78419

Способы управления электроприводами. Схемы ручного управления электроприводами. Контакторные, контроллерные и командно-контроллерные схемы управления

Лекция

Энергетика

Контроллерные системы управления применяют преимущественно в ЭП мощностью до 20 кВт (в отдельных случаях и большей мощности). Управление ЭП при данной системе осуществляется силовым кулачковым контроллером серии КВ, контакты которого включены в силовую цепь ЭД

Русский

2015-02-07

927.72 KB

14 чел.

Лекция № 5

«Способы управления электроприводами. Схемы ручного управления электроприводами.

Контакторные, контроллерные и командно-контроллерные схемы управления»

1. Системы управления судовыми электроприводами

1.1. Основные сведения

Под управлением электроприводом понимают выполнение операций, осуществляю-

щих пуск, регулирование скорости, торможение, реверсирование и остановку двигателя, а также его защиту, производимых в целях поддержания или соответствующего изменения режима работы привода.

 Под системой управления электроприводом понимают электротехническое устрой

ство, предназначенное для выполнения перечисленных выше операций и изготовленное  чаще всего в виде металлического шкафа с аппаратурой управления ( контакторами, реле, защитными устройствами, элементами автоматики и т.п. ). 

В зависимости от уровня автоматизации, т.е. от степени участия человека в процес-

се управления, различают три вида систем управления:

1. неавтоматизированного ( ручного) управления ( сокращенного названия нет );

2. автоматизированного управления ( САУ ) ;

3. автоматического управления ( АСУ ).

Неавтоматизированное (ручное) управление осуществляют непосредственным

воздействием оператора на аппарат ручного управления: пусковой или пускорегулировоч

ный реостат, выключатель или контроллер.

В системах автоматического управления (АСУ) управление объектом осущестля

ется без участия человека, пример – авторулевой.

В системах автоматизированного управления (САУ) человек ( группа людей ) яв-

ляется самостоятельным звеном управления в составе системы управления, пример – си-

стема управления судовой атомной энергетической установкой.

1.3. Системы  релейно-контакторного  управления 

Для управления ЭП применяют следующие системы управления: контроллерные, контакторные и системы Г-Д.

Контроллерные системы управления применяют преимущественно в ЭП мощностью до 20 кВт (в отдельных случаях и большей мощности). Управление ЭП при данной системе осуществляется силовым кулачковым контроллером серии КВ, контакты которого включены в силовую цепь ЭД. Контроллеры устанавливают на палубе вблизи механизма, а ящики с пускорегулировочными резисторами-под палубой. Для предотвращения обгорания контактов контроллера в схему обычно вводят линейный контактор, обеспечивающий коммутационную нагрузку при включении ЭД. Линейный контактор также выполняет функцию нулевой защиты, с его помощью также осуществляется защита ЭП от перегрузок. Высокая надежность и простота обслуживания этих аппаратов дают им преимущество перед другими системами.

Применение контроллерных систем при мощности ЭП выше 20-25 кВт не рекомендуется, их заменяют контакторными системами, которые наиболее широко распространены на современных судах. Эти системы обеспечивают автоматизацию процесса пуска, регулирования режимов и необходимую защиту ЭД. Для управления используют комплектные устройства в виде контакторных станций, называемых магнитными контроллерами. Магнитные контроллеры применяют как в ЭП постоянного тока (серий БП и ВП-брызго-и водозащищенного исполнения), так и в ЭП переменного тока (серии БТ и ВТ-брызго- и водозащищенного исполнения). Автоматизация отдельных режимов (пуск, торможение) выполняется, как правило, в функции времени.

 

Управление якорно-швартовными ЭП осуществляется при помощи командоконтроллеров, которые устанавливаются вблизи механизмов.

Системы Г-Д имеют ограниченное применение. В свое время их использование было оправдано для больших мощностей якорных ЭП, где устройства интенсивно использовались и по технологии выполняемых работ требовали большего предела и плавности регулирования. Системы Г-Д выполняют с противокомпаундной обмоткой генератора, чем обеспечиваются смягчение механических характеристик, защита от перегрузки по току и ограничение мощности, потребляемой из сети.

 

Целесообразным также следует считать  замену электромашинного преобразователя тиристорным, что осуществляется на некоторых судах.

При всех системах управления ЭД якорно-швартовных механизмов по требованию Регистра должны обеспечиваться системами защиты от токов короткого замыкания и перегрузок, а также нулевой защитой, которые устанавливают на распределительных щитах питания и в магнитных контроллерах. Системы защиты могут вызывать отключение ЭП, ограничение нагрузочного режима или подачу предупреждающего сигнала

.

Защиту от перегрузки в отечественных ЭП с асинхронными двигателями типа МАП выполняют в некоторых случаях с помощью тепловых токовых реле серии ТРТ, но за последние годы более широкое применение получили температурные средства защиты; биметаллические термореле, встроенные непосредственно в лобовые части обмоток статора, и термореле с использованием полупроводниковых терморезисторов.

Защита от коротких замыканий осуществляется автоматическими выключателями.

Нулевая блокировка, выполненная посредством электромагнитных реле, позволяет восстановить работоспособность схемы только после постановки командоаппарата в нулевое положение, что обеспечивает безопасность ведения якорных и швартовных операций.

Кроме указанных защит, якорно-швартовные ЭП снабжаются ручными выключателями безопасности, которые устанавливаются на командоконтроллере и отключают ЭД при поломке механизма или возникновении ситуаций, опасных для обслуживающего персонала.

3. КОММУТАЦИОННО-ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРОИВОДОВ

Аппарат ( от латинского «apparatus» - оборудование ) – прибор, техническое устрой

ство, приспособление.

Коммутация ( от латинского «commutatio» - перемена ) – процесс переключения

электрических цепей.

Коммутационный аппарат ( англ. - switchgear ) – аппарат, предназначенный для переключения электрических цепей.

На современных судах все механизмы электрифицированы. Это означает, что они

приводятся в движение при помощи электродвигателей. Для управления электродвигате-

лями применяют электрические аппараты. Простейшим таким аппаратом является  рубильник, при помощи которого вручную включают или выключают электродвигатель.

В общем случае электрическим аппаратом называют электротехническое устрой

ство, предназначенное для управления электрическими токами или механическими нагруз-

ками электрооборудования.

При этом под управлением электрическим током понимают коммутацию, стабили-

зацию, регулирование и преобразование электрического тока.

1.2. Классификация электрических аппаратов

В настоящее время существует множество разновидностей самих аппаратов и вы-

полняемых ими функций, что делает невозможным классификацию аппаратов по одному какому-либо признаку.

Поэтому на практике электрические аппараты классифицируют по 8 основным при

знакам:

1.  области применения;

  1.  назначению;
  2.  принципу действия;
  3.  напряжению;
  4.  конструктивному исполнению;
  5.  способу управления;
  6.  режиму работы;
  7.  наличию перемещающихся ( подвижных ) контактов.

  1.  По области применения электрические аппараты делятся на 2 группы ( публи

кация 50 ( 441 ) Международной электротехнической комиссии ):

  1.  аппаратура распределительных устройств;
  2.  аппаратура управления.

При этом к аппаратуре распределительных устройств относят аппараты, применя-

емые при генерировании, передаче, распределении и преобразовании электроэнергии, а к аппаратуре управления – аппараты, применяемые для управления аппаратами распредели

тельных устройств.

Иначе говоря, аппараты распределительных устройств используют в силовых це-

пях, а аппараты управления – в цепях управления. Часто аппараты управления называют командоаппаратами.

К силовым относят цепи, содержащие элементы, предназначенные для производ-

ства, передачи, распределения и преобразования электроэнергии, в частности:

  1.  на постоянном токе – цепи обмоток якорей электродвигателей;
  2.  на переменном токе – цепи обмоток статоров асинхронных электродвигателей

с короткозамкнутым ротором, а также цепи обмоток роторов асинхронных двигателей с фазным ротором.

К цепям управления относят вспомогательные цепи аппарата, предназначенные для

его управления, например, цепь катушки контактора.

2. По назначению электрические аппараты делятся на 4 вида:

  1.  коммутационную – для включения и отключения электрических цепей ( рубиль-

ники, неавтоматические выключатели, переключатели, разъединители и др. );

  1.  защитную – для защиты электрических установок в режимах, отличных от номи

нальных  ( предохранители, автоматические выключатели, реле тока, напряжения, мощно

сти, конечные и путевые выключатели, и др. );

  1.  пуско-регулировочную – для пуска и регулирования различных параметров

электрических установок ( пускатели, пусковые и пуско-регулировочные реостаты, регуляторы возбуждения и др. );

  1.  контролирующую – для контроля заданных режимов работы электрических

установок ( реле температуры, давления, уровня, частоты вращения и др. ).

3. По принципу действия электрические аппараты делятся на 4 вида:

  1.  электромагнитные ( реле тока, напряжения и др.);
  2.  индукционные ( реле обратной мощности );
  3.  тепловые ( тепловые реле );
  4.  контактно-механические ( контроллеры, командоконтроллеры, конечные выключатели ).

 4. По напряжению электрическая аппаратура делится на низковольтную ( до 230 В ) и высоковольтную ( свыше 230 В ).

5. По конструктивному исполнению электрические аппараты делятся на 4 вида:

  1.  открытые, не имеющие защитного корпуса и встраиваемые внутрь распределительных щитов, магнитных станций и т.п.;
  2.  брызгозащищенные, имеющие легкий корпус, защищающий от попадания

брызг;

  1.  водозащищенные, находящиеся внутри корпуса, защищающего от проникнове-

ния воды при помощи резиновых прокладок;

  1.  герметичные, предназначенные для работы под водой при определенном давле-

нии.

6. По способу управления различают электрическую аппаратуру:

  1.  ручного управления ( кнопочные посты управления, контроллеры, командокон

троллеры и др. );

  1.  автоматического управления ( автоматические пускатели, станции управления и

др. ).

 7. По режиму работы различают электрическую аппаратуру продолжительного

( S1 ), кратковременного ( S2 ) и повторно-кратковременного ( S3 ) режима работы. В ре-

жиме S1 работают электроприводы вентиляторов и некоторых насосов, в режиме S2  – якорно-швартовные устройства, шлюпочные и траповые лебедки, в режиме S3 - грузовые лебедки и краны. Всего же режимов работы – 8 ( S1…S8 ),4 – повторно-кратковременный, включая пуск; S5 – повторно-кратковременный, включая электрическое торможение; S6 – продолжительный при переменной нагрузке; S7 – продолжительный , включая электриче-

ское торможение, S8 – режим работы при периодическом изменении частоты вращения и нагрузки ). Однако судовые электроприводы работают, в основном, в режимах S1, S2 и S3.

  

8. По наличию перемещающихся ( подвижных ) контактов электрические аппа

раты делятся на 2 группы( ГОСТ 17703 – 72 ) :

  1.  контактные;
  2.  бесконтактные.

В контактных аппаратах переключение электрической цепи происходит путем

перемещения контактных деталей  аппарата относительно друг друга, а в бесконтактных –

без такого перемещения деталей аппарата. В качестве контактных деталей применяются подвижные и неподвижные медные контакты , бесконтактных – полупроводниковые приборы – транзисторы и тиристоры.

2. Командоаппараты

 2.1. Основные сведения

Командоаппаратами называют устройства, предназначенные для переключения

цепей управления электроприводами под воздействием оператора или механизма.

К командоаппаратам относятся:

  1.  кнопочные посты управления;
  2.  командоконтроллеры;
  3.  универсальные переключатели;
  4.  путевые и конечные выключатели.

2.2. Кнопочные посты управления

Кнопочный пост управления – это электротехническое устройство, состоящее из

одной и более кнопок управления. Кнопочные посты управления тельферов – передвиж-

ных тележек для перемещения поршней главного двигателя, имеют 9 кнопок управления.

 Кнопка управления ( кнопочный элемент ) – это коммутационный аппарат с ручным приводом.

Различают 2 типа кнопок:

  1.  кнопки с самовозвратом;
  2.  кнопки с самоудержанием.

В кнопках с самовозвратом имеется возвратная пружина, возвращающая контакт

кнопки в исходное состояние после прекращения нажатия кнопки ( рис. 9.24, а ).

     

 

Рис. 9.24. Конструктивные формы кнопочных постов: а - кнопочный элемент; б – открыто утопленный пост; в – защищенный кнопочный пост; 4 – водозащищенный

кнопочный пост; 1 – основание; 2 – лицевая панель; 3 – шпильки стяжные; 4 –

кнопка «Пуск»; 5 – кнопка «Стоп»; 6 – толкатели; 7 – возвратные пружины

Кнопочный пост с двумя кнопками «Пуск» и «Стоп» ( рис. 9.24,б ) состоит из  па-

раллельно расположенных основания 1 и лицевой панели 2 , жестко соединенных при  по-

мощи шпилек 3. На основании закреплены кнопочные элементы 4 - «Пуск» и 5 – «Стоп». Каждый элемент включает в себя пару контактов - подвижный и неподвижный, толкатель 6 ( шток ), возвратную пружину 7 и собственно кнопку.

Если кнопка не нажата, то пара контактов кнопки «Пуск» разомкнута, а кнопки «Стоп» замкнута. При нажатии кнопки «Пуск» подвижный контакт перемещается и замы-

кается с неподвижным, в этом месте образуется цепь тока. При нажатии кнопки «Стоп» подвижный и неподвижный контакты размыкаются, в этом месте образуется разрыв цепи.

Если кнопку ( любую ) отпустить, подвижные контакты под действием пружины возвращаются в исходное состояние.

Таким образом, кнопка «Пуск» имеет замыкающий контакт, а кнопка «Стоп» - раз-

мыкающий.

Условное обозначение кнопок показано на рис. 9.25. Наличие самовозврата обозна

чается при помощи небольшого треугольника,  обращенного вершиной верх.

Рис. 9.23. Кнопки нажимные «Пуск» - а , «Стоп» - б  и вытяжная - в

На рис. 9.25, а, б, в, верхняя часть изображения кнопок в виде буквы «П» обозна-

чает направление движения подвижной части кнопок. Таким образом, кнопки «Пуск» и «Стоп» надо нажимать в направлении сверху вниз, а вытяжную – вытягивать за её голов-

ку ( при вытягивании ее контакт замыкается ).

 

2.3. Командоконтроллеры

Командоконтроллер – это командоаппарат ручного управления, предназначенный для частого переключения  контактов в цепях управления.

В зависимости от типа, командоконтроллеры имеют до 12 рабочих положение и до 12 цепей. Каждому рабочему положению соответствует определенный рабочий режим, например, «травить», «лево», «скоростной спуск», «выбирать», «право», «тяговый подъ-

ем» и т.п. Число цепей определяется схемой управления электропривода – чем больше функций выполняет схема, тем больше число цепей.

Основным элементом контроллера является переключающее устройство ( рис.

9.26 ).

Рис. 9.26. Переключающее устройство командоконтроллера: 1 – вал; 2 – кулачковая шайба; 3 – ролик; 4 – пластмассовый рычаг; 5 – ось; 6 – пружина; 7 – подвижные контакты

8 – неподвижные контакты

Переключающее устройство состоит из вала квадратного сечения 1, который пово-

рачивается вручную рукояткой управления. На валу закреплены пластмассовые кулачко

вые шайбы 2 определенного профиля. Контактная система включает неподвижные контакты 8 и подвижные контакты мостикового типа 7, закрепленные на пластмассовом рычаге 4, который прижимается к кулачковой шайбе пружиной 6. Рычаг сидит на оси 5.

Поворот рукоятки управления вызывает поворот вала 1 с кулачковыми шайбами 2. Если при этом ролик 3 попадает во впадину шайбы, подвижный и неподвижный контакты замыкаются ( на рис. 9.26 - правая пара контактов ). Выход ролика из впадины приводит к размыканию контактов ( на рис. 9.26 – левая пара контактов ).

Каждое положение рукоятки аппарата фиксируется специальным храповым устрой

ством, состоящим из подпружиненного ролика и  шестерни в виде звездочки. Ролик свя-

зан с корпусом аппарата, а звездочка находится на валу 1. Фиксированное положение рукоятки наступает при попадании ролика внутрь выемки на звездочке.

Командоконтроллеры могут иметь 4, 6 или 12 кулачковых элементов ( пар контак-

тов ) и от 1 до 6 положений рукоятки в одну сторону.

Командоконтроллер серии КМ-200 в сборе показан на рис. 9.27.

Рис. 9.27. Командоконтролер типа КМ-200: 1 – вал; 2 – кулачковые шайбы; 3 – пружина; 4 – ось рычага; 5 – рычаги; 6 – ролики; 7 – контакты

Положение контактов и их количество указывается в специальной таблице замыка-

ний контактов ( рис. 9.28 ).

Рис. 9.28. Таблицы замыканий контактов: верхняя – с крестиками; нижняя – с точками

Эту таблицу можно изобразить двумя равнозначными способами:

  1.  в виде таблицы с крестиками;
  2.  в виде таблицы с точками.  

Таблица с крестиками ( рис. 9.28, верхняя часть ) состоит из колонок и строчек.

В крайней левой колонке указаны номера подвижных контактов от 1 до 7. В осталь

ных колонках указаны номера нулевого и рабочих положений рукоятки командоконтрол-

лера. Нулевое положение обозначено цифрой «0», а рабочие положения – цифрами 1, 2, 3 и 4 в обоих направлениях - «Назад» и «Вперед».

В строчках  напротив номеров контактов крестиками или пустыми клетками обо-

значается состояние контакта, а именно: если в каком-либо положении рукоятки контакт замкнут, в клетке стоит крестик, если контакт разомкнут – клетка пустая.

Например, контакт №1 замкнут только в нулевом положении ( «0» ) и разомкнут во всех рабочих ( «1», «2», «3», «4» в направлениях «Выбирать» и «Травить»).

Контакт №2 разомкнут в нулевом положении, но замкнут во всех рабочих.

Контакт №3 разомкнут в нулевом положении и в положениях 1, 2, 3 и 4 в направле

нии «Назад», но замкнут в положениях 1, 2, 3 и 4 в направлении «Вперед», и т.д.

Таблица с точками ( рис. 9.28, нижняя часть ) состоит из вертикальных пунктирных линий и  строчек с точками. Номера вертикальных линий 0, 1, 2, 3 и 4 ( в обе стороны ) соответствуют положениях рукоятки командоконтроллера, а точки равнозначны крести-

кам - если в каком-либо положении рукоятки контакт замкнут, на вертикальной линии  стоит точка, если контакт разомкнут – точки нет.

Например, контакт №1 замкнут только в нулевом положении, т.к. на вертикальной линии «0» стоит точка, и разомкнут во всех рабочих «1», «2», «3», «4» в направлениях «Выбирать» и «Травить» - на вертикальных линиях точки отсутствуют.

2.4. Конечные и путевые выключатели

Конечным выключателем называют аппарат, предназначенный для остановки элек-

тропривода  в предельном ( конечном ) положении механизма.

Например, механизм стрелы грузового крана имеет два конечных выключателя,

один из которых отключает двигатель при подходе стрелы к крайнему верхнему положе-

нию, а другой – к крайнему нижнему.

Путевым выключателем называют аппарат, предназначенный для управления элек

троприводом в промежуточном положении механизма.

Путевые выключатели не отключают электропривод, а переводят его на меньшую скорость перед подходом к предельному положению. Например, механизм перемещения портального крана вдоль стенки причала имеет два путевых  выключателя, каждый из ко-

торых переводит электропривод этого механизма с большей скорости на меньшую при подходе на один – два метра к крайнему положению. Остановку электропривода в край-

них положениях выполняют конечные выключатели.

На судах путевые выключатели применяют в рулевых устройствах для включения сигнальных ламп положения пера руля: в нулевом положении горит лампа белого цвета, в рабочих положениях горят лампы красного цвета «Лево руля» и белого цвета «Право руля».

По устройству конечные и путевые выключатели делятся на 3 типа:

  1.  нажимные;
  2.  рычажные;
  3.  шпиндельные.

Нажимные выключатели

Нажимные выключатели, как правило, применяют в качестве конечных ( рис. 9.29 )

Рис. 9.29. Принципиальная схема нажимного выключателя:

1 – неподвижные контакты; 2 – нажимное устройство; 3 – упор механизма

На штоке нажимного устройства 2 находятся два мостиковых подвижных контакта,

электрически не связанных друг с другом. В исходном положении верхний подвижный контакт соединяет через себя левый и правый неподвижные контакты.

При подходе рабочего ( движущегося ) органа механизма упор 3 надавливает на шток нажимного устройства 2, шток опускается вниз. При этом размыкаются верхние кон-

такты и замыкаются нижние.

Рычажные выключатели

В рычажных выключателях переключение контактов осуществляется воздействием

упора  механизма 1 на рычаг выключателя 2 ( рис. 9.30 ).

Рис. 9.30. Принципиальная схема рычажного выключателя:

1 – упор механизма; 2 – рычаг выключателя

В исходном состоянии выключателя его контакты замкнуты.

При подходе рабочего органа механизма к крайнему положению упор 1 механизма

надавливает на Г-образный рычаг выключателя 2. Последний, сжимая пружину,  повора-

чивается в направлении против часовой стрелки, в результате чего контакты выключателя размыкаются.

На судах рычажные конечные выключатели применяют в электроприводе механиз-

ма изменения вылета стрелы  грузовых кранов. Внешний вид такого выключателя изобра-

жен на рис. 9.31.

Рис. 9.31. Рычажный конечный выключатель: 1 – упор механизма; 2 – ролик; 3 – рычаг

 

Контактный валик внутри выключателя связан с рычагом 3, на конце которого нахо

дится ролик 2. При набегании на ролик 2 упора механизма 1, рычаг 3 поворачивается на

30º, вследствие чего один контакт выключателя размыкается, а другой – замыкается.

При отводе упора назад возвратная пружина устанавливает рычаг в вертикальное положение.

 

 Шпиндельные конечные выключатели

Шпиндельные выключатели применяют в электроприводах судовых лебедок и кранов в механизме подъема для контроля длины троса, смотанного с грузового барабана.

Выключатели останавливают электродвигатель, когда на барабане остается 2 – 3 шлага троса.

В отсутствие выключателя двигатель полностью смотает трос  с барабана и,не оста-

навливаясь, начнет наматывать его на барабан с изломами и перехлестами, что недопусти-

мо.

Рис. 9.32. Принципиальная схема шпиндельного выключателя:

1 – винт; 2 – гайка; 3 – шток; 4, 5 – ролики кулачкового механизма; 6,8 – подвижные кон-

такты, 7,9 – неподвижные контакты; М – электродвигатель; Р – редуктор; КЛ, КП – реле «Лево», «Право»

Вращение электродвигателя М через редуктор Р передается винту 1. На винт наде-

та  прямоугольная гайка 2, имеющая в верхней части сквозное отверстие. Через это отвер-

стие проходит шток 3. Поэтому при работе электродвигателя гайка поступательно переме-

щается вдоль винта влево или вправо, в зависимости от направления вращения вала двига-

теля.

В исходном состоянии контакты 6,7 получает питание катушка промежуточного реле КЛ «Лево», через контакты 8,9 – реле КП «Право».

При достижении гайкой 2 , например, крайнего левого положения, контакты 6 и 7

размыкаются, реле КЛ «Лево» отключается и своими контактами производит необходи-

мые изменения в схеме управления электроприводом.

В результате электродвигатель останавливается. Поскольку контакты 7,9 остаются замкнутыми, сохраняется возможность работы электродвигателя в обратном направлении.

  1.  Контроллеры

3.1. Основные сведения

 Контроллер – от английского глагола «to control» - управлять.

Контроллером называется многоступенчатый аппарат управления с ручным приво-

дом, подвижные контакты которого переключаются по заданной программе при повороте его приводного вала.

В зависимости от назначения, контроллеры делятся на два вида:

  1.  силовые ( чаще – просто «контроллер» );
  2.  командоконтролеры.

Силовыми называются контроллеры, предназначенные для коммутации силовых

цепей. Токи в силовых цепях составляют единицы – десятки ампер. Например, контролле

ры серий КВ1 и КВ2 коммутируют токи от 10 до 60 А.

Командоконтроллерами называются контроллеры, предназначенные для коммута-

ции цепей управления. Токи в таких цепях составляют десятые доли - единицы ампер.

Например, командоконтроллеры серий КВ0, КН и КТ рассчитаны на ток 10 А.

3.2. Силовые контроллеры

Силовые контроллеры применяют для пуска, реверса, регулирования скорости, торможения и остановки двигателей в электроприводах грузоподъёмных механизмов при мощности двигателя до 10…12 кВт и электроприводах якорно-швартовных механизмов при мощности до 20 кВт.   

Различают два вида силовых контроллеров:

1.барабанные;

2.кулачковые.

Силовой барабанный контроллер

Силовой барабанный контроллер изображен на рис. 9.33.

Рис. 9.33. Силовой барабанный контроллер: 1 – медные сухарики; 2 – неподвижные контакты; 3 – стальная рейка; 4 – зажимы; 5 – маховик; 6 – вал; 7 – кулачковые шайбы; 8 – медные пластины

 

Контроллер имеет литой корпус, закрытый крышкой с резиновым уплотнением. С

маховиком 5 механически связан вертикальный вал 6, на котором смонтированы кулачко-

вые изоляционные шайбы 7 с привинченными к ним медными подвижными контактами 8.

Эти контакты выполнены в виде сегментов  разной длины, напротив которых распо

ложены на стальной рейке 3 изолированные от нее неподвижные контакты 2. Каждый та-

кой контакт на одном конце конце имеет сухарик – привинченный медный съемный кон-

такт 1, а на другом – зажимы 4 для подключения кабелей.

Сегменты расположены по высоте барабана в определенном порядке.

Принцип действия контроллера состоит в следующем.

При повороте барабана сухарики 1 cкользят по сегментам 8, замыкаясь или размы-

каясь с ними, что приводит к необходимым переключениям в схеме управления электро-

приводом.

Барабанные контроллеры имеют следующие недостатки:

1.большой вес и габариты;

2.недостаточно плотный скользящий контакт между подвижными и неподвижны-

ми контактами.

В 60-е годы ХХ века на смену барабанным контроллерам пришли кулачковые.

Силовой кулачковый контроллер

Устройство силового кулачкового контроллера показано на рис.9.34.

        

Рис. 9.34. Силовой кулачковый контроллер:

а – общий вид; б – контактное устройство;

1 – дугогасительный рог; 2 – полюсные наконечники; 3 – асбоцементная камера;

4 – подвижный контакт; 5 – суппорт; 6 – пружина контакта; 7 – рычаг; 8 – ролик;

9 – пружина; 10 – дугогасительная катушка; 11 – сердечник катушки; 12 – непод-

вижный контакт

С маховиком контроллера в виде штурвала ( рис. 9.34, а, нижняя проекция ) механи

чески связан вал, на котором смонтированы кулачковые шайбы с переменным профилем

( отсюда название этого типа контроллера – кулачковый ).

Против каждой кулачковой шайбы на неподвижной изоляционной панели располо-

жены контактные устройства ( рис. 9.34, б ).

Контактное устройство представляет собой рычаг 7, на одном конце которого на оси закреплен подпружиненный суппорт 5 с подвижным контактом  4. На втором конце рычага размещён ролик 8, находящийся во впадине шайбы. На этот конец рычага давит пружина 9, заставляя подвижный контакт 4 надавливать на неподвижный контакт 12.

При повороте маховика ролик 8 выходит из впадины шайбы и попадает на её вы-

ступ. При этом шайба надавливает на ролик, заставляя рычаг повернуться по часовой стрелке вокруг оси. Верхний край рычага сжимает пружину 9, а нижний отводит подвиж-

ный контакт 4  от неподвижного 12,  контакты размыкаются.

Углы поворота вала с шайбами фиксируются в определенных положениях с помо-

щью храпового устройства. Профиль кулачковых шайб определяет программу управления электроприводом – пуск, первая скорость, вторая скорость, остановка и т.п.

Дугогасительное устройство постоянного тока состоит из последовательной искро

гасительной катушки 10, сердечника катушки 11, полюсных наконечников 2, дугогаситель

ного рога 1 и асбестоцементной камеры 3.

На переменном токе  дугогашение обеспечивается установкой между кулачковыми элементами асбестоцементных перегородок, которые препятствуют перекрытию дугой рядом расположенных полюсов аппарата.

Контактные  устройства цепей управления устроены и работают аналогичным обра

зом, но их контакты – не пальцевые, а мостиковые  и без дугогашения.

  1.  Контакторы
  2.   Основные сведения

Коммутация ( от лат. сommutatio -  перемена ) – переключение электрических цепей

Контактором называется электромагнитный аппарат дистанционного действия,

предназначенный для частых переключений силовых электрических цепей.

Контакторы предназначены для выполнения следующих основных операций по управлению судовыми электроприводами:

  1.  пуск и остановка;
  2.  изменение скорости;
  3.  изменение направления вращения ( реверс );
  4.  электрическое торможение двигателей.

На судах контакторы работают в тяжелых условиях:  при повышенной вибрации,

сотрясениях, ударах и наклонах, высокой влажности и колебаниях температуры.

Поэтому к конструкции контакторов предъявляются повышенные требования: про-

стота устройства, износоустойчивость, влаго- и нагревостойкость, брызго- и водозащи-

щенность, способность устойчиво работать при кренах и дифферентах.

 

4.2. Классификация контакторов

Контакторы классифицируются по таким основным признакам:

  1.  по роду тока – на контакторы постоянного, переменного и постоянно-перемен-

ного тока;

  1.  по числу полюсов ( контактов ) – одно-, двух- и трехполюсные;
  2.  по положению главных контактов – с замыкающими, размыкающими и теми и

другими одновременно;

  1.  по номинальному току главных контактов ( в зависимости от типа и величины

контактора ) и др.

4.3. Основные  системы контакторов   

К основным системам контакторов относятся:

  1.  главных контактов;
  2.  вспомогательных контактов;
  3.  электромагнитная;
  4.  дугогасительная.

Рассмотрим эти системы подробней.

 4.4. Устройство и принцип действия контактора

Рассмотрим устройство и принцип действия контактора, изображенного в упрощен

ном виде ( рис. 9.35 ).

Система главных контактов состоит из двух главных контактов -  неподвижного 1 и подвижного 2.

Система вспомогательных контактов включает в себя подвижный контакт 4 и не-

подвижные контакты 10-11 и 12-13.

В электромагнитную систему входят сердечник 6 с катушкой 7 и якорь 5.

Дугогасительная система, для упрощения объяснения, на рис. 9.35 не показана, но

ее устройство и принцип действия объясняются ниже.

В исходном положении ( рис. 9.35, а ) катушка 7 обесточена, отключающая пружи

на 9 притягивает нижнюю часть якоря к изоляционной плите 14.

Главные контакты 1 и 2 разомкнуты, а контактная пружина 3 сжата между верхней частью якоря и контактом 2 с небольшим усилием.

Подвижный контакт 4 замыкает вспомогательные контакты 10 и 11, два других та-

ких контакта 12 и 13 разомкнуты.

Рис.9.35. Электромагнитный контактор: 1 – неподвижный контакт; 2 – подвижный контакт; 3 - контактная пружина; 4 – подвижный вспомогательный контакт;

5 – поворотный якорь; 6 – сердечник электромагнита; 7 – катушка электромагнита; 8 – гибкая перемычка; 9 – отключающая пружина; 10-11, 12-13 - неподвижные контакты; 14 – изоляционная плита ( основание )

 

Если на катушку 7 подать напряжение, катушка создаст в сердечнике 6 магнитный поток. В результате якорь 5 притянется к сердечнику ( рис. 9.35, б, в ).  При этом подвиж-

ный контакт 2 замкнется с неподвижным контактом 1, контакты 10-11 разомкнутся, а 12-13 замкнутся.

На рис 9.35, б показано промежуточное положение якоря, при котором между

нижней частью якоря и сердечником сохраняется воздушный зазор. В этом положении от-

ключающая пружина 9 растянута не полностью, а контактная пружина 3 сжата не полно-

стью, и поэтому сила давления контакта 2 на контакт 1 невелика.

На рис. 9.35, в показано конечное положение якоря, при котором нижняя часть якоря плотно прижата к сердечнику ( нет воздушного зазора ), а контактная пружина 3 заставляет подвижный контакт 2 плотно прижаться к неподвижному 1.

При снятии питания с катушки 7 магнитный поток в сердечнике исчезнет и якорь 5 под действием отключающей пружины 9 и собственного веса отпадет от сердечника. При

этом главные контакты 1 и 2 разомкнутся, а вспомогательные переключатся: контакты 10-11 замкнутся, а 12-13 разомкнутся ( рис. 9.35, а ).

Основное назначение контактной пружины 3 состоит в том, чтобы  обеспечить не-

обходимое по условиям эксплуатации нажатие подвижного контакта 2 на неподвижный 1. Кроме того, она выступает как амортизатор, смягчая удар подвижного контакта по непод-

вижному при включении контактора.

Степень сжатия регулировочной пружины можно изменять при помощи регулиро-

вочной гайки ( на рис. 9.35 не показана ).

   В рассмотренном контакторе применена магнитная система с поворотным якорем

( более подробно – ниже ). Осью, на которой поворачивается якорь, здесь служит грань призмы.

  

4.5. Назначение контактов

Контакты предназначены для непосредственной коммутации электрических цепей.

В зависимости от того, в каких цепях находятся контакты, различают главные и вспомога

тельные контакты.

Главные контакты предназначены для коммутации силовых цепей. К силовым це-

пям относят цепи с токами в десятки и сотни ампер, например, цепи обмотки якоря двига-

телей постоянного тока, обмоток статора и ротора 3-фазных асинхронных двигателей и др.

Часто такие цепи называют цепями сильного или главного тока.

Вспомогательные контакты предназначены для коммутации цепей управления, сиг

нализации и контроля. К цепям управления относят цепи катушек контакторов и реле, сигнализации – сигнальных лампочек и звуковых приборов (  звонков, ревунов и т.п. ),  контроля – тепловых и температурных  реле, конечных выключателей и т.п.

Значение тока в таких цепях не превышает нескольких десятков ампер ( обычно

же - доли ампера или единицы ампер ). Поэтому такие цепи часто называют цепями слабо

го тока.

 

 Устройство

Конструкции контактов чрезвычайно разнообразны. В контакторах судового испол

нения применяют, в основном, контакты двух типов:

  1.  пальцевые;
  2.  мостиковые.

    Рис. 9.36: пальцевые ( а ) и мостиковые ( б ) контакты; А – провал контактов;

В – раствор контактов; 1 – подвижный мостиковый контакт; 2 – неподвижный контакт

Пальцевые контакты по форме напоминают согнутый палец, т.е. имеют изогнутую

форму ( рис. 9.36, а ). Такая форма обеспечивает перекат и проскальзывание одного кон

такта по другому при включении контактора. Это приводит к стиранию изолирующей оксидной пленки и грязи с поверхности контакта, т.е. к самоочистке контактов.

Кроме того, места прилегания контактов и их размыкания отдалены друг от друга

( на рис. 9.36, а, место прилегания расположено выше ). Это означает, что поверхность контактов в месте  прилегания более ровная, чем в месте размыкания, в котором контакты обгорают и оплавляются вследствие действия дуги.

Оплавление приводит к тому, что площадь соприкосновения контактов резко умень

шается, поэтому переходное сопротивление (  между подвижным и неподвижными контак

тами ) и , соответственно, нагрев контактов увеличивается. В результате возможно прива-

ривание контактов друг к другу ( сваривание контактов ).

Чтобы уменьшить износ , на медные контакты наваривают серебряные накладки в виде плоских круглых пятачков. Серебро почти не окисляется и переходное сопротивле-

ние таких контактов изменяется незначительно. Однако серебро мягче меди, поэтому эти контакты изнашиваются быстрее и стоят дороже.

В последнее время во многих типах современных контакторов применяют более износостойкие металлокерамические контакты.

Мостиковые контакты ( рис. 9.36, б ) по форме напоминают мостик, соединяющий два берега ( в данном случае – два неподвижных контакта ). У таких контактов перекатыва

ние и проскальзывание минимально, поэтому для предотвращения образования оксидной пленки поверхность мостиковых контактов часто покрывается тонким слоем серебра.

 

4.6. Изображение контактов

При изображении контактов применяют следующие правила:

  1.  подвижные контакты изображается в виде отрезка прямой, наклоненной под углом

30º к горизонтали ( вертикали );

  1.  неподвижные контакты изображаются в виде отрезка прямой, составляющей про-

должение изображения провода, либо в виде двух отрезков прямых, расположенных под углом 90º;

  1.   на схемах контакты изображаются в положении, принятом за начальное, при кото-

ром схема обесточена;

  1.  допускается выполнение контактов в зеркальном изображении.

Ниже изображены основные типы контактов контакторов:

     1.   замыкающий ( рис. 9.37, а );

2.   размыкающий ( рис. 9.37, б );

  1.  переключающий ( рис.9.37, в ).

Каждый тип контакта может иметь два изображения, в зависимости от того, как

расположены на схеме провода, подходящие к неподвижным контактам. Например, на рис. 9.37, а  изображен один и тот же тип контакта – «замыкающий», на левой части этого рисунка провода, подходящие к неподвижным контактам 2 и 3, расположены горизонталь

но, а на правой – вертикально.

Рис. 9.37. Контакты: замыкающий ( а ), размыкающий ( б ) и переключающий ( в );

1 – подвижный контакт; 2,3 – неподвижные контакты; F – сила, действующая на подвижный контакт при включении контактора

Название того или иного типа контакта зависит от того, какое положение займёт  подвижный контакт после включения контактора.

 Для этого применяют такое правило:

при включении контактора сила F действует на подвижный контакт в на-

правлении сверху вниз или слева направо.

Поясним это на примерах.

На рис. 9.37, а ( левая часть ) подвижный контакт 1 в начальном состоянии разомк-

нут, однако при включении контактора он под действием силы F займет горизонтальное положение . При этом он соединит через себя неподвижные контакты 2 и 3, т.е. замкнет  электрическую цепь, отсюда название – «замыкающий».

Аналогично, на правой части рисунка 9.37, а подвижный контакт 1 в начальном состоянии разомкнут, но после включения контактора он под действием силы F займет вертикальное положение и соединит через себя неподвижные контакты 2 и 3.

 Подвижный контакт 1 на рис. 9.37, б в начальном состоянии замкнут , однако при включении контактора он займет вертикальное ( левая часть рис. 9.37, б ) или горизон-

тальное ( правая часть рис. 9.37, б ) положение, т.е. разомкнет электрическую цепь, отсю-

да название – «размыкающий».

Подвижный контакт 1 на рис. 9.37, в в начальном состоянии образует электриче-

скую цепь с неподвижным контактом 2, однако при включении контактора он переключа-

ется и образует электрическую цепь с неподвижным контактом 3, отсюда название – «переключающий».

4.7. Электромагнитная система контакторов

В общем случае электромагнитная система контактора состоит из 4-х элементов ( рис. 9.55 ):

  1.  скобы;
  2.  якоря;
  3.  катушки;
  4.  сердечника.

По характеру движения якоря различают 2 типа контакторов:

  1.  с поворотным якорем ( рис. 9.38, а, б );
  2.  прямоходовые ( рис. 9.38, в, г ).

Рис. 9.38. Магнитные системы контакторов:  а, б – с поворотным якорем; в, г – с прямоходовым якорем ( 1 – скоба, 2 – якорь, 3 – катушка, 4 – сердечник ); стрелка-

ми показано направление движения якорей при включении контакторов

При подаче питания в контакторах первого типа якорь поворачивается на опреде-

ленный угол, т.е. совершает криволинейное движение,  в контакторах второго типа – перемещается вверх или вниз, т.е. совершает поступательное движение.

В контакторах с поворотным якорем осью, вокруг которой поворачивается якорь,

служит грань трехгранной призмы ( рис. 9.38, а ) или стальная цилиндрическая ось ( рис.9.38, б).  Направление движения якоря при подаче питания на катушку обозначено стрелками.

 4.8. Катушки контакторов

У контакторов постоянного тока якорь и скоба имеют форму плоских пластин, а сердечник якоря – цилиндрическую ( круглую ) форму. На сердечник надевается катушка, поэтому форма отверстия внутри катушки контактора постоянного тока повторяет форму сердечника ( т.е. отверстие – круглое ).

У контакторов переменного тока якорь и сердечник выполняются в виде буквы «Ш», причем форма поперечного сечения якоря и сердечника – прямоугольная ( квадрат-

ная ). Катушка надевается на средний стержень сердечника, поэтому отверстие внутри катушки имеет квадратную форму.

Кроме того, катушки контакторов постоянного тока вытянуты в длину, а контакто-

ров переменного тока, наоборот, имеют приплюснутую прямоугольную форму.

Катушки контакторов называются втягивающими. Они обеспечивают включение и удержание якоря в притянутом состоянии. При отключении катушки якорь возвращается в исходное состояние под действием отключающей пружины  ( у прямоходовых контакто-

ров ) и собственного веса ( у контакторов с поворотным якорем ). При этом контакты раз-

мыкаются ( или переключаются ).

Втягивающая катушка контакторов постоянного тока питается постоянным током, переменного тока – переменным или постоянным током. В последнем случае переменный ток сети предварительно выпрямляется при помощи полупроводниковых диодов.

Материал катушек контакторов – медные изолированные проводники. Диаметр

и число проводников зависят от мощности контактора и составляют от десятых долей мм до 2-3 мм и от сотен до нескольких тысяч витков.

 4.9. Короткозамкнутые витки

 Через катушки контакторов переменного тока протекает переменный синусоидаль-

ный ток. Это означает, что в моменты времени, когда ток в катушке проходит через нуле-

вые значения, якорь контактора под действием отключающей пружины и собственного веса стремится отпасть.

Однако из-за механической инерции якорь не успевает полностью отпасть от сер-

дечника и при восстановлении тока в катушке вновь притягивается к нему. В результате якорь непрерывно вибрирует и гудит. При вибрации ослабевает контактное нажатие, а также увеличивается ток в катушке. В результате возможно сваривание контактов, а срок службы катушки резко сокращается.

Для устранения описанного явления на крайние стрежни Ш-образного сердечника

устанавливают короткозамкнутые медные или латунные витки. Эти витки обычно охваты

вают 2/3 или половину ( рис. 9.39 ) сечения стержня.

Рис. 9.39. Короткозамкнутый виток: Ф – магнитный поток катушки; Фв – магнитный поток короткозамкнутого витка.

 4.10. Дугогасительная система контакторов

При размыкание электрической цепи, как правило, возникает дуговой разряд ( дуга ) между контактами.

Открытая дуга имеет высокую температуру ( до 5000 – 10 000º К ), что приводит к выделению большого объема светящихся газов и перегреву самих контактов.

Поверхность контактов обгорает, оплавляется, делается неровной, бугристой. Пло-

щадь прилегания контактов уменьшается, что приводит к увеличению переходного сопро-

тивления контактов и усилению их нагрева. При этом увеличивается износ контактов и сокращается срок службы аппарата.

Кроме того, в пламени дуги происходят опасные для аппаратов химические процес-

сы. Пары меди контактов, попадая в пламя дуги, окисляются там при высокой температуре и поглощают кислород воздуха. Образующийся при этом азот соединяется с парами воды и кислородом, образуя азотную кислоту HNO3. Капли этой кислоты могут образовать проводящие «мостики» между токоведущими частями в таких местах, куда ни дуга, ни ее пламя не могут попасть.

Для гашения дуги применяют дугогасительные устройства, использующие разные принципы гашения:

  1.  магнитное дутье, при помощи дугогасительной катушки;
  2.  гашение при помощи дугогасительных камер;
  3.  гашение дуги в масле, и др.

На транспортных судах нашли применение первые два способа, на судах с электро-

движением – все три.

 Гашение дуги магнитным дутьем

 При магнитном дутье используется дугогасительная катушка, включаемая последо-

вательно с контактами и расположенная в непосредственной близости с ними ( рис. 9.40 ).

                  

Рис. 9.40. Магнитное гашение электрической дуги: 1 – электрическая дуга; 2 – дугогасительная катушка; 3 – сердечник катушки; 4 – полюсные наконечники ; 5 – контакты ( нижний – подвижный, верхний – неподвижный ); 6 – дугогасительная камера; 7 – дугогасительный рог; F – электромагнитная сила, действующая на дугу

Принцип магнитного гашения дуги состоит в следующем.

Ток, протекающий через контакты 5 и витки катушки 2, создает магнитный поток, замыкающийся через сердечник катушки 3, полюсные наконечники 4  ( в виде металличе

ских плоских пластин - «щёк» ) и воздушный промежуток между ними. Направление сило

вых линий магнитного поля катушки найдено по правилу охвата катушки и обозначено штриховыми линиями.

 Правило охвата применяется для определения направления магнитного потока катушки с током и состоит в следующем: если правой рукой охватить катушку так, чтобы четыре вытянутых пальца руки располагались по направлению тока в ней, то отогнутый большой палец покажет направление магнитных силовых линий в катушке.

При размыкании контактов возникает дуга, которая проводит ток прежнего направ-

ления. Дугу можно рассматривать как проводник с током, находящийся в магнитном поле.

 На такой проводник действует электромагнитная сила Лоренца, направление кото-

рой находят по правилу левой руки.

Правило левой руки применяется для определения направления электромагнитной силы, действующей на проводник с током  и состоит в следующем: если левую руку распо

ложить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в ладонь, а четыре вытяну-

тых пальца располагались по направлению тока, то отогнутый большой палец левой руки покажет направление электромагнитной силы.

В данном примере эта сила F направлена вверх от контактов. Под действием этой силы дуга быстро перемещается по контактам от места возникновения к к верхним краям, а затем перебрасывается одним концом ( на рис. 9.40, б – правым ) на дугогасительный рог 7.  

Одновременно дуга как бы выдувается магнитным полем вверх и вталкивается в узкую часть дугогасительной камеры 6.

Данный способ гашения дуги был объяснен на примере контактора постоянного тока.

Однако этот способ применяется также в контакторах переменного тока с тяжелы-

ми условиями работы – частыми включениями и отключениями. В таких условиях работа

ют электроприводы грузовых лебедок и кранов.

 В этих контакторах через дугогасительную катушку протекает переменный ток.

Однако электромагнитная сила F= В*I* имеет одно и то же направление при в любой полуволне такого тока. Это объясняется тем, что в отрицательную полуволну переменно-

го тока одновременно изменяется как направление тока в дуге, так и направление сило-

вых линий магнитного поля дуги.

Алгебраическое объяснение этому такое:

в положительную полуволну F = (+ В)*(+I)*  > 0, в отрицательную F = (- В)*(-I )*  > 0.

 4.11. Гашение дуги в дугогасительных камерах

 Гашение дуги в дугогасительных камерах применяется как на постоянном, так и на переменном токе. Физические процессы, возникающие при этом, имеют много общего, но

есть и некоторые отличия. Поэтому гашение дуги при помощи камер рассмотрим пооче-

редно для постоянного, а затем переменного тока.

Вне зависимости от рода тока, корпуса камер изготовляются из дугостойких мате-

риалов – асбоцемента ( применялся ранее, сейчас запрещен ), керамики и др.

 

 4.12. Гашение дуги в контакторах постоянного тока

 Выше ( рис.9.40, а ) было показано, что под действием электромагнитной силы F дуга выдувается в узкую часть дугогасительной камеры 6 ( рис.37, б, нижний рисунок ), длина дуги при этом сильно увеличивается, дуга растягивается. Это увеличивает поверх

ность теплоотдачи, а значит, охлаждает дугу. Кроме того,  часть тепла отбирается у дуги стенками щели дугогасительной камеры. В результате дуга быстро остывает и гаснет.

Из сказанного следует, что дуга, перемещаясь по поверхности контактов, не успе-

вает сильно нагреть их и на рабочую часть контактов почти не действует. Наиболее силь-

но обгорают верхние, нерабочие части контактов и съёмный дугогасительный рог. Этот рог по мере обгорания заменяют новым.

 

 4.13. Гашение дуги в контакторах переменного тока

 В контакторах переменного тока основным способом гашения дуги является приме

нение дугогасительных  камер с деионной решеткой ( рис. 9.41 ). Корпус камеры изготов

лен из дугостойкого материала – асбестоцемента, керамики и др. ( на рис. 9.41 корпус не показан ).

Рис. 9.41. Гашение дуги в камере с деионной решеткой: 1 – подвижный контакт, 2 – неподвижный контакт; 3 – стальные пластины ( решетка ), f – электродинамиче-

ские силы

Такая камера так же, как камера контактора постоянного тока, имеет узкую щель, в верхней части которой устанавливаются омедненные стальные пластины 3, не касающие

ся одна другой. Эти пластины как бы образуют решетку, отсюда название – деионная ре-

шетка. Расстояние между пластинами – не менее 2 мм.

Принцип действия такой камеры состоит в следующем.

Выдуваемая внутрь камеры дуга попадает на изолированные стальные пластины и разбивается на ряд коротких дуг. Каждая из них после этого движется самостоятельно – одна быстрее, другая медленнее. При этом образуются П-образные контуры, в которых электродинамические силы f cтремятся сместить опережающие дуги вверх, а отстающие – вниз. Дуга растягивается, что увеличивает поверхность теплоотдачи, а значит, охлаждает дугу.

Кроме объясненного электродинамического эффекта, в металлической решетке про

исходит электрофизический процесс - деионизация пламени дуги.

  1.  Тормозные устройства

11.1. Основные сведения

 Тормозные устройства предназначены для механического затормаживания вала исполнительного механизма с целью точной остановки механизма и для его удержания в строго фиксированном положении.

На судах тормозные устройства применяют в электроприводах механизмов, работа которых связана с преодолением действия силы тяжести, а именно – в грузоподъемных и якорно-швартовных устройствах.

 В зависимости от особенностей конструкции, различают три  типа тормозных устройств:

  1.  ленточные;
  2.  дисковые;
  3.  колодочные.

Составная часть тормозных устройств – тормозные электромагниты различаются:

  1.  по роду тока, питающего намагничивающую катушку – на электромагниты по

стоянного и переменного тока ( одно- и трехфазного );

  1.  по величине перемещения ( ходу ) якоря – на длинноходовые ( с вертикальным

перемещением якоря до 120 мм ) и короткоходовые ( с горизонтальным перемещением якоря на 3…5 мм ).

11.2. Ленточные тормозные устройства

Ленточное тормозное устройство показано на рис. 9.59.

Рис.9.59. Ленточное тормозное устройство:

1 – катушка тормозного электромагнита; 2 – якорь тормозного электромагнита; 3 – стальная тормозная лента; 4 – двухплечий поворотный рычаг; 5 – груз; 6 –  тормозной шкив; 7 – ось поворота рычага

Тормозная лента 3 охватывает тормозной шкив 6. Оба конца ленты 3 прикреплены к рычагу 4. На ленте с внутренней стороны, обращенной к тормозному шкиву, наклеены фрикционные ( тормозные ) накладки из материала с высоким коэффициентом трения

( ферродо ). Тормозной шкив   посажен на вал двигателя.  

В исходном состоянии ток в катушке 1 отсутствует, поэтому под действием груза 5 левое плечо рычага опущено, а правое приподнято. В таком состоянии лента 3 плотно охватывает тормозной шкив 6, вал двигателя заторможен.

При протекании тока через  катушку электромагнита 1 якорь 2 втягивается внутрь катушки и поворачивает рычаг 4 вокруг оси 7 по часовой стрелке. Тормозная лента ослабе

вает и освобождает тормозной шкив – двигатель растормаживается.  

В процессе эксплуатации тормозные накладки стираются, поэтому тормозной мо-

мент постепенно уменьшается. Это может привести к тому, что вал двигателя перестанет затормаживаться. В этом случае, до замены накладок, можно вновь увеличить тормозной момент перемещением груза 5 влево.

На судах ленточные тормозные устройства нашли ограниченное применение, в основном, в электроприводах якорно-швартовных устройств.

 11.3. Дисковые тормозные устройства

Дисковые тормозные устройства широко применяются в электроприводах судовых

грузоподъемных и якорно-швартовных устройств.

На судах иностранной постройки применяют однодисковые тормоза постоянного тока, на судах отечественной постройки – многодисковые тормоза переменного тока. Принцип действия тормозов постоянного и переменного тока одинаков, хотя их электро-

магнитные системы различны.

Торможение происходит в результате трения вращающихся дисков с наклеенным фрикционным материалом о стальные диски - промежуточные и нажимной. Последние

надеты на штыри, укрепленные внутри корпуса тормоза, и поэтому могут перемещаться вдоль вала двигателя в обе стороны на несколько миллиметров.

Вращающиеся диски надевают на втулки, которые закреплены на валу двигателя. Втулки имеют шлицы, в которые входят зубья на ободе диска. Такой способ соединения

дисков и втулок позволяет быстро снять сработавшийся диск и заменить его новым.

Между корпусом и подвижным сердечником установлена главная тормозная пружи

на,  которая в обесточенном тормозе прижимает подвижные тормозные диски к неподвиж

ным и тем самым обеспечивает торможение вала электродвигателя.

При подаче напряжения на катушку электромагнита его якорь притягивается к сер-

дечнику и сжимает пружину. При этом подвижные части тормоза отходят от неподвиж-

ных, вал электродвигателя освобождается.

В качестве примера рассмотрим устройство и принцип действия электромагнитно-

го дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3 ( рис. 9.60 ).

Рис. 9.60. Электромагнитный дискового тормоза переменного тока типа ТМО-3:

1 – подшипниковый щит двигателя; 2, 4 – втулки; 3 – вал двигателя; 5 – тормозные диски

( 2 шт .); 6 – штыри ( 4 шт. ); 7 – фрикционные кольца ( накладки ); 8 – промежуточные диски ( 2 шт. ); 9 – нажимной диск; 10 – регулировочные гайки; 11 – кожух тормоза; 12 –

гайка; 13 – главная пружина; 14 – штырь; 15 – ось эксцентриковой рукоятки; 16 - съемная эксцентриковая рукоятка; 17 – упорное кольцо; 18 – электромагнитные катушки тормоза;

19 – неподвижный диск; 20 – Ш-образное ярмо; 21 – якорь; 22 – коробка выводов; 23 – ко-

роткозамкнутые витки  

 

Тормоз выполняется в виде отдельного устройства, прикрепляемого к специально

приспособленному для этого подшипниковому щиту 1 асинхронного двигателя со сторо-

ны, противоположной приводному механизму.

На конец вала 3 двигателя напрессована втулка 2 со шлицами на наружной по-

верхности . На этой втулке по шлицам свободно перемещается втулка 4 с двумя тормоз-

ными дисками 5. С обеих сторон каждого диска приклеены фрикционные кольца 7 из материала с высоким удельным коэффициентом трения ( называется «ферродо» ).

В подшипниковый щит запрессованы четыре направляющих штыря 6, на которые

насажены два промежуточных стальных диска 8 и нажимной диск 9. Левый промежуточ-

ный диск 8 находится между торцом фланца двигателя и левым тормозным диском, а пра

вый - между тормозными дисками 5.

На нажимной диск 9 надавливает мощная пружина 13, которая плотно сжимает все диски и прижимает их к стенке подшипникового щита 1. Поэтому вал двигателя затормо-

жен.

На штырях 6 при помощи гаек 10 закреплен неподвижный диск 19. На нем смонти

рованы четыре электромагнита переменного тока , магнитная система которых состоит из Ш-образного ярма 20, якоря 21 и катушки 18. На крайних стержнях ярма находятся корот

козамкнутые витки 23, предотвращающие вибрацию якорей при протекании переменного тока через катушку.  Якоря электромагнитов прикреплены к нажимному диску.

Однофазные катушки соединены попарно-последовательно и включены по схеме открытого треугольника. Такое включение позволяет получить максимальное тяговое уси-

лие. Питание к катушкам подводится через клеммную коробку 22.

Снаружи тормоз закрыт кожухом 11.

При протекании тока через катушки 18, якоря электромагнитов притягиваются к ним. Вместе с якорями перемещается вправо нажимной диск, сжимая при этом пружину.

Промежуточные и тормозные диски раздвигаются, и вал двигателя получает возможность свободно вращаться.

В соответствии с требованиями Правил Регистра, тормоз снабжен устройством для ручного растормаживания вала двигателя. Оно состоит из штыря 14, ввернутого в гайку 12, расположенную с внутренней стороны нажимного диска 9. На выходящем наружу конце штыря на оси 15 закреплена поворотная  эксцентриковая рукоятка 16.

Для того, чтобы растормозить вал двигателя, рукоятку перемещают из нижнего в верхнее положение. При этом штырь с гайкой перемещаются вправо, заставляя переме-

ститься в том же направлении нажимной диск. Далее тормоз работает так же, как описано выше при протекании тока через катушки.

По мере эксплуатации тормозного устройства  фрикционные кольца стираются, при этом увеличивается ход якоря и уменьшается втягивающее усилие электромагнитов.

Это приводит к нечеткой остановке груза ( проскальзывание после отключения тормоза ),

а в случае значительного стирания – к тому, что растормаживание двигателя не произой-

дет.

Если ход якоря больше допустимого, регулируют тормоз таким образом:

  1.  вручную растормаживают  вал двигателя переводом рукоятки 16 из нижнего в

верхнее положение;

  1.  отдают регулировочные гайки 10 и перемещают нажимной диск влево на рассто

яние, при котором ход диска будет находиться в пределах, указанных в паспорте тормозно

го устройства;

  1.  зажимают регулировочные гайки и возвращают рукоятку 16 в нижнее положе-

ние.

При сильных ударах, сопровождающих включение или отключение тормоза, следу

ет ослабить степень сжатия пружины 13 при помощи упорного кольца 17. Через это коль-

цо на резьбе проходит штырь 17. При вращении рукоятки 16 по часовой стрелке кольцо перемещается вправо, разжимая пружину. Положение неподвижного диска 19 при этом не изменяется, т.к. оно зафиксировано при помощи гаек 10. По этой причине не изменяется и ход якоря.

 Дисковые тормозные устройства имеют от 2 до 5 тормозных дисков, ход дисков – начальный 1…2,5 мм, максимальный ( в результате стирания на дисках тормозного мате

риала ) 2…5 мм.

В процессе ТО тормозов проверяют степень износа и чистоту фрикционных колец,

очищают от грязи внутреннюю часть тормоза при помощи ручного меха. Одновременно

подтягивают болтовые соединения, в трущиеся части добавляют смазку, заменяют диск с изношенными накладками, измеряют сопротивление изоляции ( не менее 1МОм ).

 11.4. Колодочные тормозные устройства

Основные сведения

Тормозными элементами в колодочных тормозах являются стальной шкив и чугун

ные тормозные колодки с приклепанными к ним фрикционными накладками. Торможение возникает при прижимании тормозных колодок к шкиву с помощью тормозной пружины.

Привод растормаживания бывает двух видов:

  1.  электромагнитный;
  2.  электрогидравлический.

Рассмотрим поочередно оба вида тормозов.

11.5. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом

Устройство колодочного тормоза с электромагнитным приводом показано на рис. 9.61.

 Рис. 9.61. Колодочный тормоз с электромагнитным приводом:

1 – тормозной электромагнит; 2 – пружина; 3 – тормозной шкив; 4 – рычаги; 5 – тормозные колодки; 6 – винт; 7 – регулировочная гайка

Этот тормоз состоит из основания, на котором закреплены на осях два рычага 4. К средней части к рычагам прикреплены на осях чугунные тормозные колодки 5 с приклё-

панными к ним изнутри фрикционными накладками  Эти колодки прижаты к поверхности стального тормозного шкива 3. Шкив 3 закреплен на шпонке на валу электродвигателя.

Рычаги 4 в верхней части имеют сквозные отверстия  с прямоугольной резьбой, че-

рез которые проходит горизонтальный шток тормозного электромагнита в виде  винта 6.  Внутри отверстий нарезана резьба с разным шагом – в одном отверстии с левым, в другом – с правым.

На винт надета мощная цилиндрическая пружина 2, концы которой соединены с  каждым рычагом при помощи двух полуосей.

В исходном состоянии ток в катушке электромагнита отсутствует и пружина сжата

с определенным усилием. Это усилие через рычаги передается на тормозные колодки, ко-

торые плотно прижимаются к поверхности тормозного шкива, вал двигателя заторможен.

 При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь электромагнита втягива-

ется и заставляет винт 6 повернуться на несколько оборотов. При этом верхние концы ры-

чагов 4 раздвигаются ( т.к. отверстия в них имеют разную резьбу – левую и правую )  и освобождают тормозные колодки 5. Пружина растягивается и усилие в ней возрастает. Тормозные колодки освобождаются, вал двигателя оттормаживается.

При снятии напряжения,  винт под действием пружины поворачивается в обратном направлении, рычаги 4 возвращаются в исходное состояние и прижимают тормозные колодки к поверхности стального шкива.

Для регулирования тормозного момента служит гайка 7 на правом конце винта 6.

Колодочные тормозные устройства выпускаются с электромагнитами постоянного и переменного тока. В зависимости от типа устройства, диаметр тормозного шкива состав-

ляет d = 100…700 мм, максимальный ход тормозных колодок  h = 3…4,5 мм, тормозной момент Mт = 11…8000 Н*м.

 Область применения на судах: электроприводы грузоподъемных и якорно-швар-

товных устройств.

11.6. Колодочный тормоз с электрогидравлическим приводом

Этот тормоз содержит электрогидравлический толкатель, в котором перемещение исполнительного органа ( штока ) происходит под давлением масла.

В судовых электроприводах применяются электрогидравлические толкатели серии

ТГ ( рис. 9.62 ).

  Рис. 9.62. Электрогидравлический толкатель:

1 – асинхронный двигатель; 2 – корпус толкателя; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 –

- верхняя крышка; 6 – промежуточная крышка; 7 – шток; 8 – каналы в корпусе толкателя; 9 – центробежный насос; 10 – клеммная колодка двигателя; 11 – кабельная воронка

В нижней части толкателя находится асинхронный двигатель 1 с короткозамкну-

тым ротором, погруженный в трансформаторное масло. Выводы обмотки статора двигате-

ля подключены изнутри к клеммной колодке 10, а питание к ней подводится через кабель

ную воронку 11.

К верхнему фланца двигателя прикреплен толкатель 2, корпус которого заполнен-

ный маслом. В нижней части корпуса расположено колесо 9 центробежного насоса, закреп

ленное на валу двигателя.

В корпус толкателя встроен цилиндр 4, внутри которого находится поршень 3 со

штоком 7. Верхний конец штока имеет квадратную головку, при  помощи которой шток связан с приводом колодочного тормоза ( привод показан  на рис. 9.81 ).

Сверху цилиндр закрыт промежуточной крышкой 6, на которую опирается цилинд

рическая головка 5.  Крышка 6 имеет отверстия, через которые цилиндр 4 сообщается с вертикальными боковыми каналами 8.

Цилиндр 4, каналы 8 и нижняя часть корпуса толкателя заполнены трансформатор-

ным маслом марки АМГ-10.

В исходном состоянии на шток 7 со стороны пружины колодочного тормоза дейст-

вует сила, направленная сверху вниз. Поэтому шток 7 и поршень 3 занимают положение, изображенное на рисунке.

При включении асинхронного двигателя центробежный насос 9 начинает вращать

ся и нагнетает масло под поршень 3.  Поршень со штоком за счет избыточного давления перемещаются вверх. Масло, находящееся над поршнем, вытесняется через отверстия в крышке 6 в каналы 8 и далее засасывается под центробежное колесо насоса.

В результате поршень и шток поднимаются в крайнее верхнее положение и останав

ливается. Перемещение штока приводит к перемещению колодок тормоза и освобожде-

нию тормозного барабана.

В дальнейшем, при работе насоса давление масла на поршень не изменяется вслед-

ствие перепуска масла из верхней части цилиндра в нижнюю часть корпуса толкателя.

При отключении электродвигателя насос останавливается, а поршень со штоком опустятся вниз по действием пружин колодочного тормоза и собственного веса. При этом масло из полости над поршнем перетекает в полость под ним.

Рассмотренное устройство не позволяет регулировать время подъема и величину перемещения штока, что может понадобиться, например, вследствие  стирания тормозных накладок на колодках. При необходимости такого регулирования толкатель дополняют дроссельным клапаном, ход и положение которого можно регулировать.

Электрогидравлические толкатели применяются в колодочных тормозах с электро-

гидравлическим толкателем ( рис. 9.63 ).

Рис. 9.63. Колодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем:

1 – тормозной шкив; 2 – колодки; 3 – рычаги; 4 – шток толкателя; 5 – пружина.

 

При включении электродвигателя насоса толкателя шток 4 перемещается вверх и поворачивает Г-образный рычаг. В результате этого пружина 5 сжимается и освобождает  колодки, двигатель растормаживается.

Как следует из приведенного выше описания принципа действия толкателя ( рис.

9.80 ),  растормаживание и затормаживание колодок происходит не сразу, а постепенно, что обеспечивает плавность движения колодок. Поэтому толкатели особенно часто приме

няют в механизмах поворота башни крана, чтобы избежать раскачки груза, которая неиз

бежно возникает при резком растормаживании или затормаживании башни.

Практические занятия

В качестве примера рассмотрим ряд типовых схем, имеющих широкое распространение на судах морского флота отечественной и зарубежной постройки.

4. Типовые комплектные устройства судовых электроприводов

4.1. Основные сведения

Комплектными называются электротехнические устройства, выполненные в виде конструктивно законченного изделия и предназначенные для управления электроприводами.

 

К комплектным устройствам относятся:

1. пусковые и пускорегулировочные реостаты;

2. магнитные пускатели;

3. магнитные станции ( станции управления );

3. магнитные контроллеры.

4.2. Реостаты

Реостатом называют аппарат ручного управления, предназначенный для плавного или ступенчатого изменения под током значений сопротивления резисторов.

Конструктивно в состав реостата, кроме самого резистора, входит переключающее устройство, состоящее из неподвижных контактов и скользящей по ним контактной щетки.

В зависимости от назначения, различают следующие виды реостатов:

1. пусковые – для пуска электрических двигателей постоянного и переменного тока;

2. регулировочные – для регулирования тока возбуждения двигателей постоянного тока и генераторов постоянного и переменного тока ( их также называют  «реостаты возбуждения» и «регуляторы возбуждения» );

3. пускорегулировочные – для пуска и регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока.

Промышленность выпускает реостаты в виде серий.

4.3. Магнитные пускатели

 

Основные сведения

Магнитный пускатель – это комплектный аппарат, предназначенный для дистанционного управления электродвигателями и их защиты.

Магнитные пускатели классифицируют по таким признакам:

  1.  роду тока - переменного и постоянного тока;
  2.  возможности реверса - нереверсивные и реверсивные;
  3.  числу питающих сетей – одно- и двухсетевые.

Последние предусматривают автоматическое переключение на резервную сеть питания при обесточивании основной.

Нереверсивный магнитный пускатель(31эм,Агафонов,Сергиенко )(33эм, 1,14,Алимуллаев,Селезнев)

 Конструктивно нереверсивный магнитный пускатель представляет собой металлическую коробку, внутри которой располагаются следующие аппараты и устройства:

  1.  контактор;
  2.  два тепловых реле;
  3.  кнопочный пост управления с двумя кнопками «Пуск» и «Стоп».

Исполнение корпуса пускателя брызго- или водозащищённое ( соответственно IP23или IP44 ). 

Схема пускателя ( рис.129 ) предусматривает выполнение таких действий:

1.   пуск и остановку электродвигателя;

2.   защиту  электродвигателя.

Поясним  действие схемы управления электродвигателем в такой последовательности:

1. подготовка схемы к работе;

2. работа схемы.

3. действие защит.

Рис. 129. Принципиальная электрическая схема нереверсивного магнитного пускателя

 Элементы схемы

 На рис. 129 приняты такие обозначения:

в силовой части:

  1.  Л1, Л2, Л3 –  линейные провода питающей сети;
  2.  КМ1…КМ3 – главные контакты линейного контактора КМ;
  3.  КК1, КК2 – нагревательные элементы тепловых реле;
  4.  М – обмотка статора асинхронного двигателя;

в схеме управления:

  1.  FU – предохранители, для защиты цепи катушки КМ от токов к.з.;
  2.  КК1, КК2 – размыкающие контакты тепловых реле;
  3.  КМ – катушка линейного контактора;
  4.  SB1 – кнопка «Пуск»;
  5.  SB2 – кнопка «Стоп»

Подготовка схемы к работе

Для подготовки схемы к работе подают питание на линейные провода Л1, Л2 и Л3.

После этого никакие электрические цепи не образуются. Схема готова к работе.

Работа схемы

Пуск

Для пуска нажимают кнопку SB1 «Пуск». При этом возникает цепь тока через ка-

тушку линейного контактора КМ:

линейный провод Л2 – верхний предохранитель FU – размыкающий контакт тепло-

вого реле КК2 – катушка КМ – размыкающие контакты кнопки SB2 – замыкающие контак

ты кнопки SB1 “Пуск” – размыкающий контакт теплового реле КК1 – нижний предохра-

нитель FU – линейный провол Л3.

Контактор включается, при этом:

1. замыкаются главные контакты КМ1...КМ3 в силовой части схемы, вследствие чего  двигатель включается в сеть;

2. замыкается вспомогательный контакт КМ4, после чего кнопку “Пуск” можно отпустить.

После отпускания кнопки ток катушки контактора КМ будет протекать через вспо-

могательный контакт КМ4.

Таким образом, этот контакт предназначен для удержания контактора КМ во вклю-

ченном состоянии после отпускания кнопки “Пуск”.

Если по каким-либо причинам этот контакт не пропускает ток, то при нажатии кнопки “Пуск” двигатель включится, а после отпускания – отключится.

Остановка

Для остановки  электродвигателя нажимают кнопку SB2 “Стоп”. Контакты этой

кнопки размыкаются, поэтому  цепь тока через катушку КМ пропадает.

Контактор КМ отключается, при этом:

1.  размыкаются главные контакты КМ1...КМ3  – двигатель отключается от сети;

  1.  размыкается вспомогательный контакт КМ4.

Если отпустить кнопку SB2 “Стоп”, ее контакт замкнется. Однако после этого кон-

тактор КМ не включится, т.к. разомкнуты контакт КМ4 и контакт кнопки SB1 Пуск».

Для повторного пуска надо нажать кнопку SB1 «Пуск».

Защиты

Схема предусматривает 2 вида защит:

  1.  от токов перегрузки при помощи тепловых реле КК1, КК2;
  2.  по снижению напряжения при  помощи контактора КМ.

Под перегрузкой понимают увеличение тока обмотки статора двигателя выше номи

нального. Основная причина перегрузки двигателя состоит в перегрузке механизма.

Например, перегрузка грузовой лебёдки возникает при подъёме груза большего, чем предусмотрено грузоподъёмностью лебёдки.

Защита от токов перегрузки работает так.

При перегрузке тепловое реле КК1 ( или КК2 ) размыкает свой контакт в цепи

катушки линейного контактора КМ.

Контактор КМ отключается, при этом:

1.  размыкаются главные контакты КМ1...КМ3  – двигатель отключается от сети;

2.  размыкается вспомогательный контакт КМ4.

 Снижение напряжения приводит к уменьшению вращающего момента и скорости двигателя, вследствие чого увеличивается ток обмотки статора. При глубоких провалах напряжения ( до 60% и менее ) возможны более тяжелые последствия: остановка и стоян-

ка под током электроприводов насосов, вентиляторов и компрессоров, или, что ещё опас-

нее, реверс электродвигателей грузовых лебёдок или брашпилей.

Потому при снижении напряжения до недопустимих значений схемы управления

отключают двигатель от питающей сети.

Защита по снижению напряжения работает так.

При снижении напряжения до 60% и менее якорь контактора КМ отпадает под дей-

ствием пружины или собственного веса, поэтому его главные и вспомогательный контак-

ты размыкаются. Двигатель отключается от сети.

При восстановлении напряжения до 80% и более самопроизвольное включение кон

тактора КМ невозможно, потому что разомкнуты вспомогательный контакт КМ4 и контак

ты кнопки SB1“Пуск”.  

Для повторного пуска надо нажать кнопку SB1 ( «Пуск» ).

Таким образом, рассмотренная защита по снижению напряжения исключает автома

тическое повторное включение двигателя после восстановления напряжения. Такая защи-

та называется нулевой.

 Реверсивный магнитный пускатель(31эм,Ведищев,Теплов)(33эм,2,15,Горшенин,Слюсарев)

 Схема пускателя ( рис.130 ) предусматривает выполнение таких действий:

  1.  пуск и остановку электродвигателя;
  2.  реверс;

2.   защиту  электродвигателя.

Поэтому он имеет два реверсивных контактора: КМ1 «Вперёд», КМ2 «Назад» и три

кнопки : SB1 «Вперёд», SB2 «Назад» и SB3 «Стоп».

Рис. 130. Принципиальная электрическая схема реверсивного магнитного пускате-

ля

 Работа схемы

Для пуска двигателя в направлении «Вперед» нажимают кнопку SB1, при этом включается контактор КМ1 «Вперёд». Далее схема работает так, как в предыдущей схеме.

Для реверса двигателя надо сначала нажать кнопку SB3 «Стоп», и дождавшись остановки электродвигателя, нажать кнопку SB2 «Назад». При этом меняются местами линейные провода А и С, поэтому двигатель реверсирует.

Защиты о токов перегрузки и по снижению напряжения работают так же, как в пре-

дыдущей схеме.

 Блокировка одновременного включения реверсивных контакторов

Кроме защит, в схеме предусмотрен узел, исключающий одновременное включе-

ние реверсивных контакторов КМ1 и КМ2.

Такое включение приводит к двойному металлическому короткому замыканию в линии электропередачи.

Действительно, если предположить, что одновременно замкнуты контакты КМ1.1…КМ1.3 контактора КМ1 и КМ2.1…КМ2.3 контактора КМ2, то образуются две па-

раллельные цепи короткого замыкания:

а ) линейный провод А – контакт КМ1.1 – контакт КМ2.3 – линейный провод С;

б ) линейный провод А – контакт КМ2.1 – контакт КМ1.3 - линейный провод С.

При этом образуется цепь тока короткого замыкания, протекающего через линей

ные провода А и С и далее – через фазные обмотки А и С статора синхронного генератора.

При этом возможно повреждение линии электропередачи и обмотки статора генера

тора, а также сваривание контактов, попавших в цепь короткого замыкания, т.е. КМ1.1, КМ2.3 и КМ2.1 и КМ1.3.

Обмотка статора двигателя не повреждается, т.к. ток короткого замыкания протека

ет минуя ее.

Чтобы избежать одновременного включения реверсивных контакторов ,  в цепь ка-

тушки контактора КМ1 «Вперёд» включают размыкающие контакты КМ2:5 контактора КМ2 «Назад», и наоборот,  в цепь катушки контактора КМ2 включают размыкающие контакты КМ1:5 контактора КМ1 «Вперед».

Теперь при включенном, например, контакторе «Вперед» случайное нажатие кноп

ки SB2 «Назад» не приведёт к включения контактора КМ2 «Назад», поскольку в цепи его катушки разомкнут вспомогательный контакт КМ1:5 контактора «Вперед».

Аналогично работает схема при включенном контакторе «Назад».

Описанная электрическая блокировка дополняется механической, при помощи ко-

ромысла, поворачивающегося на оси. Если один из контакторов включён, его якорь пере

мещается и поворачивает коромысло в положение, в котором   якорь другого контактора заклинен.

 Промышленные типы магнитных  пускателей

Промышленность выпускает магнитные пускатели переменного тока серий ПМГ1000, ПМТ1000, ПММ и постоянного тока серий ПП1000…ПП5000.

На судах применяются магнитные пускатели серии ПММ, рассчитанные на переменный ток частотой 50 Гц, напряжением 380 В.

Втягивающие катушки пускателей рассчитаны на номинальные напряжения 127, 220 и 380 В переменного тока.

Режимы работы пускателей – продолжительный (  S1 ), кратковременный ( S2 ) и

повторно-кратковременный ( S3 ) с частотой включений до 600 в час при ПВ = 40%.

Условные обозначения типоисполнений пускателей ПММ */**/***/****/ расшифровываются так:

ПММ – пускатель магнитный морской;

*/ :  1 - первая величина, номинальный ток 25 А; 2 - вторая величина, номинальный ток 50 А; 3 – третья величина, номинальный ток 100 А;  4 - четвертая величина, номиналь

ный ток 150 А;

**/ : исполнение по роду защиты от воздействия окружающей среды: 0 – открытое;

1 – брызгозащищенное; 2 – водозащищенное;

***/: исполнение по направлению вращения электродвигателя: 1 – нереверсивный; 2 – реверсивный;

****/: исполнение по наличию в пускателе дополнительных элементов: 0 – без дополнительных элементов; 1 – с предохранителями; 2 – с кнопками управления; 3 – с кнопками управления и пакетным переключателем; 4 - с предохранителями и пакетным переключателем.

 Пример.

Условное  обозначение типоисполнения пускателя ПММ 2213 расшифровывается так:

ПММ 2213 – магнитный пускатель морской второй величины ( номинальный ток 50 А ), водозащищенный, нереверсивный, с кнопками управления и пакетным переключа-

телем.

 4.4.  Станции управления и магнитные контроллеры

 Станцией управления ( магнитной станцией ) называют комплект релейно-контак-

торной аппаратуры, собранный на общем основании и установленный в металлическом ящике.

 Магнитным контроллером называется электротехническое устройство, состоящее из станции управления и командоконтроллера.

Станции управления и магнитные контроллеры широко применяют для управления электроприводами постоянного и переменного тока различных судовых механизмов.

Например, станции  управления переменного тока типов ПМХ5300 и ПМХ5100 предназначены для управления 3-фазными асинхронными двигателями с короткозамкну-

тым ротором с номинальными токами от 90 до 650 А.

В зависимости от типа, они выполняют следующие функции:

1. прямой пуск двигателя или пуск переключением со звезды на треугольник;

2. реверс двигателя.

Для управления станциями служат кнопочные посты управления, встроенные в корпус станции ( местное управление ) или находящиеся вне его ( дистанционное управле

ние ). В нереверсивных станциях используются кнопки «Пуск» и «Стоп», в реверсивных –

«Вперед», «Назад» и «Стоп».

При выборе станции управления или магнитного контроллера для конкретного

вида электропривода следует учитывать такие факторы:

  1.  требования, предъявляемые к работе схемы ( необходимость реверса, одной или

 нескольких скоростей, регулирование скорости в требуемых пределах, электрическое тор

можение и экстренная остановка, различные виды защиты и т.п. );

  1.  род тока, напряжение и частоту питающей сети;
  2.  мощность управляемого электропривода;
  3.  условия работы станции ( режимы работы: продолжительный S1, прерывисто-

продолжительный S4, кратковременный S2, повторно-кратковременный S3,  степень защи

щености от воздействия окружающей среды: брызго- ( IP23 ) и водозащищенные ( IP46 ).

На судах применяют типовую контакторную схему ЭП, служащую для управления 3-скоростными 3-обмоточными АД мощностью до 75 кВт. Управление ЭП осуществляется посредством комакдоконтроллера с тремя рабочими положениями в двух направлениях вращения. Переключение контактов при различных положениях приводит к подключению обмотки статора с определенным числом полюсов, и этим достигается регулирование скорости.

11.2. Система управления ЯШУ с 3-скоростным асинхронным двигателем (31эм, Волгин, Халиулин)(33эм, 3,16,Дощанов,Соколов)

Схема предназначена для  управления электроприводом якорно-швартовного устройства с 3-скоростным асинхронным двигателем.

Основные сведения.

Якорно-швартовные устройства предназначены для перемещения якоря и швартов-

ных канатов.

Число скоростей ЯШУ –  3 или 6. Для получения 3-х скоростей применяют асин-

хронный двигатель с короткозамкнутым ротором, 6-ти  скоростей – асинхронный двига-

тель с фазным ротором.

В данной схеме применяется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

и тремя обмотками на статоре. Способ регулирования скорости – изменением числа пар полюсов. Мощность электродвигателя – 20...25 кВт.

При подъёме ( спуске ) якоря используются только 1-я и 2-я скорости, при швартов

ных операциях – все 3. 

Контроллерная схема управления 3-скоростным якорно-швартовным электроприво

дом изображена на рис. 12.6.

       

Рис. 12.6. Контроллерная схема управления 3-скоростным якорно-швартовным электроприводом

 Основные элементы схемы

 К основным элементам схемы относятся ( рис. 12.6 ):

  1.  QF – автоматический выключатель электродвигателя;
  2.  YB – тормозной электромагнит;
  3.  F1…F5 – нагревательные элементы тепловых реле;
  4.  ML1, ML2, ML3 – обмотки статора 1-й, 2-й и 3-й скоростей;
  5.  Т – понижающий трансформатор для питания цепей управления;
  6.  VD1, VD2 – диоды схемы выпрямления;
  7.  S3 – аварийная кнопка блокировки тепловой защиты обмоток 1-й и 2-й скоростей;
  8.  QF – катушка минимального расцепителя автоматического выключателя QF;
  9.  КМ1, КМ2 - контакторы 3-й скорости.

Особенность силовой части схемы состоит в том, что обмотки 1-й и 2-й скорости соединены последовательно, но при работе включаются поочерёдно. Такое соединение обеспечивает безобрывное переключение этих обмоток и защиту контактов Q10, Q11 и Q12 от обгорания.

Таблица переключения контактов контроллера – в нижнем правом углу рис. 1.

Как видно из таблицы, контроллер имеет 3 фиксированных положения в каждую

сторону ( «травить» и «выбирать» ).

В промежуточном состоянии между положениями 2 и 3 рукоятка контроллера не фиксируется.

Контроллер имеет 10 главных контактов - Q3…Q12 и 2 вспомогательных - S1 и S2.

Подготовка схемы к работе

Для подготовки схемы к работе включают автоматический выключатель QF.

При этом получает питание первичная обмотка трансформатора, Напряжение вторичной обмотки выпрямляется диодами VD1, VD2. образуется цепь тока  катушки минимального расцепителя автомата:

плюс - катушка QF – размыкающие контакты тепловых реле F4-F1 – минус ( на средней точке вторичной обмотки трансформатора ).

Схема готова к работе.

Работа схемы

Схема управления симметрична, поэтому рассмотрим работу схемы в направлении «Выбирать».

При переводе рукоятки контроллера в положение «1» замыкаются контакты Q3,

Q5, Q7, Q10, Q11 и Q12.

При замыкании контактов Q10, Q11 и Q12 шунтируется обмотка 2-й скорости ML2,

Q3, Q5 и Q7 – подаётся питание на катушку электромагнитного тормоза YB и обмотку 1-й скорости ML1. Обмотка ML1 соединена «звездой».

Двигатель растормаживается и работает на первой скорости.

При переводе рукоятки контроллера в положение «2» размыкаются контакты  Q10,

Q11 и Q12 ( снимается шунтирование обмотки ML2 ) и замыкаются Q8 и Q9, соединяю-

щие нижние выводы обмотки ML2 в общую точку. В результате обмотка ML2 соединяет-

ся в «звезду».

Двигатель переходит на 2-ю скорость.

При переводе рукоятки в 3-е положение в промежуточном положении замкнутся вспомогательные контакты S1 и S2.

Через эти контакты образуется цепь тока последовательно соединённых катушек

КМ1 и КМ2 контакторов 3-й скорости:

плюс - S1 - S2 – F5 – RV1 – RM2 – F4 – F3 – F2 -  F1 – минус ( на средней точке

вторичной обмотки трансформатора ).

Контакторы КМ1 и КМ2 размыкают контакты в цепи обмоток 1-й и 2-й скоростей и замыкают  контакты в цепи обмотки 3 -й скорости.

Одновременно замыкается вспомогательный контакт КМ1 и шунтирует контакт S1

контроллера.

Двигатель переходит на 3-ю скорость.

При переводе рукоятки контроллера в 3-е фиксированное положение контакт S1

размыкается, но цепь катушек контакторов КМ1 и КМ2 сохраняется через вспомогатель-

ный контакт КМ1.

 

Защиты

 Защита от токов короткого замыкания

При коротком замыкании в обмотке статора отключается автомат QF. Двигатель отключается от сети и затормаживается.

При коротком замыкании в цепи катушки QF или контакторов КМ1, КМ2 сгорает предохранитель в цепи первичной обмотки трансформатора. При этом теряет питание катушка QF, отключается автомат QF. Двигатель отключается от сети и затормаживается.

.

Защита от токов перегрузки

Для защиты от токов перегрузки обмотки 1-й скорости служит тепловое реле F1, обмотки 2-й скорости – реле F2, F3, обмотки 3-й скорости – реле F4, F5.

Токи  срабатывания ( уставки ) реле F4 и F5 разные, у реле F5 меньше, у реле F4 – больше.

При  перегрузке 3-й скорости быстрее ( при меньшем токе перегрузки ) срабатыва

ет реле F5, оно размыкает свой контакт в цепи катушек контакторов 3-й скорости КМ1, КМ2.

Контакторы отключаются, размыкают свои контакты в цепи обмотки 3-й скорости

ML3 и замыкают в цепи обмотки 2-й скорости ML2. Одновременно размыкается вспомога

тельный контакт КМ1 ( параллельно контакту S1 ).

Двигатель переходит с 3-й скорости на вторую.

После отключения обмотки ML3 нагревательный элемент F5 остывает и контакт F5

повторно замыкается. Однако контакторы КМ1 и КМ2 самопроизвольно включиться не смогут, т.к. разомкнут вспомогательный контакт КМ1.

Для возврата на 3-ю скорость надо сначала замкнуть контакт S1, а для этого рукоятку контроллера перевести из 3-го положения в промежуточное ( см. таблицу ).

При перегрузке обмоток 2-й или 1-й скорости размыкаются контакты F2 или F3

( 2-скорость )или F1 ( 1-я скорость ). Катушка QF обесточивается, автомат QF отключает

ся.

При необходимости,  нажатием кнопки S3 шунтируют контакты F1…F4, тем са-

мым оставляя без защиты от перегрузки обмотки 1-й и 2-й скорости. Такая необходимость может возникнуть, если надо быстро сняться с якоря, а тепловые реле F1…F4 постоянно срабатывают.

В этом случае надо доложить о срабатывании защиты на мостик и только после по-

лучения команды с мостика нажать кнопку S3.

 Защита по снижению напряжения ( минимальная и нулевая )

 

Минимальная защита

При снижении напряжения до 60% и менее якорь минимального расцепителя авто-

мата QF отпадает, автомат отключается.

После восстановления напряжения автомат надо включить повторно и продолжить работу.

Нулевая защита

При обесточивании якорь минимального расцепителя автомата QF отпадает, авто-

мат отключается.

После восстановления напряжения автомат надо включить повторно и продолжить работу.

Таким образом, минимальная и нулевая защиты предотвращают самопроизвольное повторное включение двигателя после провала напряжения ( минимальная защита ) или его исчезновении ( нулевая защита ).

Такое самопроизвольное включение может привести к аварии.

Особенности схемы:

  1.  обмотки 1-й и 2-й скорости соединены последовательно, но при работе включа

ются поочерёдно. Такое соединение обеспечивает безобрывное переключение этих обмоток и защиту контактов Q10, Q11 и Q12 от обгорания;

  1.  все 3 обмотки связаны гальванически через средний провод ( фаза В ), что небез

опасно при обслуживании;

  1.  в схеме для переключения 3-х скоростей использованы 2 контактора – КМ1 и

КМ2, что упрощает и удешевляет её.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68870. РЕЗУЛЬТАТИ ДІЯЛЬНОСТІ ПІДПРИЄМСТВА 98 KB
  Виручка від реалізації продукції і доход підприємства В умовах ринкової системи господарювання метою функціонування будьякого підприємства сфери матеріального виробництва є виготовлення і реалізація готової продукції виконання робіт чи надання послуг що знаходить своє відображення у фінансових...
68871. ВНУТРІШНЬОВИРОБНИЧІ ЕКОНОМІЧНІ ВІДНОСИНИ 63.5 KB
  Організація внутрівиробничих економічних відносин В умовах розвитку вільної ринкової економіки особливо на початковому етапі актуальною є проблема докорінної зміни механізму управління економікою підприємства.
68872. ЗОВНІШНЬОЕКОНОМІЧНА ДІЯЛЬНІСТЬ ПІДПРИЄМСТВА 62 KB
  Зовнішньоекономічна діяльність підприємства може мати ряд напрямків пов’язаних з обміном товарів науковотехнічним співробітництвом спеціалізацією і кооперуванням наданням економічного і технічного сприяння створенню спільних підприємств фінансово-кредитними відносинами та іншими формами співробітництва.
68873. САНАЦІЯ І БАНКРУТСТВО ПІДПРИЄМСТВА 62 KB
  Банкрутство як елемент ринкових відносин стало реальністю української економіки. В економічно розвинутих країнах банкрутство (за винятком зловмисного) розглядають як нормальне явище господарського життя. За статистикою США близько 1% діючих у країні фірм щорічно стають банкрутами.
68876. ОРГАНІЗАЦІЯ ОСНОВНОГО ВИРОБНИЦТВА 127.5 KB
  Поняття і класифікація виробничих процесів Успішність діяльності будьякого підприємства залежить від ряду умов серед яких особливе місце належить організації виробництва. Під організацією виробництва розуміють сукупність методів раціонального поєднання процесів праці та матеріальних елементів...
68877. ПІДПРИЄМСТВО В СТРУКТУРІ НАЦІОНАЛЬНОЇ ЕКОНОМІКИ 100.5 KB
  Зміна організаційної структури правового поля призвела до введення в дію постановою ВР №424-IV від 16.01.2003р. Господарського кодексу, в якім зазначено, що підприємство – самостійний суб’єкт господарювання, створений компетентними органами державної влади або місцевого господарювання...
68878. ПРАВЛІННЯ ТА ПЛАНУВАННЯ ДІЯЛЬНОСТІ ПІДПРИЄМСТВА 91.5 KB
  Структура органів управління підприємством. Поняття принципи і методи управління промисловим виробництвом. Процес виробництва матеріальних благ вимагає двох видів праці: перший праця для створення матеріальних благ другий робота з координації першої праці тобто управління.