Электромонтер буровых установок - Пускорегулирующая аппаратура для электрических машин

Аппаратура управления предназначена для включения и отключения электроприемников и электрических цепей, электрической защиты токоприемников от перегрузки и коротких замыканий, регулирования режимов работы электродвигателей при пуске, реверсе и изменении частоты вращения:

Аппаратура классифицируется:

1.  по роду тока — постоянного и переменного тока;
2.  по напряжению — низковольтная (до 1000 В) и высоковольтная (свыше 1000 В);
3.  по принципу действия — электромагнитная, индукционная, тепловая, ионно-электронная, тиристорная и т. п.;
4.  по конструктивному выполнению в отношении защиты от окружающей среды — открытая, защищенная, закрытая, пыленепроницаемая, взрывобезопасная;
5.  по назначению — аппаратура управления и защиты контроля и сигнализации;
6.  по способу управления — ручная и автоматическая.

Аппаратура ручного управления

К аппаратам ручного управления относятся: рубильники, переключатели, пакетные и универсальные выключатели, установочные автоматы, контроллеры, ручные командоаппараты.
Рубильники и рубящие переключатели предназначены для нечастых замыканий и размыканий электрических полей постоянного и переменного тока до 2500 А напряжением до 1000 В.
Эти аппараты с центральной рукояткой типов Р, П служат только как разъединители, т. е. для отключения предварительно обесточенных цепей. Аппараты с боковой рукояткой, боковым и центральным рычажным приводами (РБ, РПЦ, РПБ, ППЦ) могут коммутировать электрические цепи под нагрузкой.
При выборе рубильников и переключателей необходимо соблюдать условие

Широкое применение получил совмещенный блок: предохранитель — рубильник в закрытом стальном ящике с откидной крышкой (рис. 52).
Достоинство этого блока — компактность и безопасность обслуживания, так как в отключенном состоянии предохранители 1 не находятся под напряжением и могут быть сняты. Включить рукоятку 2 рубильника можно лишь при закрытой крышке, а открывать крышку — при отключенном рубильнике (на рис. 52 крышка условно снята). Провода от сети подсоединяются только к верхним стойкам 3.

Рис. 52. Блок предохранитель—рубильник

Пакетные и универсальные переключатели предназначены для ручного переключения цепей управления напряжением до 440 В постоянного тока и до 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Они применяются в качестве командоаппаратов для переключения цепей управления автоматов, контакторов, масляных выключателей, командоконтроллеров для станций управления, вольтметровых переключателей.
Универсальные переключатели различных типов отличаются друг от друга числом секций, диаграммой замыкания контактов, числом фиксированных положений и углом поворота рукоятки. Контакты универсальных переключателей серии УП-5400 допускают длительную нагрузку постоянным и переменным током до 20 А и кратковременную (не более 10 с) —75 А. Механическая износоустойчивость этих аппаратов составляет 1 млн. переключений.
На рис. 53 приведен общий вид универсального переключателя типа УП с числом секций до 16. Переключатели выпускаются на 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20 и 24 секции.
По степени защиты от воздействия окружающей среды УП имеют исполнения: УП-5300 — открытое — для крепления на обратной стороне панели щитов и пультов управления, с рукояткой, выведенной на фасад панели; УП-5400 — водозащищенное — для применения в помещениях и местах где требуется защита от попадания воды;УП-5800 — маслонаполненное — для использования в помещениях со взрывоопасной средой. Полное обозначение каждого типа УП отражает сокращенное обозначение аппарата, условное обозначение данной конструкции, число секций, тип фиксатора и диаграмму переключений. Например: УП-5406Л — универсальный переключатель на 6 секций с фиксацией положения рукоятки в положениях 0, 45 и 90° по часовой стрелке 45 и 90°— против часовой стрелки (индекс Л).
Предельная разрывная способность контактов УП типов УП-5300 и УП-5800 приведена в табл, 7.

Рис. 53. Универсальный переключатель (размеры А и Б в мм)

Контроллеры предназначены для пуска, торможения, реверсирования вращения валов электродвигателей, крановых и других механизмов изменением сопротивления в роторной цепи. Наибольшее распространение получили крановые кулачковые контроллеры. В корпусе такого контроллера расположены кулачковые элементы и вал с кулачковыми фасонными шайбами, образующие кулачковый барабан. Контроллеры снабжены металлическими оболочками со съемными кожухами и не рассчитаны на работу во взрывоопасной среде, а также в местах, не защищенных от попадания атмосферных осадков.
Крановые кулачковые контроллеры типа ККТ-61 применяются для управления электродвигателями вспомогательных лебедок на буровых установках.

Таблица 7

Аппаратура автоматического управления

К аппаратам автоматического управления относятся: кнопки управления, командоаппараты, контакторы и магнитные пускатели, реле, станции управления и другие аппараты.

Кнопки и кнопочные посты предназначены для управления электромагнитными контакторами и пускателями при напряжении до 500 В, частотой 50 и 60 Гц. Они имеют широкую номенклатуру и отличаются друг от друга главным образом по конструкции в зависимости от места установки и условий работы.
Кнопочный элемент имеет электрически не связанные между собой замыкающие и размыкающие контакты с двойным разрывом цепи. Размыкающий контакт кнопочного элемента выдерживает длительную нагрузку 4 А. Электрическая износоустойчивость кнопочных элементов — не менее 50 000 циклов (включений и отключений).
Наибольшее распространение получили кнопки типов КЕ, КМЕ, ПКЕ.

Командоаппараты кулачковые нерегулируемые (командоконтроллеры) предназначены для оперативно-дистанционного управления электроприводами.
В отличие от контроллеров ими переключают не основные силовые цепи, а цепи управления с небольшой силой тока. Механически они не связаны с управляющим механизмом и приводятся в действие оператором. На буровых установках применяют реверсивные командоаппараты серии КА-5000 для управления электродвигателями лебедки, ротора и других механизмов. Исполнение командоаппаратов — защищенное, число коммутируемых цепей — от 4 до 8, число рабочих положений в каждую сторону от нуля — от 1 до 5. Рукоятка привода может иметь фиксацию в каждом положении или самовозврат в нулевое положение. Последовательность включения или отключения контактов осуществляется в зависимости от профиля кулачков.
В схеме устройства командоконтроллера серии КА-5000 (рис. 54) при повороте рукоятки поворачивается горизонтальный квадратный вал 6, на котором закреплена кулачковая шайба 7, состоящая из отдельных кулачков. Под действием пружины 5 подвижный рычаг 3 стремится занять положение, показанное с правой стороны, при котором контактный мостик 1 замыкает неподвижные контакты 2. При повороте вала 6 против часовой стрелки выступающая часть кулачка нажмет на ролик 4 и отведет рычаг 3 вправо. Контакт разомкнется и займет положение, показанное на схеме слева.
Командоаппараты КА-5000 имеют номинальную (длительную) силу тока 15 А. Предельная разрывная способность при 110 В постоянного тока — 2,5 А; при 500 В переменного тока — 15 А.
Путевые (конечные) выключатели служат для ограничения хода механизмов.

Рис. 54. Конструктивная схема устройства командоконтроллера

К ним также относятся кулачковые регулируемые командоаппараты, служащие для переключения в цепях управления, в сигнальных цепях в зависимости от положения, занимаемого рабочим органом механизма. Аппараты этого типа механически связаны с регулируемым исполнительным механизмом. На буровых установках применяют командоаппарат КА-4658-5 (на пять цепей) с передаточным отношением цепной передачи, встроенной в аппарат, 1:30. Исполнение — водозащищенное, пыленепроницаемое. Контакты допускают длительное протекание тока 15 А и кратковременное (не более 10 с) —до 75 А постоянного и переменного тока.
В качестве конечных выключателей применяют выключатели рычажного типа (КУ, ВК-211) и штыревого типа (ВК-411).
Контакторы предназначены для дистанционного и автоматического включения и отключения электрических силовых цепей. Контактор состоит из электромагнитной и контактной систем, дугогасящего устройства, электрических и механических блокировочных устройств.
Контакторы применяют для частых коммутаций силовых цепей различных токоприемников с относительно большими токами (40—2500 А).

Рис. 55. Контактор

В зависимости от рода тока, питающего втягивающую катушку, контакторы делятся на контакторы переменного и постоянного тока. Они отличаются в основном устройством магнитной системы, которая в контакторах постоянного тока выполняется из массивных стальных деталей, что увеличивает срок службы контактора, а в контакторах переменного тока — из тонких изолированных листов трансформаторной стали, что уменьшает потери мощности на нагрев железа вихревыми токами.
Принцип действия контактора показан на рис. 55.
При протекании по катушке 3 (рис. 55, а) тока возникает магнитный поток Ф, при прохождении которого по ярму 1, сердечнику 2, якорю 5 и зазору δ возникает тяговое усилие, поворачивающее якорь. При этом замыкаются главные контакты 4, блок-контакты 7 и размыкаются блок-контакты 8. При обесточивании катушки 3 под действием пружины 6 контактор отключается.
Для ускорения гашения электрической дуги при значительной силе тока в цепи применяется дугогасительная катушка, состоящая из небольшого числа витков толстой проволоки (или медной полосы). Она включается последовательно в цепь главных контактов. По обе стороны дугогасительной катушки расположены стальные щеки, охватывающие с двух сторон главные контакты. Между стальными щеками укреплена дугогасительная камера из асбоцемента, предназначенная для ограничения области возникновения электрической дуги, исключения ее переброса на соседние контакты другого полюса и воздействия на окружающие части аппарата.
Под влиянием магнитного потока Ф дугогасительной катушки (рис. 55, б) на дугу действует сила Р, перемещающая дугу. Направление витков катушки подбирают так, что дуга перемещается вверх, быстро удлиняется и разрывается. Чем   больше сила разрываемого тока, тем мощнее электрическая дуга и тем сильнее действие дугогасительной катушки.
Для улучшения условий дугогашения контакторы переменного тока имеют дугогасительные камеры со встроенными внутри ее металлическими решетками. Дуга, смещенная вверх, попадает на металлические пластины, делится на части и быстро гаснет (рис. 55,в).
Для уменьшения шума (гудения) контакторов переменного тока применяют специальные устройства, представляющие собой демпферный виток (замкнутая медная рамка), устанавливаемый на торце сердечника или якоря. Когда в катушке сила тока равна нулю, якорь электромагнита под действием контактных пружин и собственного веса подвижных частей аппарата начинает «отпадать» от сердечника. При увеличении силы тока в катушке якорь снова притянется к сердечнику. Возникает гудение от вибрации якоря. Часть магнитного поля якоря, пульсируя внутри демпферного витка, наводит в нем э. д. с., которая в свою очередь вызовет протекание в замкнутом контуре переменного тока. Этот ток создаст добавочный магнитный поток, не совпадающий по фазе с основным потоком. Таким образом, несовпадение по фазе этих магнитных потоков создаст условия, когда в любой момент времени в контакторе будет находиться магнитный поток, значение которого будет отличаться от нуля. Этот поток удерживает якорь от «отпадения». В результате резко уменьшается вибрация якоря и гудение.
Время включения контактора постоянного тока 0,13—0,4 с, время включения контактора переменного тока 0,035—0,05 с.
Контакторы выпускают на номинальную силу постоянного тока до 2500 А, переменного тока — до 600 А.

Магнитные пускатели (в дальнейшем именуемые «пускатели») на номинальное напряжение до 500 В переменного тока и частоту 50 Гц предназначены главным образом для дистанционного управления трехфазными электродвигателями с короткозамкнутым ротором мощностью от 0,27 до 10 кВт (пускатели серии ПМЕ) и от 4 до 75 кВт (пускатели серии ПА). Пускатели осуществляют пуск и остановку электродвигателей (нереверсивные пускатели); пуск, остановку и реверс электродвигателей (реверсивные пускатели); защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности (пускатели с тепловыми реле).
Пускатели изготовляются в следующих исполнениях: нереверсивные, реверсивные, открытые (без оболочки), защищенные (с оболочкой, не имеющей уплотнения разъемных стыков и защищающей только от случайных прикосновений к частям, находящимся под напряжением, а также от проникновения внутрь пускателя посторонних предметов); пылебрызгонепроницаемые (Для наружной установки под навесом), имеющие оболочки с уплотнением разъемных стыков, исключающих проникновение внутрь пускателя воды и пыли; без тепловых реле (тепловую защиту в повторно-кратковременном режиме электродвигателя осуществить невозможно); с тепловым реле (с защитой электродвигателя от токовых перегрузок). Тип пускателя обозначается буквами ПА, ПМЕ (наименование серии) и тремя цифрами. Первая из цифр определяет величину (габарит 0, I, II, III, IV, V, VI), вторая — исполнение пускателя по роду защиты от окружающей среды (1 — открытое, 2 — защищенное, 3 — пылезащищенное, 4 — пылебрызгонепроницаемое), третья —  исполнение (1 — нереверсивный и без тепловой защиты, 2 — нереверсивный с тепловой защитой, 3 — реверсивный без тепловой защиты, 4 — реверсивный с тепловой защитой).
Нереверсивный пускатель открытого исполнения и без тепловой защиты представляет собой электромагнитный контактор; реверсивный — два контактора, укрепленных на общем основании (панели); нереверсивный пускатель с тепловой защитой состоит из трехполюсного контактора, тепловых реле и блока приставок. В реверсивном пускателе имеется два трехполюсных контактора. Невозможность одновременного включения контакторов обеспечивается блокировкой. Пускатель включается с помощью кнопки или аналогичного устройства, осуществляющего мгновенную подачу напряжения на втягивающую катушку.
Схема соединений нереверсивного пускателя с тепловыми реле приведена на рис. 56, а. При нажатии кнопки П подается напряжение на обмотку контактора К, он срабатывает и включает электродвигатель, замыкающий блок-контакт К (7— 8), при этом шунтирует включающую кнопку. Для остановки электродвигателя следует нажать на кнопку С, разрывающую цепь включающей катушки контактора К. Электродвигатель останавливается также автоматически при срабатывании теплового реле ТРН от тока перегрузки двигателя. Своим контактом ТРН (8—10) реле разрывает цепь включающей катушки пускателя. Схемой обеспечивается нулевая защита с помощью замыкающего блок-контакта К (7—8), предотвращающая самопроизвольное включение пускателя при внезапном появлении напряжения.
Реверсивные магнитные пускатели наряду с пуском, остановом и защитой электродвигателя изменяют направление его вращения. В этих пускателях установлены два контактора, один из которых включает электродвигатель при одном направлении вращения, а второй — при другом направлении. Реверсивные магнитные пускатели имеют блокирующее устройство (электрическое и механическое), не допускающее одновременного включения обоих контакторов, даже при нажатии обеих кнопок (вперед и назад).

Таблица 8
Контрольные данные пускателей

На рис. 56, б приведена схема включения реверсивного пускателя с тепловым реле. При нажатии кнопки В подается напряжение на обмотку контактора КВ, он срабатывает и включает электродвигатель в направлении вращения «вперед». Одновременно разрываются цепи размыкающего блок-контакта кнопки управления «вперед» и размыкающего блок-контакта КВ (2—1) контактора КВ, что предотвращает одновременное включение обоих контакторов. При нажатии кнопки Н подается напряжение на обмотку контактора КН, он срабатывает и включает электродвигатель в направлении вращения «назад». Одновременно разрывается цепь размыкающего блок-контакта кнопки управления «назад» и размыкающего блок-контакта КН (1—2) контактора КН, что предотвращает одновременное включение обоих контакторов. Для остановки электродвигателя следует нажать на кнопку С, разрывающую любую из работающих цепей, включающих электродвигатель в направлении вращения «вперед» или «назад». Автоматическая остановка электродвигателя осуществляется от теплового реле ТРН, которое срабатывает при недопустимой перегрузке двигателя и своим блок-контактом ТРН (Л1—Л10) разрывает цепь одной из включающих катушек контактора КВ или КН.
Надежность работы блок-контакторов, осуществляющих нулевую защиту, проверяется по данным, приведенным в табл. 8.
Ход штоков блок-контактов регулируют специальными винтами-толкателями (после регулировки винты закрашиваются красной эмалью). При управлении с помощью рубильника или реле, контакты которого при включенном пускателе остаются замкнутыми, нулевая зашита пускателем не осуществляется, так как разрыв цепи его втягивающей катушки производится указанными аппаратами.
Втягивающая катушка обеспечивает надежную работу пускателя при напряжении сети от 85 до 105 % номинального. Все обмоточные данные указаны на маркировочной табличке катушки. При самостоятельном изготовлении катушки следует выдержать число витков согласно табл. 9.

Таблица 9
Обмоточные данные втягивающих катушек пускателя типа ПА

Втягивающая катушка при напряжении 85 % номинального (не менее) должна надежно включать пускатель без остановки подвижной системы в промежуточных положениях. При напряжении ниже 85 % номинального работа пускателя не гарантируется. Завод-изготовитель может поставлять пускатели с напряжением отпадания не более 60 % номинального.
Пускатели предназначены для работы в следующих условиях: высота над уровнем моря до 1000 м (допускается применение пускателей на высоте 2000 м над уровнем моря при этом рабочее напряжение не должно превышать 380 В); ток. включаемый и отключаемый в режиме редких коммутаций, не должен превышать 7-кратного номинального а ток, включаемый в режиме нормальных коммутаций, не должен превышать 5,5-кратного номинального тока пускателя; температура окружающего воздуха от —40 до + 40 С; относительная влажность не более 90 % при +20 °С и не более 50 % при +40 С; окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая значительного количества пыли, а также агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию (в запыленной среде допускается эксплуатация пускателей пылебрызгонепроницаемого исполнения); отсутствие непосредственного воздействия солнечной радиации; отсутствие резких толчков (ударов) и сильной тряски. Напряжение на зажимах втягивающей катушки должно быть от 0,85 до 1,1 номинального напряжения.
Термодинамические тепловые реле типов ТРН (двухполюсные) ТРП (однополюсные), которые встраиваются в пускатели, срабатывают под влиянием протекающего по ним тока перегрузки электродвигателя (воздействуя на цепь управления привода) и вызывают его отключение.

 Все типы реле ТРН имеют одинаковую конструкцию и отличаются только нагревателями, размерами силовых зажимов и корпусов.
В эксплуатации часто бывает необходимо заменить или перемотать сгоревшие катушки. Изготовление этих катушек возможно при наличии их обмоточных данных. При пересчете обмоток катушек на новое напряжение число витков катушки прямо пропорционально напряжениям:

Основные параметры пускателей серий ПМЕ и ПА приведены в табл. 10.

Реле — аппарат автоматического действия, включающий или отключающий электрические цепи управления под действием командных сигналов (электрических, механических, тепловых и т. п.).
По назначению реле подразделяются на: реле управления, реле защиты и реле сигнализации. Реле управления включается непосредственно в электрическую цепь. Реле защиты включают в электрическую цепь либо непосредственно, либо через измерительные трансформаторы (тока и напряжения).
В электрических схемах управления электроприводами буровых установок применяют реле управления постоянного и переменного тока. Эти реле используются как промежуточные, как реле тока и напряжения и как реле времени.
Реле характеризуются следующими параметрами:
номинальные данные: сила тока, напряжение и другие величины, указанные на заводском щитке;
величина срабатывания: сила тока, напряжение, при котором происходит автоматическое действие реле;
уставка — величина срабатывания, на которую отрегулировано реле;
напряжение (сила тока) втягивания реле — наименьшее значение напряжения (сила тока на зажимах катушки реле), при котором начинается и полностью заканчивается втягивание якоря реле;
напряжение (сила тока) «отпадания» якоря — наибольшее значение напряжения (силы тока), при котором начинается и полностью заканчивается «отпадание» якоря;

коэффициент возврата реле — отношение напряжения (силы тока) «отпадания» якоря к напряжению (силе тока) втягивания;
время срабатывания реле при втягивании и «отпадании».
Реле состоит из следующих основных деталей (рис. 57): ярма 1, выполненного в виде угольника из толстой полосовой стали; круглого сердечника 7, прикрепленного к станине; якоря 4, представляющего собой пластину, качающуюся на призматической опоре. К якорю крепятся подвижные контакты 5 реле. Якорь реле притягивается под действием магнитного потока, создаваемого катушкой 6, насаженной на сердечник. Напряжение втягивания реле (сила тока) регулируется изменением воздушного зазора, при помощи упорного винта, а также натяжением возвратной пружины 2 при навинчивании гайки 3. Регулирование напряжения (сила тока) «отпадания» реле выполняется подбором толщины немагнитной прокладки и изменением натяжения пружины.
Для создания выдержки времени реле при прекращении питания его катушки в реле постоянного тока встраивается демпфер из медной гильзы или в виде короткозамкнутой катушки. Демпфер насаживается на сердечник магнитной системы. При прекращении питания катушки магнитный поток, исчезая, создаст в демпфере дополнительный магнитный поток, который некоторое время удерживает якорь в притянутом состоянии. Выдержка времени регулируется натяжением пружины или толщиной немагнитной прокладки.
В новых конструкциях реле времени функции времени выполняет алюминиевое основание реле. Диапазон выдержки времени составляет от десятых долей секунды до 12 с. Наиболее широко применяют реле времени постоянного тока серий РЭВ-810 и РЭВ-880 с двумя или четырьмя контактами и выдержкой времени 0,25—12 с. Реле РЭВ-80 имеют выдержки времени 0,25—1 с, меньшие габариты по сравнению с РЭВ-810 и один контакт.

Рис. 57. Реле                                  Рис. 58. Геркон

В качестве промежуточных реле выпускаются реле постоянного тока типов РП-40, РПУ-1, ПЭ-21, реле переменного тока ПЭ-5 на 12, 24, 36, 48, 60, 110, 127 и 220 В. Реле тока применяются как в качестве реле защиты, так и в качестве реле управления. Номенклатура этих реле очень широкая.
Реле напряжения используется также как реле защиты и для контроля напряжения.
В электроустановках буровых Станков широко распространены реле: на постоянном токе—токовые (РЭВ-830, РЭВ-86), напряжения (РЭВ-821, РЭВ-825, РЭВ-84), времени (РЭВ-851, РЭВ-852, РЭВ-853, РЭВ-854, РЭВ-810, РЭВ-80), на переменном токе (ЭП-41В, ЭП-1) и др.
В настоящее время получили распространение магнитоуправляемые контакты—герконы. Они обладают высокой надежностью. На рис. 58 приведена схема простейшего геркона. В стеклянную капсулу 3, заполненную инертным газом, впаяны токоведущие пружинящие ферромагнитные пластинчатые пружины 1 и 2. Магнитный поток Ф, созданный током в катушке W, намотанной на капсулу 3, проходит по пластинчатым пружинам 1 и 2 и создает электромагнитную силу притяжения в воздушном зазоре между концами пластины. Пластинчатые пружины 1 и 2 смыкаются и образуют цепь тока.
Если сила тока в катушке будет равна нулю, то под действием упругих сил пластинчатые пружины 1 и 2 возвратятся в исходное положение и цепь тока через контакты разорвется. Таким образом, в герконах контактный зазор является и рабочим магнитным зазором, а пластинчатые пружины 1 и 2 проводят магнитный поток и электрический ток.

Магнитный усилитель — электромагнитный аппарат, предназначенный для регулирования переменного или выпрямленного тока изменением постоянного тока значительно меньшей мощности. Конструктивно магнитный усилитель выполнен на двух сердечниках Ш-образного или тороидального вида (рис. 59).
Обмотки переменного тока 1 (нагрузочные обмотки) намотаны на отдельных сердечниках, обмотки постоянного тока 4 (обмотки управления) охватывают оба сердечника 2 и 3.

Рис. 59. Магнитные усилители: а — Ш-образный; б — тороидальный 

Рис. 60. Схема магнитного усилителя и его характеристика

Действие магнитных усилителей основано на явлении уменьшения индуктивного сопротивления сердечника с увеличением напряженности магнитного поля. Если пропустить по одной из обмоток управления постоянный ток, то изменится индуктивное сопротивление обмотки переменному току. Мощность, необходимая для подмагничивания постоянным током, незначительная по сравнению с мощностью, пропускаемой обмоткой переменного тока.
Включая в цепь переменного тока сопротивление нагрузки, можно с помощью малых управляющих сигналов постоянного тока изменять силу тока (мощность) в цепи нагрузки.
Схема простейшего магнитного усилителя приведена на рис. 60, а, а на рис. 60, б зависимость тока нагрузки Iн от тока управления Iу.
При отсутствии подмагничивания индуктивное сопротивление усилителя максимально, а поэтому сила тока Iн минимальна. При подмагничивании сердечника Iн увеличивается вследствие уменьшения индуктивного сопротивления (магнитной проницаемости железа). Когда сердечник насыщен, индуктивное сопротивление можно считать равным нулю, и сила тока нагрузки Iн определяется в основном активным сопротивлением нагрузки.
Цепь управления называется входом магнитного усилителя, а цепь нагрузки — выходом.
Коэффициентом усиления по току магнитного усилителя называется отношение приращения силы тока нагрузки к вызвавшему его приращению силы тока в обмотке управления.

Сельсин — электрическая машина с однофазной первичной обмоткой (возбуждения) и трехфазной вторичной обмоткой (синхронизации).
В схемах управления регуляторов подачи долота на забой применяют трансформаторные схемы включения сельсинов (рис. 61). Однофазный переменный ток, протекая по обмотке возбуждения сельсина (датчик Д), создает пульсирующий магнитный поток, который наводит э. д. с. в обмотке синхронизации датчика. Ток в обмотке синхронизации приемника П создает пульсирующий магнитный поток, который наводит в об мотке возбуждения приемника э. д. с.
Если поворачивать ротор датчика при заторможенном роторе приемника, то э. д. с. обмотки возбуждения приемника будет изменяться примерно по синусоидальному закону.

Резисторы — сопротивления (реостаты), с помощью которых регулируют силу тока в цепях двигателей. Резисторы состоят из элементов сопротивлений и устройств для их переключения. Наиболее распространены металлические резисторы. В зависимости от режимов работы двигателя и резисторов применяются различные резисторы.
Для продолжительного режима работы используют резисторы типа ППБ (рис. 62). Они представляют собой бескаркасные спирали из круглой ленты или проволоки (рис. 62, а), закрепленные на раме и обладающие хорошей теплоотдачей в окружающую среду.
Для кратковременного режима работы применяют трубчатые резисторы ПЭ (невлагостойкие) и ПЭВ (влагостойкие нерегулируемые и регулируемые), имеющие теплоемкие каркасы из жаропрочного керамического материала (рис. 62, б).
Более мощные резисторы выполняют в виде рамочных элементов из константана (рис. 62, в), состоящих из стальной пластины с надетыми на нее фарфоровыми полуцилиндрами, на которые наматываются проволока или лента. Отводы от проволочных элементов выполняют при помощи зажимных винтов. Сила тока рамочных элементов 1,2—1,4 А.
Пусковые резисторы НФ для мощных электродвигателей выполняют в виде ленточных фехралевых элементов (рис. 62, г), которые комплектуют в ящики, рассчитанные на силу тока 24—215 А.
Резисторы, рассчитанные на большую силу тока, выполняют из литых зигзагообразных чугунных пластин с отверстиями на обоих концах (рис. 62, д). Чугунные элементы собирают на изолированных стержнях в ящики.
Для слаботочных цепей применяют металлопленочные теплостойкие резисторы МЛТ. Пределы значений сопротивлений при мощности 1 и 2 Вт — 8,2—10 МОм соответственно.
По способу охлаждения выпускают резисторы с воздушным и масляным охлаждением. Масляные резисторы обладают более высокой теплоемкостью и большей тепловой инерцией.
Для защиты электроприемников от коротких замыканий, перегрузки и других аварийных режимов применяются специальные аппараты.

К ним относятся плавкие предохранители и автоматические выключатели. В плавкие предохранители встраивается медная или цинковая пластина — плавкая вставка, которая включена последовательно в защищаемую цепь. Когда сила тока в цепи достигнет значения выше допустимого, плавкая вставка расплавляется. Время расплавления зависит от силы тока — чем больше сила тока, тем быстрее плавится вставка.

Рис. 63. Предохранители

По конструкции различают предохранители в открытых фарфоровых трубках, разборные и насыпные (рис. 63). В фарфоровых предохранителях (рис. 63, а) плавкая вставка 1 помещена в фарфоровую трубку 2, открытую с обоих концов. В разборных предохранителях (рис. 63, б) цинковая вставка 1 фигурной формы помещена в фибровую трубку (патрон) 2, плотно закрытую колпачками 4. Детали 3 служат для присоединения предохранителей к электрической цепи. При перегорании плавкой вставки и образовании дуги некоторое количество фибры разлагается, образуя газы, способствующие быстрому гашению дуги. Эти предохранители выпускают на номинальную силу тока от 15 до 1000 А. В насыпных предохранителях (рис. 63, а) параллельно включенные медные или серебряные плавкие вставки 2 круглого сечения размещены внутри фарфоровой изоляционной трубки 1 с мелкозернистым кварцевым песком 5.
Возникающая при плавлении вставки электрическая дуга соприкасается с мелкими зернами песка, интенсивно охлаждается, деионизируется и поэтому быстро гаснет. Предохранители насыпного типа ограничивают силу тока короткого замыкания. Их выпускают на силу тока до 600 А.
Для защиты асинхронных короткозамкнутых двигателей от токов перегрузки и короткого замыкания применяют инерционные предохранители. Номинальную силу тока плавкой вставки предохранителя выбирают так, чтобы она превышала номинальную силу тока защищаемого токоприемника. При кратковременных эксплуатационных перегрузках (пуск электродвигателей) плавкая вставка не должна перегорать. Ток плавкой вставки выбирается по формуле

Для защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузки применяют тепловые реле, биметаллический элемент которых представляет собой двухслойную пластинку из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При нагреве слой термоактивного металла существенно расширяется, в то время как другой слой почти не изменяется. Если один конец биметаллической пластины жестко закрепить, то другой свободный конец ее будет изгибаться. Измерительным органом теплового реле является биметаллический элемент, который при нагреве изгибается и переводит контактную систему в отключенное или включенное состояние.
На рис. 64, а представлена схема теплового реле. Биметаллическая пластина 1 упирается в верхний конец пружины 7. Нижний конец пружины давит на выступ пластмассовой колодки 4, которая может поворачиваться. В положении, изображенном на рисунке, движение пластины 1 и верхнего конца пружины 7 влево ограничено упором 8, а вправо — упором 2. Сила пружины 7 воздействует на выступ колодки 4 так, что укрепленный на ней контакт 5 замкнут с неподвижным контактом 6.

Рис. 64. Аппараты защиты

При повышенной силе тока в нагревательном элементе (НЭ) биметаллическая пластина 1 нагревается, и ее нижний конец перемещается в направлении стрелки А. В результате пружина 7 действует на колодку 4 так, что контакты 5 и 6 разомкнутся. Реле может вернуться в исходное положение самопроизвольно, когда биметаллическая пластина остынет. В других вариантах реле не имеет самовозврата, и переход его в исходное положение осуществляется кнопкой ручного возврата 3. Тепловые реле выпускают однополюсными типа ТРП и двухполюсными типа ТРН. Последние, как правило, встраиваются в магнитные пускатели.
Автоматические выключатели (автоматы) применяют в цепях постоянного и переменного тока для защиты, автоматического отключения цепей при коротких замыканиях, перегрузках, а также при нечастых переключениях в силовых цепях и цепях управления. Автоматы выполняют функции рубильника, плавкой вставки и теплового реле.
Простейшая схема автомата приведена на рис. 64, б. Автомат коммутирует электрическую цепь, присоединяемую к выводам А и Б. В указанном положении автомат отключен и цепь разомкнута. Чтобы включить автомат, надо вращать вручную по часовой стрелке рукоятку 3.
Рычаги 4 и 5, перемещаясь, будут переворачивать основную деталь 6 вокруг оси О по часовой стрелке. Контакты 7 и 8 автомата замыкаются, после чего подвижные контакты остаются в крайне правом положении, зафиксированном специальной защелкой, и удерживаются ею.
Отключающая пружина 2 растягивается до предела при включении автомата. При подаче команды на отключение она отводит деталь 6 и отключает автомат. Когда по катушке электромагнитного расцепителя 1 протекает ток короткого замыкания, на его якорь действует электромагнитная сила, переводящая рычаги 4 в 5 вверх за мертвую точку (если рычаги 4 и 5 переведены вверх за мертвую точку, то жесткая связь между приводной и подвижной системами нарушается), в результате чего автомат пружиной 2 отключается автоматически. При этом контакты 7 и 8 размыкаются, и возникающая дуга выдувается в дугогасительную камеру 9 и гасится в ней.
Система рычагов 4 и 5 выполняет функции механизма свободного расцепления, который позволяет автомату отключаться в любой момент времени, в том числе и в процессе включения. В автоматах, в которых встраиваются тепловые элементы, аналогичные тепловому реле для защиты электроустановки от перегрузки, последние также действуют на механизм свободного расцепления, выключая автомат.
Автоматы с одним электромагнитным элементом расцепителя защищают установку только от токов короткого замыкания. Их выбирают по номинальному току главной цепи, причем должно быть обеспечено условие Iн>Iр, где Iн — номинальная сила тока; Iр— расчетная сила тока цепи.
Уставку токовой отсечки Iу (силу тока, при которой срабатывает электромагнитный элемент расцепителя) выбирают из условия

При этом тепловые элементы расцепителя не срабатывают в течение 1 ч при силе тока нагрузки, составляющей 1,1 Iн.расц. Срабатывание происходит не более чем через 30 мин при силе тока нагрузки, составляющей 1,35 Iн.расц и через 1—10 с, если сила тока нагрузки в 6 раз больше Iн.расц.
На буровых установках получили распространение автоматы серии А-3100 и АП-Д.

Станции управления представляют собой объединенное общей конструкцией комплектное устройство, предназначенное для дистанционного управления какой-либо электрической установкой. Станции управления разделяются на блоки управления (БУ) и панели управления (ПУ). Блок управления представляет собой такую станцию управления, на которой аппараты смонтированы на одной изоляционной плите без рамы. Панель управления представляет собой станцию управления, на которой аппараты смонтированы на нескольких изоляционных плитах, укрепленных на общей раме из уголковой стали. Станции управления подразделяются на следующие типы:

станцию управления типовую — станцию, которой присвоено обозначение в соответствии с нормалью электротехники ОАА.608.001—66 «Станция управления. Обозначение типов»;
станцию управления нормализованную (унифицированная) — типовую станцию управления, изготовляемую всеми предприятиями — изготовителями станций управления по чертежам головной организации калькодержателя;
станцию управления нетиповую — станцию управления индивидуального исполнения, не имеющую типового обозначения;
шкаф управления нетиповой — неполный шкаф управления, в который встроена нетиповая панель управления; кроме того, на двери шкафа могут быть установлены аппараты;
блок без монтажа — типовой блок управления, не имеющий соединений между аппаратами.
Все станции управления, выпускаемые заводами электропромышленности, имеют номенклатурные обозначения, состоящие из двух частей. Слева от разделительного знака — обозначение серии станции управления; справа — обозначение типового индекса станции управления, характеризующего номинальные электрические параметры станции управления (величину, исполнение по напряжению силовой цепи, конструктивное исполнение, напряжение цепи управления, исполнение по току). Обозначение серии станций управления состоит из букв и цифр.
Первая буква обозначает конструктивное исполнение станций управления: П — панель управления; Б — блок управления. Вторая буква — категория станции управления в зависимости от области применения: А — сельское хозяйство; Б — целлюлозно-бумажная промышленность; В — гидроэнергетические установки; Г — горнодобывающая и нефтяная промышленность (уголь, нефть, руда); Д — доменные, сталеплавильные цехи; И — общественные сооружения, коммунальные установки; К —  крановые и подъемно-транспортные сооружения; Л — текстильная, полиграфическая промышленность; М — морские установки; П — прокатные цехи; С — станки; Т — термические и закалочные электропечи; X — химическая промышленная, Ш — шинная, резинотехническая промышленность; Э — энергетика, насосные установки, топливоподача, подстанции. Для нормализованных (унифицированных) станций управления вторая буква в обозначении серии независимо от области применения всегда «у», (унифицированная) либо «Н» (нормализованная).
Третья буква обозначает условно завод-изготовитель, например А — Александрийский электромеханический завод; Р(В) — Чебоксарский электроаппаратный завод (ЧЭАЗ) и т. п. Для унифицированных нормализованных станций управления третья буква в обозначении серии независимо от завода-изготовителя не пишется.
Цифры после букв указывают: первая и вторая цифры —  класс станции управления с подразделением на группы в зависимости от основной электрической характеристики электропривода; третья и четвертая — порядковый номер схемы станции управления в данной группе данного класса.
Станции управления, выпускаемые заводами электропромышленности, делятся на девять классов.
Класс 1. Станции управления, регулируемые двигателями постоянного тока с параллельным возбуждением.
Класс 2. Станции управления двигателями постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением.
Класс 3. Станции управления статическими преобразователями и двигателями постоянного тока, питающимися от статических преобразователей.
Класс 4. Станции управления генераторами постоянного и переменного тока и двигателями постоянного тока, питаемыми от генераторов (система Г—Д).
Класс 5. Станции управления асинхронными электродвигателями трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.
Класс 6. Станции управления асинхронными двигателями трехфазного тока с фазным ротором.
Класс 7. Станции управления синхронными машинами.
Класс 8. Станции защиты, ввода, переключения, измерения, регулирования и контроля систем постоянного и переменного тока.
Класс 9. Станции совместного управления цепями постоянного и переменного тока и вспомогательные станции для разных систем.
Обозначение типового индекса станций управления состоит из трех цифр и двух букв, расположенных справа от разделительного знака. Так, цифра на первом месте обозначает величину станции управления, определяемую током аппарата, являющегося в этой цепи минимальным. Зависимость между величиной станции и током аппарата следующая:

В скобках указаны величины токов для станций управления, которые выпускаются еще в настоящее время по старой нормали.
Цифра на втором месте обозначает напряжение силовой цепи станции управления, а на четвертом месте — напряжение цепи управления (табл. 11). 

На третьем месте в типовом индексе помещается заглавная буква алфавита (А, Б, В и т. д.), характеризующая модификацию данной станции. Под модификацией понимается такое незначительное конструктивное или схемное изменение станции, которое не меняет ее основного назначения. На пятом месте с типовым индексом помещается также заглавная буква алфавита, определяющая исполнение станции управления данной величины по номинальным токам защитных аппаратов (катушек максимальных реле, нагревательных элементов тепловых реле, уставок автоматов и т. д.).
На буровых установках применяются станции управления для управления электроприводами лебедки ротора, бурового насоса, вспомогательными механизмами. Схемы этих станций рассмотрены в гл. IX.