7.1 Загальні поняття.
7.2 Електричні апарати ручного керування.
7.3 Електричні апарати захисту та керування.
7.4 Умовно-графічні й буквені позначення електричних апаратів.
Загальні поняття
Керування електроприводами здійснюється за допомогою електричної апаратури і включає в себе такі операції:
– пуск;
– зупинення;
– реверсування;
– регулювання частоти обертання;
– гальмування;
– обмеження ходу.
Керування буває:
– ручне;
– дистанційне;
– автоматичне.
Апарати керування електроприводами за призначенням поділяються на групи:
– комутаційні – замикають або розмикають електричне коло (рубильники, перемикачі, пакетні вимикачі, контролери, контактори, магнітні пускачі, повітряні автоматичні вимикачі (автомати)). Вони вмикаються послідовно з навантаженням;
– пускорегулювальні – вони здійснюють обмеження пускових струмів, регулювання частоти обертання та гальмування двигуна (пускові й регульовані реостати, дроселі, резистори з постійним опором тощо);
– захисні – захищають електродвигуни та їх мережу живлення від струмів КЗ, перевантажень, зниження напруги (плавкі запобіжники, теплові реле, реле максимального струму, розчеплювачі автоматів, реле мінімальної напруги, інші реле).
7.2 Електричні апарати ручного керування
7.2.1 Рубильники і перемикачі
Це апарати безпосереднього ручного керування з кількістю вмикань до 10 за годину, Uном. до 500 В та Іном до 10000 А. Термін служби – до 100 тис. операцій «увімкнено – вимкнено». Їх контакти – мідні або латунні.
Найбільш важлива частина комутаційних апаратів – їх контакти. Контакт – це місце переходу струму з однієї струмопровідної частини до іншої. Вони здійснюють розрив кола зі струмом навантаження. У колі з індуктивністю при цьому виникає ЕРС самоіндукції. Під її впливом разом із напругою мережі між розмикальними контактами виникає іонізація повітря та електрична дуга. Висока температура дуги викликає перегрів, руйнування або зварювання контактів.
У рубильниках, розрахованих на великі струми, для гасіння дуги застосовують дугогасні камери.
Вітчизняна промисловість випускає одно-, дво- і триполюсні рубильники й перемикачі на номінальні струми 100 ÷ 600А.
7.2.2 Пакетні вимикачі та перемикачі
Вони також мають ручний привід і застосовуються в колах із кількістю вмикань та вимикань до 300 за годину. Призначені для малопотужних кіл постійного й змінного струму. Термін служби – 10 ÷ 20 тис. умикань. Випускаються на струм до 400 А при Uном до 660 В.
7.2.3 Контролери і командоапарати
Контролер – це перемикальний пристрій силових кіл для ручного керування асинхронними двигунами з фазним ротором і двигунами постійного струму. Допускає до 600 умикань за годину. Контролери широко застосовуються в крановому електрообладнанні. Бувають: барабанні, кулачкові, плоскі.
Командоапарати (КА) – призначені для перемикання в колах керування при нечастих уключеннях. До них належать:
– кнопки керування;
– універсальні перемикачі;
– ключі керування;
– шляхові та кінцеві вимикачі й перемикачі;
– командоконтролери.
Кнопки керування – призначені для дистанційного пуску, зупинення, реверсу електродвигунів за допомогою контакторів та магнітних пускачів (шляхом замикання й розмикання кіл котушок і електромагнітів).
Командоконтролери – це різновид силового контролера.
На відміну від кнопок керування, вони застосовуються в тих випадках, коли необхідно виконувати перемикання одночасно в декількох (до 15-ти) колах керування в певній послідовності та за заданою програмою. Послідовність замикання й розмикання контактів визначається профілем ключових шайб.
Промисловістю випускаються КК на струми до 15А серій КА – командоапарат кулачковий, КП або КК – крановий, КН – плоский та ін.
Ключі керування – мають контактну систему, аналогічну контактам пакетного вимикача. Застосовуються для підготовки до вмикання схем автоматів з електромагнітним приводом.
Шляхові вимикачі та перемикачі – призначені для автоматичного вмикання або вимикання електричних кіл залежно від шляху, який проходить виконавчий орган.
Кінцевий вимикач – це видозміна шляхового вимикача, слугує для відключення привідного електродвигуна в крайньому положенні виконавчого органа.
7.3 Електричні апарати захисту та керування
7.3.1 Плавкі запобіжники
Плавкий запобіжник (ПЗ) – це апарат, призначений для автоматичного захисту провідників й електрообладнання (машин та апаратів) від струмів КЗ і струмів тривалого перевантаження.
Основна частина ПЗ – калібрована (розрахована на певний допустимий струм) плавка вставка – вмикається в електричне коло послідовно.
Основні параметри ПЗ:
– номінальний струм плавкої вставки (Ів.ном) – це найбільший за значенням струм, при якому запобіжник може працювати, не згораючи, необмежено довго;
– номінальний струм (Іном) запобіжника (патрона, контактів).
В один і той же патрон запобіжника можна встановити плавкі вставки на різні номінальні струми, що не перевищують номінальний струм запобіжника.
Залежно від матеріалу плавкої вставки запобіжники поділяються на:
– інерційні – з великою тепловою інерцією. Вони можуть витримувати значні короткотермінові перевантаження струмом (плавка вставка зі свинцю);
– малоінерційні – з малою тепловою інерцією, тобто з обмеженою здатністю до перевантаження (плавка вставка з цинку або міді).
У СНД прийнята така шкала стандартних номінальних струмів плавких вставок: Ів.ном = 1, 2, 4, 6, 10, 15, 20, 25, 35, 45, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 350, 430, 500, 600, 700, 850, 1000А.
У силових та освітлювальних мережах до 1000 В застосовують такі типи запобіжників:
– пробкові (типи Н-10, Н-60, РПС, ПЦУ);
– трубчасті розбірні (ПР2 – без наповнювача) й нерозбірні (НПН, НПР, з наповнювачем – кварцовим піском).
Струмочасова характеристика ПЗ – це залежність часу розплавлення його каліброваної вставки від струму в навантаженні (рис. 7.1).
Чим більший струм, тим швидше спрацьовує запобіжник.
Рисунок 7.1 – Струмочасова характеристика
7.3.2 Електричні реле
Електричне реле – це апарат, який здійснює автоматичне перемикання контактів у колі керування іншого апарата. Контакти реле встановлюються:
– на замикання (З);
– на розмикання (Р);
– на перемикання (П).
За призначенням реле поділяють:
– на реле захисту;
– на реле керування (реле напруги, струму, часу, вказівні, проміжні).
Реле захисту та управління – це апарати багаторазової дії. Поширені електромагнітні реле типів:
– клапанні;
– із поворотним якорем;
– соленоїдні.
Основні характеристики реле:
– значення величини спрацювання та відпускання;
– коефіцієнт повернення;
– час спрацювання.
Коефіцієнт повернення – це відношення величини відпускання й спрацювання цього реле (завжди менше від одиниці).
Час спрацювання реле (або витримка часу) – це час від подачі сигналу на вхід реле до моменту його вмикання.
Реле максимального струму – застосовується в електроустановках для автоматичного захисту від КЗ. Це апарат багаторазової дії. Для них час відключення – 0,1 ÷ 0,2 с.
Номінальний струм реле – це довготривало допустимий струм у його котушці (Ін.к).
Струм уставки реле (Іуст.) – це значення струму спрацювання, на який відрегульоване реле.
Для захисту АД струм уставки вибирається з умови:
Іуст. ≥ 1,3 ÷ 1,5 Іпуск. – для АД із КЗ ротором;
Іуст. ≥ 2,25 ÷ 2,5 Іном. – для АД із фазним ротором.
Реле напруги – реагують на підвищення напруги джерела живлення. Конструктивно вони такі, як і реле струму, але котушка розрахована на ввімкнення в мережу паралельно, тобто на повну напругу.
Теплові реле – призначені для захисту електродвигунів від тривалих перевантажень, які ведуть до перегріву двигунів.
Крім того, два одноелементних (або одне двоелементне теплове реле) захищають трифазні АД від роботи на двох фазах. Від струмів КЗ теплові реле не захищають через їх значну теплову інерційність. Основний елемент теплових реле – біметалева пластина з двох зварених між собою пластин із різних металів чи сплавів із різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення. Принцип дії реле базується на згинанні біметалевої пластини при її нагріванні. Цей нагрів здійснюється безпосередньо струмом силового кола. При цьому деформована пластина діє на контакти, які розмикають силові ланцюги. При охолодженні біметалевої пластини впродовж 3 – 5 хв. вихідне положення реле поновлюється натисканням на кнопку повернення, а у реле із самоповерненням – автоматично.
Номінальний струм теплового реле (Ін.р.) – це найбільший струм, при якому реле в умовах нормальної температури оточуючого повітря ще не спрацьовує.
Для захисту повинна виконуватись умова
Ін.р. ≥ Ін.н.е. ≈ Ін.дв , (7.1)
де Ін.р. – номінальний струм теплового реле;
Ін.н.е. – номінальний струм нагрівального елемента;
Ін.дв – номінальний струм двигуна.
Реле часу – здійснюють (у заданій послідовності та тривалості) вмикання або вимикання електроапаратів. Реле часу мають характеристику з незалежною від струму витримкою часу. Випускаються:
– електромагнітні;
– напівпровідникові;
– двигунні (моторні) реле часу.
Проміжні реле – застосовуються для розвантаження малопотужних основних реле, передачі їх сигналів апаратам вимикання або перемикання з великими струмами та розміщення їх по ланцюгах сигналізації (сигнальних реле, сирен, дзвінків, сигнальних ламп).
7.3.3 Контактори
Контактор – це двопозиційний апарат, призначений для частих вмикань і вимикань електродвигунів й інших силових кіл змінного струму з напругою до 600 В та постійного – до 440 В. По суті, контактор – це вимикач з електромагнітним керуванням. Його головні (лінійні) контакти вмикаються послідовно в силову мережу.
За призначенням контактори поділяються на:
– лінійні – для комутації головних кіл;
– керування (або прискорення) – для автоматичного перемикання пускорегулюючих резисторів електродвигунів.
Контактор складається з таких елементів:
– електромагніт (котушка контактора);
– головні (силові) контакти;
– допоміжні контакти.
Керування контактором – дистанційне, за допомогою кнопок.
7.3.4 Магнітні пускачі
Магнітні пускачі (МП) застосовуються для дистанційного керування (пуск, зупинення, реверс) та захисту від перевантаження трифазних АД із КЗ ротором потужністю до 200 кВт і U до 600 В.
МП – це комутаційний електромагнітний апарат дистанційного керування.
Основні елементи МП:
– контактор;
– теплове реле.
В основному використовуються трифазні (змінного струму) із замикаючими (нормально розімкненими) головними контактами. Котушки МП (як і контактори) вмикаються в силову мережу послідовно. МП захищає двигуни:
– від перевантажень та обриву фази (за допомогою теплового реле);
– від зниження (на 30 – 40%) номінальної напруги.
7.3.5 Повітряні автоматичні вимикачі
Автоматичний вимикач (автомат) – це комплектний комутаційний апарат багаторазового використання.
Основні елементи автомата:
– силові контакти з дугогасними камерами;
– механізм вільного розчеплення;
– елементи захисту (розчіплювачі, БК, привід).
В електричних колах вони виконують функцію рубильника та запобіжника. Повітряні, тому що гасіння дуги відбувається у повітряному середовищі (без мастила).
Автомати застосовуються для керування й захисту від перевантажень, КЗ, замикань на землю та при втраті (або зниженні) напруги силових кіл змінного й постійного струмів напругою до 1000 В із кількістю вмикань до 6-ти за годину.
Для трифазних кіл використовуються триполюсні автомати. Для кіл однофазних і постійного струму – дво- і однополюсні.
Автомати на струм до 200 А, як правило, вмикаються вручну рукояткою (важелем) чи дистанційно. В аварійних режимах вимикаються автоматично, при спрацюванні розчіплювачів, а в нормальних режимах – уручну або дистанційно кнопкою.
Розчіплювачі бувають:
– електромагнітні;
– теплові;
– комбіновані (теплові + електромагнітні);
– напівпровідникові;
– максимального струму та незалежні.
Електромагнітний розчіплювач – це електромагнітне реле (максимального, мінімального або зворотного струмів чи мінімальної напруги), яке діє на механізм відключення силових контактів автомата. Електромагнітні розчіплювачі діють миттєво.
Розчіплювач максимального струму захищає коло від струмів КЗ і великих перевантажень, а мінімальної напруги – від зниження напруги.
Тепловий розчіплювач – це теплове реле + механізм відключення. Через теплову інерційність реле діє із затримкою (з витримкою в часі) й захищає коло тільки від тривалих перевантажень.
Незалежний електромагнітний розчіплювач (обмотка якого живиться від незалежного джерела живлення) застосовується для дистанційного вмикання та вимикання автомата за допомогою кнопок у нормальних режимах.
7.4 Умовно-графічні й буквені позначення електричних апаратів
(FU) – запобіжник плавкий (вимикач-запобіжник);
– контакти;
розмикальний
(QS) – контакти для комутації потужних кіл (із дугогасними пристроями);
(SA) – контакти (замикальні та розмикальні із затримкою, яка діє при спрацюванні й при поверненні);
(SB) – вимикачі кнопкові із замикальними та розмикальними контактами;
(KM, KA, KV) – обмотка (котушка) магнітного пускача, контактора, реле, електромагніта;
(КК) – нагрівальний елемент теплового реле;
(SA) – вимикач шляховий (кінцевий)
(SA) – вимикачі: одно- і триполюсні (звичайні та з автоматичним спрацюван-ням при перевантаженні);
– контакт головного кола контактора (магнітного пускача) замикальний, розмикальний;
– контакт теплового реле без повернення.
