Аппараты, применяемые для управления электродвигателями, разделяются на неавтоматические и автоматические.
Неавтоматическими аппаратами являются рубильники, переключатели, пакетные выключатели, ящики с рубильниками, а также барабанные выключатели и контроллеры, управление которыми осуществляется вручную непосредственно оператором.
Автоматическими аппаратами являются контакторы, магнитные пускатели и автоматы, управляемые дистанционно или действующие автоматически при изменениях установленного режима работы электродвигателя или питающей сети (перегрузка, снижение или полное исчезновение напряжения и т, п.).
Рубильники (рис. 144, а) служат для ручного включения и отключения электродвигателей и электрических цепей при номинальных токах и напряжениях, а также для оперативных действий без нагрузки.
Переключатели (рис. 144, б) применяют главным образом для переключения со звезды на треугольник короткозамкнутых асинхронных двигателей при их запуске с целью снижения пусковых токов.
Пакетный выключатель (рис. 144, в) предназначен для включения и отключения электродвигателей, а также замыкания и размыкания электрических цепей напряжением до 380 в. Он состоит из набора пластмассовых однополюсных колец, внутри которых расположены отдельные для каждого полюса контактные устройства.
1 Исключение составляют опоры из лиственницы, срок службы которых составляет 8—10 лет,
Рис. 144. Неавтоматические аппараты управления электродвигателями:
а — рубильник, б — переключатель, в — пакетный выключатель, г — пусковой ящик, 1 — изолирующая плита, 2— контактный нож, 3 — дугогасительная камера, 4 — неподвижная контактная стойка, 5 — рукоятка, 6 — неподвижный контакт, 7 — корпус ящика, 8 — предохранитель, 9 — запасной комплект предохранителей
Рис. 145. Неавтоматические барабанные аппараты управления электродвигателями:
а — барабанный выключатель, б — барабанный контроллер: 1 — барабане подвижными контактами, 2 — предохранители, 3 — штурвал, 4 — плита, 5 — рейка неподвижных контактов, 6 — неподвижные кулачковые контакты, 7 — сегментные скользящие контакты
Пусковой ящик (рис. 144, г) представляет собой аппарат, снабженный, помимо рубильника, комплектом предохранителей, осуществляющих защиту электродвигателя от перегрузок, а электрическую сеть — от больших токов, которые могут возникнуть при перегрузке или повреждении электродвигателя. Пусковые ящики применяют для ручного управления электродвигателями в сетях напряжением до 500 в; они снабжены специальным блокировочным устройством, исключающим возможность открыть дверку при включенном рубильнике, а также включить рубильник при незапертых дверках ящика.
Барабанный выключатель (рис. 145, а) применяют в качестве пускателя для нереверсивного пуска электродвигателей с шунтированием предохранителей на время его запуска, а также запуска электродвигателя с переключением со звезды на треугольник.
Барабанный контроллер (рис. 145, б) применяют при необходимости соблюдения особых условий пуска электродвигателя, изменения направления вращения (реверсирования) электродвигателя и в других случаях.
Трехполюсной контактор типа КТ (рис. 146) переменного тока служит для дистанционного и автоматического управления электродвигателями. Он состоит из контактов, электромагнита и дугогасительных устройств.
В контакторе имеются три пары главных подвижных 4 и неподвижных 5 контактов, разрывающих электрическую цепь двигателя, а также блок-контакты 3 и 11. Каждая пара главных контактов, составляющая один полюс трехполюсного контактора, закрыта дугогасительной камерой 6. Дугогасительное устройство представляет собой камеру, состоящую из двух соединенных вместе асбестоцементных щек, внутри которых помещена решетка из стальных, покрытых медью, пластин 14. Пластины расположены перпендикулярно к стволу электрической дуги, поэтому появляющаяся между контактами электрическая дуга разбивается в решетке на несколько коротких дуг, которые, охлаждаясь при соприкосновении с поверхностью пластин, быстро гаснут.
Электромагнит служит для включения и отключения главных контактов. Он состоит из ярма 12 с сердечником 7, якоря 8, укрепленного на плите 10, катушки 9, короткозамкнутого витка 13 и крепежных деталей.
Управление контактором осуществляется следующим образом. При подаче напряжения в цепь катушки 9 сердечник 7 притягивает якорь, который, поворачиваясь вместе с валом 2, прижимает находящиеся на одном валу с ним подвижные контакты к неподвижным и прочно удерживает их в этом положении. Для устранения вибрации и произвольного отключения контактора при переходе питающего катушку тока через нулевое значение служит короткозамкнутый медный виток 13, вмонтированный в желобок на торце якоря 8. В этом витке как и во вторичной обмотке трансформатора создается ток, сдвинутый по фазе относительно тока в катушке, который, в свою очередь, создает магнитный поток, замыкающийся через якорь и препятствующий отпаданию якоря в момент прохождения тока через нулевое значение.
Рис. 146. Трехполюсный контактор типа КТ переменного тока на 400 а:
а — общий вид (дугогасительная камера с первого полюса снята), б — электромагнит, в — контакты и дутогасительная камера; 1 — изолирующая плита (панель), 2 — вал подвижник контактов и якоря, 3 — замыкающиеся блок-контакты, 4 — подвижный главный контакт, 5 — неподвижный главный контакт, 6 — дугогасительные камеры, 7 — сердечник электромагнита, 8 — якорь, 9 — катушка электромагнита, 10 — плита крепления (держатель) якоря, 11 — размыкающиеся блок-контакты, 12 — ярмо сердечника, 13 — короткозамкнутый виток, 14 — пластины дугогасительной камеры, 15 — контактная пружина, 16 — держатель подвижного контакта, 17 — гибкая связь
При разрыве цепи катушки ее сердечник размагничивается и перестает удерживать якорь, вследствие чего подвижные контакты под действием собственного веса и веса якоря отпадают, разрывая цепь питания электродвигателя.
К каждому контактору заводом-изготовителем прилагается технический паспорт, в котором содержатся принципиальная и рабочая схемы, а также отдельные указания, относящиеся к монтажу, наладке и эксплуатации контактора.
Магнитные пускатели являются автоматическими аппаратами, применяемыми для дистанционного управления электродвигателями и их защиты. Различаются магнитные пускатели нереверсивные и реверсивные.
Нереверсивный магнитный пускатель (рис. 147, а) представляет собой трехполюсный аппарат контакторного типа, снабженный двумя тепловыми реле РТ максимального тока1. Он служит не только для управления электродвигателем, но и обеспечивает отключение последнего при понижении напряжения или перегрузке. При понижении напряжения ниже допустимого предела (ниже 35—40% номинального) втягивающая катушка оказывается не в состоянии намагнитить якорь, создать необходимое магнитное поле, вследствие чего он перестает удерживать контакты во включенном положении и магнитный пускатель отключается.
Для защиты электродвигателя или сети от перегрузок в магнитном пускателе (на двух его фазах) установлены тепловые реле. Тепловое реле представляет собой биметаллическую пластинку, удерживающую спусковой механизм нормально замкнутых контактов.
При повышении нагрузки электродвигателя выше допустимого предела и вследствие этого возрастания тока в цепи биметаллическая пластинка, нагреваясь, деформируется и воздействует на защелку спускового механизма, в результате чего размыкаются контакты реле, разрывается цепь катушки электромагнита и пускатель отключается.
Пуск электродвигателя осуществляется нажатием кнопки «Пуск», в результате чего создается электрическая цепь (рис. 147,б): фаза Л3— контакты 3—4 кнопки «Стоп» — контакты 1—2 кнопки «Пуск» — контакты реле 2РТ — втягивающая катушка ВК— контакты реле 1РТ—фаза Л1. При обтекании током катушки ВК подтянется вверх якорь ЯК, а с ним поднимется вверх и траверса Т с подвижными контактами К, которые включат двигатель. Одновременно с этим замкнутся блок-контакты БК2—БК1 и подадут ток в катушку ВК в обход кнопки «Пуск», шунтируя ее. При нажатии кнопки «Стоп» цепь катушки разомкнется, якорь ЯК с траверсой Т отпадет вниз и контакты К и БК, а также связанные с ними цепи разомкнутся.
Рис. 147. Нереверсивный магнитный пускатель типа П: а — общий вид со снятой крышкой, б —схема соединений; 1 — тепловое реле, 2 — траверса подвижных контактов, 3 — якорь, 4 — катушка электромагнита; К —катушка, т — траверса, ПК — блок-контакты, ЯК — якорь, РТ — тепловое реле
Реверсивный магнитный пускатель отличается от описанного выше нереверсивного наличием не одного, а двух контакторов и кнопочной станции, состоящей не из двух, а из трех кнопок «Вперед», «Назад» и «Стоп». Схема соединения кнопок «Вперед» и «Назад» выполнена с применением электрической блокировки, исключающей возможность их одновременного включения.
Автоматы (рис. 148) являются аппаратами автоматического действия, совмещающие приборы управления и защиты.
Для автоматического управления электродвигателями небольших мощностей применяют трехполюсные автоматы серии АП (рис. 148, а), а для более мощных — автоматы серии А (рис. 148, б и в).
Автомат серии А-3100 (рис. 148, б) имеет пластмассовую крышку, закрывающую токоведущие части. Одноступенчатая контактная система автомата состоит из подвижных и неподвижных контактов с напайками из металлокерамики. Подвижные контакты соединены при помощи гибких соединений с шинами максимального и теплового расцепителей.
Держатели подвижных контактов соединены общим стальным изолированным валиком и посредством механизма свободного расцепления связаны с рукояткой автомата. Электрическая дуга, возникающая между контактами при разрыве ими электрической цепи, гасится в камере с дугогасительной решеткой из стальных омедненных пластин.
Механизм управления обеспечивает моментное замыкание и размыкание контактов с постоянной скоростью, независящей от скорости движения рукоятки автомата. Под воздействием механизма свободного расцепления автоматическое отключение при перегрузках и коротких замыканиях происходит независимо от положения в этот момент рукоятки управления.
Автоматическое отключение аппарата производит специальное устройство— расцепитель, смонтированный в отдельном пластмассовом корпусе под крышкой автомата и состоящий из теплового и электромагнитного элементов, установленных в каждом полюсе автомата.
Тепловой элемент имеет биметаллическую пластинку с прямым или косвенным подогревом. Под действием тока перегрузки пластинка нагревается и, изгибаясь, поворачивает отключающую рейку механизма управления. При повороте рейки автомат выключается независимо от того, возникла ли перегрузка в одной или нескольких фазах. Чем больше перегрузка, тем быстрее выключается автомат. На перегрузку до 10% автомат не реагирует, при перегрузке около 30—40% срабатывает в течение часа, при двойной перегрузке — от 20 до 100 сек, (в зависимости от типа автомата) при окружающей температуре около 25°С. Повторное включение автомата производят после остывания теплового элемента, на что требуется 3—4 мин.
Рис. 148. Автоматы трехполюсные:
а — АП-50, б — А-310, в — А-2000, г — схема автомата А-2000; 1 — основание, 2 — крышка, 3 — неподвижный контакт, 4— подвижный контакт, 5 — пластины дугогасительной камеры, 6 — гибкое соединение, 7 — кнопка (рукоятка), 8 — тепловой расцепитель, 9 — электромагнитный расцепитель, 10 — пружина электромагнитного расцепителя, 11 — дугогасительная камера, 12 — механизм свободного расцепления, 13 — рукоятка управления, 14 — катушка реле минимального напряжения, 15 — зажимы, 16 — катушка реле максимального тока, 17 — отключающая пружина, 18 — защелка, 19 — пружина реле, 20 — ударник, 21 — якорь реле, 22 — кнопка дистанционного отключения, 23 — добавочное сопротивление, 24 — блок — контакты.
Тепловой элемент не защищает электроустановку от токов короткого замыкания. Для этого предназначен электромагнитный элемент расцепителя. Он имеет якорь с возвратной пружиной и сердечник-магнитопровод. Внутри сердечника расположена шина рабочего тока. При нормальном токе пружина удерживает якорь в свободном положении. Ток короткого замыкания возбуждает в магнитопроводе сильное магнитное поле, под действием которого, якорь перемещается и поворачивает отключающую рейку. Автомат при этом выключается мгновенно и независимо от числа, замкнувшихся фаз.
Расцепитель каждого автомата настроен заводом на определенный ток и опечатан. Ток настройки (уставки) расцепителя определяет и номинальный ток автомата с этим расцепителем. Снимать при монтаже крышку расцепителя, нарушать его регулировку или использовать автомат на другой рабочий ток не разрешается, так как он в этих случаях не обеспечит должной защиты.
Автоматы серии А-3100 изготовляются на токи от 50 до 600 а.
Для пуска мощных электродвигателей, а также коммутирования и защиты электрических цепей с большими нагрузками применяется универсальный трехполюсный автомат серии А-2000.
Автомат А-2000 (рис. 148, в) снабжен двумя электромагнитными расцепителями максимального тока и расцепителем минимального напряжения.
Токовые расцепители автомата могут иметь дополнительные устройства, создающие выдержку времени при отключении автомата после срабатывания расцепителя. Такая выдержка времени необходима для того, чтобы автомат не отключался при токах кратковременных перегрузок (например, при пуске мощных электродвигателей) .
Во включенном положении (рис. 148, в) автомат удерживается защелкой 18 (см. схему на рис. 148, г). При перегрузках или коротких замыканиях катушка токового реле электромагнитных расцепителей максимального тока преодолевает противодействие пружины 19 и притягивает якорь 21. При этом ударник 20 якоря 21 выбивает защелку 18, а отключающая пружина 17 автомата размыкает его контакты и таким образом отключает аппарат.
Автомат отключает цепь и при снижении напряжения. При снижении напряжения (ниже допустимого) ток в катушке реле минимального напряжения 14 электромагнитного расцепителя минимального напряжения уменьшится, при этом ее якорь под действием пружины отойдет от сердечника катушки и своим ударником освободит защелку 18 и отключит автомат. Цепь катушки 14 замыкается через блок-контакты 24 на валу выключателя, добавочное сопротивление 23 и кнопку 22 дистанционного отключения.
Включают автомат вручную рукояткой или рычажным приводом. Ими же производят ручное отключение автомата. При необходимости дистанционного управления автоматами их снабжают электромагнитными или электродвигательными приводами.
