладки 8 магнитопровода и изменением момента, создаваемо­ го специальной механической пружиной.

Достоинством таймтактора является независимость выдержки времени его срабатывания от таких посторонних факторов, как колебание напряжения питающей сети, нагрева катушек возбуж­ дения и др.

§ 4. Реле управления н защиты

Реле представляет собой электромагнитный аппарат, предназ­ наченный для контроля нормального режима работы электричес­ кой системы, и в случае его нарушения автоматически подающий

152

сигнал или производящий с помощью выключателей отключение соответствующих элементов защищаемой системы, а также слу­ жащие для замыкания и размыкания вспомогательных цепей систем, при подаче на их воспринимающий орган электрического, теплового, механического и др. видов импульсов.

В подавляющем своем большинстве реле основаны на электри­ ческом принципе действия и состоят из двух основных узлов: воспринимающего органа и исполнительного органа. Воспри­ нимающий орган предназначен для воспринятая изменения вели­ чин тока, напряжения и т. д., на которые реле реагируют и в слу­ чае их отклонения от установленных значений, приводящий в действие исполнительную систему. Исполнительный орган пред­ назначен для размыкания и замыкания выключающей цепи или для воздействия на механизмы выключателя и т. д.

Реле классифицируются по различным признакам. Различают реле времени, реле напряжения, реле тока, тепловые реле и др.

Реле времени предназначено для обеспечения требуемой вы­ держки времени при замыкании или размыкании его контактов. Реле напряжения предназначено для замыкания и размыкания своих контактов при наличии определенного напряжения на включающей катушке. Токовое реле срабатывает при определен­ ном заданном значении тока в цепи включающей катушки. Раз­ личают реле максимального и минимального тока и напряжения. Тепловое реле срабатывает при определенной заданной темпера­ туре защищаемого объекта.

По роду тока различают реле постоянного и переменного тока. По назначению реле делятся на реле управления и защиты. Реле управления используются в соответствующих цепях для выполнения различных функций, например, для приведения в действие отдельных элементов системы. Защитные реле пред­ назначены для защиты электрических систем, например, электри­ ческих двигателей при возникновении ненормального для задан­ ных условий режимов.

Широкое распространение получили реле, основанные на электромагнитном, электродинамическом, индукционном и теп­ ловом принципах наибольшее применение получили электромаг­ нитные реле времени.

Электромагнитные реле времени постоянного тока применяют­ ся при необходимости обеспечения выдержки времени в различ­ ного рода схемах автоматического управления.

На рис. 9—5 показано устройство реле времени на постоянном foxe. Реле состоит из сердечника 1, на которой расположена ка­ тушка 2. При протекании постоянного тока по катушке сердечник

153

намагничивается и притягивает к себе якорь (подвижной сердеч­ ник) 3, в результате чего размыкаются нормально закрытые кон­ такты 4. Имеются так же конструкции реле, в которых преду­ смотрены нормально открытые контакты, замыкающиеся при втягивании якоря реле. Электромагнитные реле времени на пос­ тоянном токе обеспечивают получение необходимой выдержки времени только при отпадании якоря, когда прекращается пита­ ние втягивающей катушки. При подаче постоянного напряжения на зажимы катушек реле якорь практически мгновенно притяги­ вается к его сердечнику, так как время нарастания магнитного потока и время перемещения якоря от исходного положения до соприкосновения с сердечником, т. н. собственное время сраба­ тывания, чрезвычайно мало составляет сотые доли секунды.

При прекращении питания катушки магнитный поток в сер­ дечнике реле вследствие наличия в конструкции реле магнитной прокладки 6 и медной гильзы 7, представляющей собой короткозамкнутый виток, спадает не мгновенно, а во времени.

Обесточить катушку реле можно либо замыканием ее на­ коротко, либо отключением ее от источника питания. Прй замы­ кании катушки накоротко создаваемый ею магнитный поток спадает по логарифмической кривой (рис. 9—6). На рисунке показано установившееся значение магнитного потока в сердеч-

154

нике магнитопровода реле, соответствующее установившемуся значению потока в катушке, и поток отпуска, при наличии кото­ рого механическая пружина 5 возвращает якорь в исходное поло­ жение. Здесь же показано время выдержки времени tu до начала движения якоря. Фактическая выдержка времени реле оказывает­ ся больше времени fi, на величину времени возвращения якоря в исходное положение под действием соответствующей пружины. Однако виду малого значения этого времени обычно им прене­ брегают. Рассмотренный способ обеспечения выдержки времени, путем замыкания катушки накоротко, не всегда удобен, т, к. дает относительно малую выдержку. Поэтому на практике необ­ ходимую выдержку времени чаще всего обеспечивают при раз­ рыве цепи питания катушки возбуждения. Величина выдержки времени реле при этом обычно регулируется толщиной немагнит­ ной прокладки и натяжением пружины. В настоящее время элек­ тромагнитные реле времени изготавливаются с временем сра­ батывания, примерно, от 0,1 до 12—15 сек. Указанная выдержка времени достаточно стабильна при колебании питающего нап­ ряжения в пределах от vHдо 0,5 гк.

Для защиты электродвигателей от технологических перегрузок используются тепловые реле. При длительном превышении тока нагрузки на 10—20% свыше номинального значения тока данного двигателя под действием нагревательного элемента, температура которого зависит от тока происходит срабатывание реле и соот­ ветствующей аппаратуры защиты. В силу своей конструкции

155

тепловые реле не реагируют на мгновенное нарастание тока. Тепловые реле имеют ампер-секундную характеристику, ограни­ ченно-зависимую от тока.

На рис. 9—7 представлена зависимость времени срабатывания теплового реле от тока нагрузки.

На схемах управления трехфазными асинхронными электро­ двигателями тепловое реле используется также для отключения двигателя при обрыве фазного провода, поскольку в этом случае происходит увеличение тока в двух других фазах, обтекаемых током. Действие теплового реле основано на использовании свойств биметаллической пластинки. На рис. 9—8 приведена принципиальная схема теплового реле. Реле состоит из нагрева­ тельного элемента, включенного последовательно в силовую цепь двигателя, биметаллической пластинки, состоящей из двух полосок, выполненных из разнородных металлов с различ­ ными коэффициентами линейного расширения. При нормальной нагрузке двигателя биметаллическая пластинка имеет небольшую температуру нагрева при этом изгибается незначительно. В слу­ чае перегрузки двигателя по току биметаллическая пластинка нагревается довольно значительно и изгибается. При этом ее свободный конец освобождает рычаг, который под действием пружины размыкает контакт. Поскольку этот контакт включен последовательно в цепь катушки контактора (разрыв контактов реле прерывает питание цепи этой катушки) она обесточивается, якорь реле отпадает и отключает своими главными контактами

I.

В цепь двигателя

156

двигатель от питающей сети. Возврат реле в исходное положение после его срабатывания осуществляется при помощи кнопки возврата.

При необходимости контролировать скорость вращения дви­ гателя в системах электропривода широкое применение получило реле контроля скорости. В основу действия реле скорости поло­ жен либо чисто механический (центробежное реле), либо индук­ ционный принцип. Центробежное реле замыкает или размыкает свои контакты при достижении заданной скорости вращения дви­ гателя. Основной частью этого реле является ротор с грузиками, которые при вращении раздвигаются и воздействуют на электри­ ческие контакты. Центробежные реле используются для предо­ хранения двигателя от чрезмерной скорости вращения.

Однако наибольшее распространение получили индукционные реле скорости типа РКС.

На рис. 9—9 приведена принципиальная схема реле контроля скорости индукционного типа.

Рис. 9-9. Принци­ пиальная схема реле контроля скорости

С валом контролируемого электродвигателя связан постоян­ ный магнит, вращающийся внутри кольца, закрепленного в отдельных подшипниках. На внутренней поверхности кольца имеется короткозамкнутая обмотка, представляющая собой по­ добно обмотке короткозамкнутого ротора асинхронной машины беличью клетку. При вращении магнитна в этой обмотке наво­ дится электродвижущая сила, под действием которой в цепи ее протекает ток. В результате взаимодействия магнитна с полем

157

тока в обмотке возникает вращающий момент, под действием которого кольцо увлекается полем и вращается в ту же сторону, что и магнит. При повороте кольца рычаг в зависимости от направления вращения электродвигателя замыкает контакты При снижении-скорости до нуля рычаг, под действием пружин, устанавливается в нейтральное положение .и контактная схема приходит в исходное положение.

Для изменения скорости вращения, при которой замыкаются контакты реле, имеется специальный настроечный винт.

Глава X

БЕСКОНТАКТНЫЕ АППАРАТЫ И УСТРОЙСТВА

§1. Полупроводниковые приборы

Вустройствах автоматического управления широкое приме­ нение получили полупроводниковые приборы, в частности, крем­

ниевые управляемые вентили — тиристоры.

Тиристоры представляют собой четырехслойный полупровод­ никовый прибор с тремя р—п переходами, в котором слои с элек­ тронной проводимостью чередуются со слоями с дырочной проводимостью. В нем крайний слой с дырочной проводимостью является анодом, а крайний слой с электронной проводимостью — катодом. К среднему слою прибора с дырочной проводимостью присоединяется управляющий электрод. На рис. 10—1 показана

Рис. 10-1. Структурная схема и схема включения тиристора

1 — анод; 2 — катод; 3 — управ­ ляющий электрод; E t — источник питания; Е у— источник управ­ ляющих сигналов

158

схема включения тиристора. Крайние р—п переходы называются эмиттерными, а средний р—п переход — коллекторным.

Свойства тиристора аналогичны свойствам тиратрона. Если к тиристору приложить напряжение в проводящем направлении, т. е. к крайнему р — слою, то тиристор не откроется до тех пор, пока на управляющий его электрод не будет подан соответствую­ щий положительный потенциал. При этом функции управляющего электрода тиристора подобны функциям сетки тиратрона. Сетка управляет моментом зажигания тиратрона, а управляющий элек­ трод управляет моментом открывания тиристора, когда сопро­ тивление между анодом и катодом скачкообразно уменьшится от весьма значительной до очень малой величины, которой обла­ дает прибор в проводящий период. На рис. 10—2 приведена вольтамперная характеристика тиристора.

При отсутствии положительного потенциала на управляющем электроде, когда управляющий ток / у = 0, тиристор имеет боль­ шое сопротивление, как в прямом, так и в обратном направле­ ниях. В области 1 вольтамперной характеристики даже при зна­ чительной величине напряжения ток имеет незначительную вели­ чину, измеряемую микроамперами. В области 2 вольтамперной характеристики тиристор обладает отрицательным сопротивле­ нием. Эта область характеризует неустойчивый режим работы тиристора. Напряжение (7П, при котором тиристор переходит из области 1 в область 2 характеристики, называется напряжением переключения. Это напряжение зависит от величины тока / у в цепи управляющего электрода. Область 3 вольтамперной ха­ рактеристики, в которой весьма малому анодному напряжению (порядка 1—2 вольт) соответствует значительный анодный ток, достигающий порядка сотен и тысяч ампер, является ее рабочим участком. В области 4 вольтамперной характеристики при отри­ цательной полярности анодного напряжения в непроводящий пе­ риод, которое может достигать больших значений, порядка тысяч вольт, анодный ток имеет величину, измеряемую микроамперами.

При недопустимой для данного типа тиристора величине об­ ратного напряжения, т. н. критическом обратном напряже-' нии Uxр. обР., может произойти пробой тиристора, сопровождаю­ щийся значительным возрастанием анодного тока. Этот процесс является необратимым и приводит к разрушению прибора.

Для перевода тиристора в открытое состояние (область 3) на управляющий электрод подается положительный потенциал от источника постоянного тока, либо в виде отдельного импульса треугольной, прямоугольной или синусоидальной формы. Уп-

159