Тема 1.2. Типовые схемы управления, защиты и сигнализации
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 при помощи РКА

 

1.2.1. Принципы начертания электрических схем

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМОЙ какого либо объекта управления, называется схема соединения электрических цепей, входящих в неё электрических двигателей, аппаратов, преобразователей, приборов и т.п.

Указанные устройства изображаются условными знаками и символами, принятыми в действующих ГОСТах условных обозначениях на электрических схемах.

На них изображаются только электрические связи, функциональные линии, помогающие определить положение аппарата, простые кинематические связи. Механические детали и сложные кинематические схемы в электрических связях не показываются.

Различают принципиальные, монтажные схемы и схемы внешних соединений.

Принципиальная (полная) электрическая схема содержит все элементы и связи между ними и даёт детальное представление о принципе работы электропривода или производственной установки в целом.

Все аппараты и их элементы на ней указаны и размещены так, как это удобно для чтения электросхемы.

Монтажные схемы разрабатывают на основе принципиальных. На них аппарат и все его детали размещают по месту реального расположения на щите, в шкафу или на печатной схеме.

Схема внешних соединений представляет собой изображение клемников и кабельной или проводной связи между ними.

 Чтобы быстрее понять принцип действия сложной схемы её дополняют структурной и функциональной схемами. С их помощью легко определяются зависимость и взаимодействие узлов установки.

Условные обозначения вычерчиваются для отключенного положения электросхемы, то есть без напряжения на катушках аппаратов и механического воздействия на аппараты ручного управления. Такое положение называют начальным или нормальным.

Состояние контактов в этом положении называют:

 -если контакт при этом разомкнут - нормально разомкнутым или замыкающим.

 -если контакт при этом замкнут, то нормально замкнутым или размыкающим.

Линии связей вычерчивают полностью. Силовые электрические линии изображают толстыми сплошными; линии связи оперативных электрических цепей - сплошными тонкими линиями.

На всех электрических схемах всем элементам одного и того же аппарата присваивают одинаковый буквенно-цифровой шифр. Согласно ГОСТа зашифровывают буквенным шифром латинского алфавита. В учебной литературе разрешают для этого использовать русский алфавит.

                                                                  

 

Буквенное обозначение аппаратов на электрических схемах.

Таблица 1.2.1.

Обозначение                       Назначение  
В,Н Контактор вперёд или назад  
ДТ

Контактор динамического торможения

Л

Линейный контактор

М

Контактор возбуждения магнитов

П

Контактор противовключения

Т

Контактор торможения

У

Контактор ускорения

УП

Контактор управления полем

Ш

Контактор шунтирования

 

РА

Реле

Реле аварийное

РБ

Реле блокировочное

РВ

Реле времени

РИ

Реле импульсное

РМ

Реле максимальное

РН

Реле напряжения, нулевое

РП

Реле промежуточное

РС

Реле сигнализации, синхронизации

РТ

Реле торможения тепловое

РУ

Реле ускорения

РФ

Реле форсировки

РДТ

Реле динамического торможения

РКС

Реле контроля скорости, синхрониз

РНТ

Реле нулевое токовое

РОП

Реле обрыва поля

РПВ, РПН

Реле противовключения назад

РУП

Реле управления полем

 

 

Буквенное обозначение аппаратов для электросхем в латинской транскрипции

                                                                      Таблица 1.2.2.

Первая буква кода Группа видов элементов код   Виды элементов
А Устройство АА АК Регулятор тока Блок реле Устройство АПВ
В Преобразователи неэлектрических величин в электрические и наоборот ВА BF BK BL BM BS Громкоговоритель Телефон Тепловой датчик Фотоэлемент Микрофон звукосниматель
С Конденсаторы СВ CG Силовая батарея Блок зарядных конденсаторов
D Интегральная микросхема D DA DD Общее обозначение Аналоговая цифровая
Е Разные элементы ЕК EL Нагревательный элемент электролампа
Н Устройство индикации и сигнализации HA HG HL HLА HLG HLR HLW HLY HV Прибор звуковой сигнализации Индикатор символов Прибор световой сигнализации Табло сигнальное Лампа сигн. зелёная Лампа сигн. красная Лампа сигн. белая Лампа сигн. жёлтая Индикатор сигн. полупроводн.

 

 

К

 

L

 

Р

 

 

Q

 

Реле, контактор, магнитный пуск КА КН КК КМ КТ KU KCC KCT KL KQ KQG KQT KQS Реле тока Указательное реле Реле тепловое Контактор, пускатель Реле времени Реле напряжения Реле команды включено Реле команды отключено Промежуточное реле Реле фиксации положения Реле фиксации полож. включ. --//-- --//-- --//-- отключено реле фикс. полож. Разъединено  
Катушка индуктивности LL LP LG LE LM Дроссель освещения Реактор Обмотка возб. генератора Обмотка возб. возбудителя Обмотка возб. мотора
Приборы измеритель РА PF PI PK PR PT PS PV PG Амперметр Частотомер Счётчик активной энергии Счётчик реактивной энергии Омметр Часы Регистрационный прибор Вольтметр Осциллограф
Выключатели QF QK QS QR QW QSG Автомат Короткозамыкатель Разъединитель Отделитель Выключатель нагрузки Заземляющий разъеденитель
R     Резисторы RR RK RP RS RU Реостат Терморезистор Потенциометр Шунт Варистор

S

 

 

Т

 

U

 

 

V

 

 

W

X

 

Устройство коммутации в цепях управления и защиты SA SF SB SBC SBI SL SP SQ SR SK Выключатель Автомат Кнопочный выключатель Кнопка "включено" Кнопка "отключено" Выключатель срабат от уровня То же от давления Конечный выключатель От частоты вращения От температуры
Трансформатор ТА TV TL TS Тока Напряжения Промежуточный Стабилизатор напряжения
Преобразователь электрических велечин в электр. UB UR UD UZ UF Модулятор Демодулятор Выпрямитель Инвертор Преобразователь частоты
Приборы полупроводниковые и вакуумные. VD VT VS Диод, стабилитрон Транзистор тиристор
СВЧ антены W  
Контакты электрических соединений XA XP XS XT XN Токосъёмник Штырь Гнездо Разъёмное соединение Неразъёмное соединение
Y Устройство механическое с электромагнитным приводом YA YAB YAC YAT YB   YC Электромагнит Замок электромагнит блокиров. включенно отключенно тормоз с электромагн. Приводом муфта с электромагнитом

 

 

1.2.2. Принцип управления электроприводами

Пуск электропривода в работу всегда связан с необходимостью производить какие то переключения как в силовой так и в цепях управления. 

Наиболее просто это осуществить при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. АД с КЗР запускают на полное напряжение сети.

Для пуска низковольтных двигателей применяют магнитные пускатели, напряжение на катушки которых подают через кнопки "пуск" и "стоп".

При пуске АД с ФР необходимо производить переключения в цепях ротора пусковых резисторов. Для облегчения работы оператора эти операции обычно осуществляют автоматически, применяя релейно-контакторную аппаратуру. При пуске контролируют ток, при котором происходит переключение сопротивлений, скорость переключения или время работы пусковых сопротивлений. То же самое делают и при реостатном пуске двигателей постоянного тока.

В зависимости от того, какую величину ток, скорость или время контролируют при пуске различают:

1. Автоматизацию в функции тока;

2. Автоматизацию в функции скорости

3. Автоматизацию в функции времени

Наиболее часто применяют автоматизацию в функции времени. Её осуществляют при помощи электромагнитных реле времени с часовым механизмом или с электромагнитным замедлением. В первом случае схемы могут работать как на постоянном токе, так и на переменном токе. Во втором случае только на постоянном токе.

Управление в функции скорости производят при помощи реле, которые контролируют угловую скорость двигателя. Однако эти реле громоздки и ненадёжны в работе. По этому обычно контролируют параметр двигателя, пропорциональный скорости.

Из курса электрических машин известно, что ЭДС двигателя постоянного тока, ЭДС ротора АД с ФР пропорциональна скорости. Измеряя её при помощи реле напряжения, можно автоматизировать управление электродвигателем в функции ЭДС.

Управление в функции тока можно осуществлять, если измерять ток двигателя при помощи максимально или минимально токового реле. Если настроить токовое реле так, чтобы оно срабатывало при токе меньшем, чем пиковый ток при пуске I1, а отпускало бы свой якорь при токе переключения I2, то можно автоматизировать пуск двигателя в функции тока. Такие схемы имеют недостатки в работе, поэтому в функции тока чаще всего автоматизируют торможение электродвигателей.

Кроме ЭДС у АД с ФР скорости пропорциональна частота тока ротора. Это же наблюдается и у СД.

Частоту тока ротора так же используют для автоматизации электродвигателей.

 

 

1.2.3. Типовые узлы схем включения двигателя и выведение

 резисторов из ротора или якоря

Основные операции по управлению электродвигателям и- подключение к сети и отключения при остановке. Они осуществляются при помощи контакторов или магнитных пускателей. Напряжение на их катушки подают обычно при помощи кнопки "пуск" (замыкающий кнопочный контакт включает последовательно с катушкой линейного контактора). Для остановки двигателя применяют кнопки "стоп" -последовательно с катушками линейных контакторов включают размыкающий кнопочный контакт.

Кнопкой "пуск" подают импульс напряжения на катушку. Чтобы длительно удержать катушку под напряжением, применяют "самоподпитку" её - параллельно -кнопке "пуск" подключают замыкающий контакт линейного контактора .

Между сетью и обмотками статора АД с КЗР ротором включают замыкающие главные контакты трех полюсного контактора или магнитного пускателя. См. рис.1.2.1.

Такое решение принимают, если напряжение сети и электродвигателя не превышает 660 Вольт переменного тока. Цепи управления обычно запитывают от того же напряжения, что и силовую цепь двигателя, но не более 380 Вольт. В особых случаях применяют для цепей управления пониженное напряжение 36,127, или 220 Вольт переменного тока. При частых пусках и торможениях оперативные схемы строят на постоянном токе. Тогда применяют контакторы на постоянном токе. Число контакторов у них не превышает 2-х. А для разрыва цепи статора АД требуется 3 контакта. В этом случае силовую цепь строят с дублирующим контактором - кроме двух двухполюсных контакторов "вперёд" и "назад" устанавливают третий - дублирующий линейный.

 

Это решение принимают при реверсивном управлении АД с КЗР.

В нормальных схемах реверсивного управления АД применяют два трех полюсных контактора и трёхкнопочный пост - "стоп", "вперёд", "назад".

 См. рис. 1.2.2.

Во избежании включения двигателя на КЗ при залипании одного из контактов применяют электрическую и механическую блокировки катушек контакторов - размыкающей контакт 3 - 5 кнопки "назад" включают последовательно с катушкой В, а такой же контакт 11 - 7 кнопки "вперёд" включают последовательно с катушкой Н. Кроме того блок - контакт 7 - 9 В включён в цепь включения Н, а 13 - 15 Н в цепь В.

Поэтому если при включенном двигателе "вперёд", ошибочно нажать кнопку "назад", сначала разомкнётся контакт 3 - 5 кнопки "назад" и отключит контактор В. И только после того, как замкнётся контакт 7 - 9 получит питание катушка Н.

То же самое произойдёт, если включён двигатель "назад" и нажать кнопку "вперёд". Этим самым производится реверс двигателя - включение двигателя в другую сторону без предварительной остановки.

На рисунках 2.1. и 2.2. и в дальнейшем цифрами будет указана маркировка соединительных проводов цепей управления и буквенно-цифровая маркировка силовых цепей. Такая маркировка применяется в реальных электроустановках. Цепи управления маркируются нечётными буквами слева от катушек а чётными справа. При этом счёт нечётных проводов ведётся слева направо, а чётных наоборот справа налево.

При релейно-контакторном управлении и реостатном пуске двигателя постоянного тока параллельного возбуждения подавать напряжение на якорь остановленного двигателя нельзя его сопротивление мало и повторное включение вызовет бросок тока в десятки и сотни раз превышающие допустимое значение. По этому при пуске в цепь якоря вводят пусковой реостат, который по мере разгона двигателя выводят так, чтобы пиковый ток при переключениях был всегда равен току I1 пусковой диаграммы, а ток переключения со ступени на ступень был бы равен току I пусковой диаграммы.

Резисторы выводят ступенями, шунтируя контактами контакторов ускорения КМ1, КМ2 и т.д. Кнопочное управление линейным контактором осуществляют так же, как и у АД с КЗР. Смотри рисунок. 1.2.3.

Аналогично двигателю постоянного тока параллельного возбуждения поступают при пуске реостатом, двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждений.

Цепи управления линейным  контактором запитывают от источника постоянного тока по схеме, аналогичной схеме включения катушки линейного контактора для пуска АД с КЗР.

При реверсивном управлении ДПТ поступают двояко:

 1.У электрических машин постоянного тока мощностью не превышающей нескольких десятков или сотен киловатт изменяют направление вращения, изменяя полярность напряжения на зажимах обмотки якоря;

 2. У электрических машин мощностью сотни кВт изменяют направление вращения, изменяя полярность напряжения на зажимах обмотки возбуждения.

Как в том, так и в другом случае для этой цели применяют реверсивный мостик.

В первом случае в одну диагональ подают напряжение сети, в другую -якорь двигателя ;

Во втором случае в другую диагональ включают обмотку возбуждения.

Плечи моста образуют из замыкающихся контактов "вперёд" и "назад " см. рис.1.2.4.

 

При реостатном пуске А Д с Ф Р в цепь ротора вводят, а затем постепенно выводят сопротивления ступеней ускорения. Их шунтируют замыкающими контактами контакторов ускорения. Пусковые сопротивления соединяют по схеме "звезда", а контакты контакторов в разомкнутый треугольник, используя трех полюсные контакторы. Во втором случае ток через контакты в  раз меньше, чем в первом. Это позволяет уменьшить габарит контактора. См. рис.2.5.

 

Иногда, когда не позволяет большой ток при пуске двигателя, или пусковая мощность двигателя соизмерима с мощностью сети, применяют пуск А Д с К З ротором или С Д на пониженное напряжение - реостатный или реакторный пуск.

В этом случае в цепь статора вводят реостат, который шунтируют после разгона. Смотри рис. 2. 6.

 

1.2.4. Типовые узлы схем торможения двигателей

В тех случаях, когда требуется сократить время торможения электродвигателей при остановке или реверсе, применяют электрические способы торможения. Наибольшее распространение получили динамическое торможение и торможение противовключением двигателя.

Для того чтобы осуществить торможение противовключения электродвигателя постоянного тока необходимо изменить полярность напряжения на зажимах якоря или обмотки возбуждения. При этом до момента остановки в цепи якоря будут действовать согласно два напряжения сети и ЭДС якоря, что вызовет недопустимые токи в цепи якоря. Для ограничения их в цепь якоря на момент противовключения вводят токоограничивающие резисторы - пусковой реостат и дополнительное сопротивление противовключения. Когда электродвигатель остановится, сопротивление противовключения шунтирует замыкающими контактами контактора П. Оставшееся включённым сопротивление должно ограничить пусковой ток при реверсе до значения I1 согласно рассчитанной пусковой диаграммы.

Схема якорной цепи представлена на рисунке 1.2.7.

 

Аналогичным образом поступают и при торможении противовключением АД с фазным ротором. См. рис. 1.2.8.

Чтобы осуществить динамическое торможение АД необходимо отключить статор от источника переменного напряжения и подключить через токоограничительное сопротивление к источнику постоянного тока. При этом ротор по инерции будет вращаться в постоянном магнитном поле. В его обмотке наведётся ЭДС, под действием которой потечёт ток. Им во взаимодействии с неподвижным магнитным полем статора будет создан тормозной момент. Рисунок. 2.9.

 

Динамическое торможение двигателей постоянного тока можно получить          несколькими способами с самовозбуждением и с независимым возбуждением. Торможение с самовозбуждением менее эффективно, чем с независимым. Поэтому его применяют редко и только в качестве аварийного.

Динамическое торможение двигателя постоянного тока параллельного возбуждения осуществляют путём отключения якоря от сети постоянного тока и замыкания его на резистор Rдт при помощи контактора ДТ. Обмотка возбуждения при этом остаётся включённой в сеть. Так как якорь по инерции вращается, то в нём наводится ЭДС, под действием которой протекает тормозной ток. Смотри рис. 1. 2. 10.

Динамическое торможение двигателя постоянного тока последовательного возбуждения тормозят в динамическом режиме как двигатель параллельного возбуждения. Для чего обмотку якоря замыкают на Rдт, а в обмотку последовательного возбуждения вводят сопротивление и включают в сеть постоянного тока. Смотри рис.1.2.11.

 

 

1.2.5. Защита в схемах управления двигателями

Как в силовых, так и в цепях управления могут возникать короткие замыкания и другие ненормальные режимы работы, приводящие к выходу из строя электрооборудование. К ним относятся перегрузки, перенапряжения. Возникшие К.З. приводят к глубокой посадке напряжения, что так же опасно, как и перегрузки. От всех этих и других ненормальных режимов работы необходимо выполнять защиты, отключающие повреждённые участки от источников питания. Отключать необходимо только аварийные участки с таким быстродействием, чтобы максимально ограничить воздействие К.З. на электрооборудование. И щиты, ближайшие к месту повреждения, должно сработать устройство защиты следующей ступени. Таким образом защита должна быть быстродействующей и избирательной, то есть селективной.

Защиту от коротких замыканий выполняют предохранителями, автоматами и максимальными токовыми реле.

Защиту от перегрузок - тепловыми реле и предохранителями.

Защиту от перенапряжений и минимальных напряжений - при помощи реле напряжений.

Кроме того в электрических схемах управления электроприводами выполняют ряд блокировок, которые обеспечивают безаварийную работу потребителей. К ним относят: нулевую блокировку и защиту, защиту при обрывах цепи обмотки возбуждения, электрическое блокирование.

Защита предохранителями. В силовые цепи постоянного и переменного тока предохранители включаются после рубильников в каждую фазу. В цепи управления - один предохранитель в фазу. В нулевой провод предохранители не включают.

Предохранители применяют только для электроприводов работающих в длительном или кратковременном режимах. Для повторно кратковременного режима предохранители не применяют, так как они при частых пусках срабатывают ложно - плавкая вставка не успевает остыть во время паузы в работе.

Ток плавкой вставки рассчитывают по формулам :

    Для АД с КЗ ротором при нормальном пуске:

                   Iвст=0.4 Iпуск.

     Для АД с КЗ ротором при тяжёлом пуске:

                   Iвст=0.6 Iпуск.

     Для защиты цепей управления:

                   Iвст=(2.5-3)Iкат.

где Iкат -суммарный ток наибольшего количества катушек одновременно включённых аппаратов.

При защите силовых цепей двигателей постоянного тока и АД с ФР предохранителями токи плавких вставок также отстраивают от пусковых токов. Расчёт токов плавких вставок ведут по выше приведённым формулам для АД с КЗР. За Iпуск принимают наибольший ток, который ограничивается пусковым реостатом.

При таком подходе к выбору тока плавкой вставки предохранитель защитит двигатель не только при КЗ но и при затянувшихся пусках, работе "на упор" и т.д.

Предохранитель - простое, надёжное и дешёвое устройство, защиты. Однако его быстродействие недостаточно. Поэтому в ответственных случаях применяют защиту автоматами или реле.

Защита автоматами и реле. Для защиты автоматами применяют трех полюсные автоматы - АД с КЗР и АД с ФР и двухполюсные автоматы для ДПТ.

В этом случае автомат должен содержать максимальный расцепитель, уставку которого рассчитывают по формуле:

                   Iуст=(1.2-1.3)Iпуск.

отстраиваясь таким образом от пусковых токов.

В этом случае автомат не защищает двигатель от затянувшихся пусков. Эту функцию выполняет тепловой расцепитель.

При защите максимальными реле применяют два реле которые включают в две фазы АД или ДПТ после рубильника.

Защита двигателя от перегрузки. Она предотвращает перегрев двигателя при длительной перегрузке. Её осуществляют тепловыми расцепителями автоматов или тепловыми реле, которые включают в две фазы трёхфазной цепи переменного тока и в каждую фазу постоянного тока.

Номинальный ток теплового реле или расцепителя -

ток установки - рассчитывают по формуле:Iуст. Т.=(1,05: 1,15)Iном.

Тепловые элементы магнитных пускателей включают последовательно в две фазы между контактами пускателя и статором АД, если токи двигателя и тепловых реле соизмеримы, или через трансформаторы тока.

 

Дата: 2019-04-23, просмотров: 244.