ГЛАВА XI АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
§ 44. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ
Управление электрическими приводами может быть ручным, дистанционным и автоматическим.
Ручное управление применяется только в установках малой мощности и редко включаемых. Наиболее широкое распространение в настоящее время получило дистанционное управление —управление электроустановкой на расстоянии до нескольких сот метров. При больших расстояниях применяют системы телеуправления.
В системах дистанционного управления коммутационные аппараты соединяются с командоаппаратами при помощи электрических цепей управления. Командоаппараты установлены в пунктах управления. Воздействие на командоаппараты (кнопки управления, переключатели и т. п.) производится вручную персоналом, обслуживающим установку.
Дистанционное управление облегчает труд оператора, дает возможность управлять группой электроприводов с одного пункта и повышает безопасность эксплуатации электроустановки.
При автоматическом управлении требуемые изменения положения коммутационных аппаратов, последовательность и темп их работы осуществляется без участия человека.
Иногда начальная команда дается оператором вручную, а весь дальнейший комплекс операций выполняется автоматически.
Основными элементами автоматического управления являются разнообразные реле и командоаппараты.
Реле — это аппарат, реагирующий на изменение какой-либо физической величины, например тока, напряжения, температуры, давления. При достижении данной физической величиной определенного значения реле срабатывает и его контакты производят необходимые переключения в цепях управления.
По своему назначению реле можно разделить на две группы: реле защиты и реле управления.
Реле защиты предназначены для отключения линии при возникновении аварийных режимов. Некоторые реле срабатывают очень быстро в течение сотых долей секунды, другие с выдержкой времени, которую можно регулировать. Большинство реле имеют приспособления, позволяющие устанавливать момент их срабатывания на различные значения воздействующей физической величины.
Реле управления применяют в схемах автоматизации производственных процессов; большинство из них рассчитано на определенные значения времени срабатывания и воздействующей физической величины и не имеют регулировки.
По положению в схеме реле подразделяют на основные и вспомогательные. К основным относятся реле, непосредственно воспринимающие контролируемую физическую величину. Вспомогательные реле используются как промежуточные звенья схем автоматики для сигнализации, создания выдержки времени, увеличения количества цепей от основных реле и т. п. и приводятся в действие основными реле.
По принципу действия реле разделяются на электромагнитные, индукционные, электродинамические, ионно-электронные, ферромагнитные, тепловые, механические и др.
Наибольшее распространение в схемах защиты получили реле максимального тока, срабатывающие, когда ток, проходящий через него, достигает заранее установленного значения, называемого током срабатывания.
Рис. 204. Схема устройства реле РТ-40
При уменьшении тока до определенной величины, называемой током возврата, подвижная система реле возвращается в исходное положение. Отношение тока возврата к току срабатывания называется коэффициентом возврата, который у большинства современных токовых реле равен 0,8—0,9. На рис. 204 показана схема устройства электромагнитного реле максимального тока серии.РТ-40, работающего на переменном токе.
По обмоткам катушек 2, сидящих на полюсах магнитопровода 1, протекает ток от трансформатора тока, включенного в рабочую цепь электроустановки.
Когда ток достигнет или превысит величину установленного тока срабатывания, стальной якорь 3 под влиянием магнитного потока, преодолевая противодействие пружины 6, повернется вместе с осью по часовой стрелке, и контактный мостик 5, укрепленный на оси, замкнет верхнюю пару и разомкнет нижнюю пару неподвижных контактов 4. Возврат подвижной системы реле в исходное положение при уменьшении тока в катушке происходит под действием пружины 6. Для регулировки тока срабатывания служит рычаг 7, кроме того, ток срабатывания можно изменять переключением обмоток катушек. При последовательном соединении катушек каждая из них обтекается вдвое большим током, чем при параллельном, поэтому ток срабатывания реле будет в два раза меньше. Шкала реле градуирована на последовательное соединение катушек. Реле не имеет регулировки времени срабатывания.
На рис. 205 показана схема устройства реле переменного тока - РТ-80, которая представляет собой компоновку электромагнитного реле мгновенного действия и индукционного реле с выдержкой времени. Электромагнитный элемент обеспечивает мгновенное срабатывание реле, когда ток, протекающий по его катушке 2, сидящей на магнитопроводе 1, превысит во много раз установленный на шкале реле ток срабатывания. Минимальный ток, при котором реле срабатывает мгновенно, называется током срабатывания отсечки. В этом случае поворотный якорь 4, притягиваясь правой частью к магнитопроводу, повернется по часовой стрелке, и изоляционная пластина 6, укрепленная на его левой части, замкнет пружинные контакты 7. При отсутствии тока в катушке якорь под действием веса своей левой части повернут против часовой стрелки до упора в винт 5, которым регулируется ток срабатывания отсечки. При завинчивании винта 5 воздушный зазор между правым концом якоря и магнитопроводом уменьшается и отсечка срабатывает при меньшем токе.
Индукционный элемент работает следующим образом: алюминиевый диск 12, укрепленный на оси, может свободно вращаться в поворотной рамке 11.
Рамка удерживается пружиной 13 в таком положении, что. укрепленный на оси диска червяк 10 не сцеплен с сектором 9. При прохождении тока по катушке реле под действием магнитных потоков, создающихся в зазорах магнитопровода, дней начинает вращаться.
При вращении диска, которое начинается при токе, равном 20—40% от тока срабатывания, возникают силы, стремящиеся повернуть рамку по часовой стрелке, чему препятствует пружина 13. Когда ток в катушке реле достигнет величины тока срабатывания, эти силы возрастут настолько, что, преодолев сопротивление пружины 13, повернут рамку, и червяк войдет в зацепление с сектором.
Сектор, закрепленный левым концом на оси, поворачиваясь, переместится кверху, а своим рычагом поднимет фигурную деталь 3, укрепленную на левой стороне поворотного якоря 4. При этом правая сторона якоря приблизится к магнитопроводу, притянется к нему и контакты реле замкнутся.
Выдержка времени реле регулируется путем изменения начального положения сектора 9.
Чем выше поднят сектор, тем меньший путь он должен пройти др соприкосновения с фигурной деталью якоря и тем, следовательно, меньше выдержка времени. Настройка выдержки времени производится по шкале 14.
При небольших кратностях тока (до 5—7) выдержка времени зависит от величины тока (чем больше ток, тем меньше выдержка); при кратностях тока 8—10 выдержка времени почти не зависит от тока и близка к установленному на шкале реле времени срабатывания. При больших кратностях тока реле срабатывает мгновенно под воздействием электромагнитного элемента. Такая характеристика времени называется ограниченно зависимой с от сечкой.
Ток срабатывания реле регулируется при помощи штепсельного устройства 3, которым переключается число витков обмотки реле. При включении большого числа витков ток срабатывания реле уменьшается.
В устройствах автоматики и телемеханики широко применяют малогабаритные, электромагнитные телефонные и кодовые реле. Схема устройства кодового реле показана на рис. 206.
Рис. 206. Схема устройства кодового реле
Рис. 207. Сигнальное реле
На сердечнике 1 помещается обмотка 2, при прохождении тока по которой якорь 3 притягивается к сердечнику и действует на контактную систему 4. Реле этого типа работают мгновенно и не имеют устройств для регулировки тока срабатывания. Помимо перечисленных основных реле в схемах автоматики применяются вспомогательные реле.
Реле времени используется в схемах защиты с выдержкой времени, в которых нельзя применить реле типа РТ. Оно состоит из электромагнитного элемента и механизма регулировки времени срабатывания. Реле времени типов ЭВ-122, ЭВ-132 работают на постоянном токе, а типов ЭВ-222, ЭВ-232 — на переменном.
Сигнальные реле предназначаются для сигнализации срабатывания релейных защит или о положении коммутационных аппаратов.
На рис. 207 изображено реле в сработанном состоянии (кожух снят), когда между секторами опорной стойки 1 видны белые секторы указательного диска 2. Реле приводится в исходное состояние .вручную скобой, укрепленной на кожухе, при этом вместо белых секторов указательного диска видны черные.
Промежуточные реле имеют большое число мощных контактов и применяются в тех случаях, когда отключаемая мощность или число контактов основных реле недостаточны. На рис. 208 показано промежуточное электромагнитное реле РП. При протекании тока но обмотке 1 возникает магнитный поток, и якорь 2 притягивается к магнитопроводу. Тяга, связанная с якорем, перемещает контактные мостики, в результате чего происходит замыкание разомкнутых контактов и размыкание замкнутых. Реле этой серии выпускаются для переменного тока напряжением 12—500 в. Регулировок тока и времени срабатывания реле не имеет.
Поступающие на монтаж реле должны быть предварительно проверены в специальной мастерской квалифицированными специалистами. Перед монтажом реле производится их внешний осмотр. При этом проверяют наличие пломб, исправность кожуха, его крепления к основанию, целость стекла в кожухе и качество уплотнений. Производить разборку и регулировку реле персоналу, не имеющему специальной подготовки, запрещается. Реле устанавливают на щитах или панелях после окончания монтажа вторичных цепей. При установке необходимо придерживаться указаний заводских инструкций. После окончания монтажа проверяют и испытывают действие схемы защиты или автоматики. Эти испытания проводятся по специальной программе пусконаладочными бригадами.
К числу командоаппаратов относятся ключи управления, кнопки управления, путевые и конечные выключатели.
Ключи управления применяют для ручного дистанционного управления электроустановкой; нх монтируют на распределительных щитах, пультах управления и т. и. Они имеют многоконтактную систему, состоящую из оперативных и сигнальных контактов. Оперативные контакты, управляющие схемой, при повороте рукоятки замыкаются кратковременно, и после возврата рукоятки в исходное положение размыкаются. Сигнальные контакты замыкают цепи сигнализации и после возврата рукоятки остаются замкнутыми или разомкнутыми. На рис, 209 показан ключ управления типа УП-5114,
Кнопки управления являются простейшими командоаппаратами и обычно применяются для управления контакторами и магнитными пускателями. Кнопки выполняются с одной парой контактов (замыкающими или размыкающими) или с двумя парами контактов для воздействия на две цепи управления. В двухцепных кнопках одна пара контактов замыкающая, другая размыкающая. На рис. 210 показаны устройства кнопок управления.
Конечные выключатели применяют для автоматического отключения электропривода перемещающегося механизма в конце его рабочего пути. Они бывают кнопочные п рычажные. Устройство кнопочного конечного выключателя, показанного на рис. 211, аналогично устройству кнопки управления. Рычажный выключатель типа КУ-501 (рис. 212) состоит из корпуса /, внутри которого закреплен барабан с кулачковыми шайбами. При воздействии на рычаг 2 барабан поворачивается и замыкает или размыкает контакты кулачковых элементов 3.
