§ 40. СИСТЕМЫ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
При ручном управлении все операции по управлению электродвигателем выполняет дежурный персонал. Ручное управление требует большей затраты усилий и времени на производство отдельных операций. При нем возрастает вероятность ошибки по вине оператора как следствие недостаточного внимания, переутомления, болезненного состояния и прочих причин.
Ручное управление осуществляется с помощью коммутационной аппаратуры (пакетных выключателей), реостатов и контроллеров.
Непосредственный пуск электродвигателей постоянного тока допускается при их мощности до 1,3 кВт и работе с редкими пусками. Обычно пуск двигателей постоянного тока производится пусковыми реостатами или пусковыми резисторами, вводимыми на время пуска в цепь якоря двигателя и постепенно выводимыми из нее по мере разгона двигателя.
В зависимости от выполняемых функций реостаты делятся на пусковые, регулировочные и пускорегулировочные.
Пусковые реостаты предназначены для ограничения пускового тока и обеспечения плавности пуска. Они вводятся в цепь якоря электродвигателя лишь на период пуска и рассчитаны на кратковременное прохождение тока. Использовать пусковые реостаты в качестве регулировочных недопустимо.
Регулировочные реостаты служат для регулирования скорости вращения электродвигателя изменением величины магнитного потока (тока возбуждения) машины.
Пускорегулировочные реостаты сочетают в одном аппарате функции пускового и регулировочного реостатов.
На речных судах применяют реостаты с металлическими сопротивлениями. Эти реостаты состоят из комплекта элементов сопротивлений, встроенных в металлический корпус, и коммутирующего устройства, смонтированного на изоляционной плите. В коммутирующее устройство входят ряд контактов, контактные полосы и контактная щетка, скользящая по контактам и контактным полосам.
Бывают реостаты защищенного (типа РП) и брызгозащищенного (тип РЗП) исполнения. Они имеют воздушное охлаждение. Сопротивления реостатов изготовляют из нихрома, фехрали, константана и других сплавов высокого удельного сопротивления. Применение сплавов, содержащих цинк, например никелина, реотана и других, не разрешается, так как эти сплавы при температуре около 200°С нестойки в отношении коррозии.
Реостаты различают по величине в зависимости от мощности электромашин, для пуска которых они предназначены.
Пусковые реостаты типов РП и РЗП изготовляют четырех величин: 1 — для электродвигателей мощностью 0,52 — 3,7 кВт, 2 — для электродвигателей мощностью 3,71 — 7 кВт, 3 — для электродвигателей мощностью 5—15 кВт, 4 — для электродвигателей мощностью 13,5—42 кВт.
Реостаты типов РП и РЗП имеют минимальную защиту, осуществляемую контакторами, а реостаты 2—4-й величин снабжены также максимальной защитой в виде реле максимального тока мгновенного действия. Контакторы срабатывают при понижении напряжения на 50% от номинального его значения.
На рис. 64, а приведена принципиальная электрическая схема пускового реостата. При установке контактной щетки реостата в рабочее положение (контакт 5) катушка контактора КЛ получает питание и замыкает свой главный контакт КЛ в цепи якоря машины. Путь тока: Л1 — контакт 3— контактная щетка — контактная полоса 1 — добавочный резистор СД — катушка контактора КЛ — контакт реле максимального тока — кнопка дистанционного отключения «Стоп» — Л2.
Рис. 64. Схемы пускового (а) и пускорегулировочпого (б) реостатов.
При замыкании контакта КЛ под полное напряжение включается обмотка параллельного возбуждения ОПВ двигателя. Одновременно через контактную полосу 1 и все пусковые резисторы СП1 — СП7 получает питание обмотка якоря двигателя (Л1— контакт контактора КЛ—контакторная полоса 1 — ступени СП1— СП7 пускового резистора — катушка реле максимального тока РМ — обмотка якоря двигателя — обмотка последовательного возбуждения ОПСВ —Л2). Двигатель начинает вращаться.
Катушка линейного контактора будет получать — питание по цепи: Л1 — контакт контактора КЛ — резистор СД — катушка контактора КЛ — контакт реле РМ — кнопка дистанционного отключения «Стоп» — Л2. При перемещении контактной щетки по контактам 5—11 постепенно, одна за другой, из цепи якоря двигателя выводятся ступени СП1, СП2, СП3 и т. д. пускового реостата. При выводе из цепи якоря сопротивлений двигатель постепенно увеличивает скорость вращения.
Пуск заканчивается в положении контактной щетки реостата на контакте 11, когда из цепи якоря двигателя будут выведены все ступени пускового реостата, двигатель перейдет на работу по естественной характеристике и разовьет номинальную скорость вращения. По окончании пуска щетка остается на контакте 11. Оставлять ее на каком-либо промежуточном контакте нельзя. В процессе пуска на каждом контакте щетка должна задерживаться 2—3 с, чтобы двигатель успевал развить соответствующую скорость. При остановке двигателя щетка быстро переводится в крайнее левое положение на контакт 1.
Реле максимального тока РМ настраивается на ток, равный 200% номинального. Срабатывая при перегрузках, превышающих ток уставки, реле размыкает цепь питания линейного контактора КЛ, который в свою очередь отключает двигатель от сети.
Резистор СД выполняет функции ограничительного и разрядного сопротивления.
Пускорегулировочный реостат (рис. 64, б) имеет два комплекта сопротивлений: один r1—r4, включаемый в цепь якоря двигателя, и второй r5—r8, вводимый в цепь обмотки возбуждения электродвигателя. Пуск двигателя производится в уже описанной последовательности. Завершается он в положении контактной щетки на контакте 9. При дальнейшем перемещении щетки по контактам 10—14 в цепь возбуждения электродвигателя вводятся регулировочные сопротивления r5—r8. Ток возбуждения и магнитный поток уменьшаются, и скорость вращения двигателя увеличивается.
Реостаты со встроенными сопротивлениями применяют для управления нереверсивными двигателями сравнительно небольшой мощности.
Для двигателей средней и большой мощности реостаты становятся чрезмерно громоздкими, неудобными в эксплуатации и нуждаются в охлаждении. Поэтому в схемах управления двигателями значительной мощности, а также при автоматических и полуавтоматических системах управления применяют комплекты элементов сопротивлений.
Элементы сопротивлений делают проволочными или ленточными из различных сплавов металлов, отличающихся высоким удельным сопротивлением. Их выполняют в виде цилиндрических фарфоровых трубок или металлических каркасов, на которых укрепляется проволока или лента.
Комплекты элементов сопротивлений, соединенных по определенной электрической схеме, устанавливают в специальных металлических ящиках сопротивлений (типов ЯС, СН и др.). Элементы соединяются между собой гибкими соединительными проводниками. Ввод отдельных элементов сопротивлений в цепь и вывод их из цепи при ручном управлении производят контроллерами и другими командоаппаратами.
Контроллер позволяет осуществлять не только пуск электродвигателей с постепенным выводом из цепи якоря пусковых сопротивлений и их остановку, но и реверсирование, регулирование скорости и торможение.
На рис. 65 приведена принципиальная схема контроллерного управления двигателем постоянного тока, позволяющая производить пуск, регулирование скорости, остановку, торможение и реверсирование электродвигателя. При включении установочного автомата АВ замыкаются цепи питания обмотки пар аллельного возбуждения ОПВ электродвигателя и втягивающей катушки линейного контактора КЛ, в результате чего образуются электрические цепи: Л1 — контакт АВ — обмотка параллельного возбуждения ОПВ — контакт АВ—Л2 и Л1 — контакт АВ—контакт реле максимального тока РМ — катушка линейного контактора КЛ — контакты контроллера К1 и К2 (или К3) — контакт конечного выключателя ВКН (или ВКВ) — контакт АВ — Л2.
Линейный контактор замкнет свои главный контакт и блок- контакты. Один блок-контакт шунтирует контакт К1 контроллера, другой, замыкаясь, подготавливает цепь питания катушки электромагнитного тормоза.
Рис. 65. Пуск двигателя постоянного тока при контроллерном управлении
Пуск двигателя производится поворотом рукоятки контроллера в первое фиксированное положение, например Вперед. В положении 1 рукоятки контроллера замыкаются его контакты К4, К6 и К8 и размыкается контакт K1. При этом получит питание катушка электромагнитного тормоза ТМ. Путь тока: Л1 — контакт АВ — катушка реле РМ — главный контакт КЛ — контакт К4 — катушка тормоза ТМ — блок-контакт КЛ — контакт АВ — Л2. Образуется цепь главного тока: Л1 — контакт АВ — реле PM — контакт КЛ — контакт Кб — обмотка якоря электродвигателя Д—контакт К8— пусковой реостат СП (R1, R2, R3)— контактов — Л2.
Двигатель начинает разгон по второй искусственной характеристике. Пусковая диаграмма дана на рис. 66.
В положении 2 рукоятки контроллера дополнительно к его контактам К3, К4, К6, К8 (см. рис. 65) замыкается контакт К9, шунтирующий первую ступень R1 пускового реостата СП. Теперь двигатель продолжает разгон по второй искусственной характеристике.
Рис. 66. Пусковая диаграмма к схеме контроллерного пуска
При переводе рукоятки в положение 3 замыкается контакт К10, шунтирующий вторую ступень R2 пускового реостата СП, и двигатель переводится на третью искусственную характеристику.
В положении 4 рукоятки контроллера замыкается контакт КН и шунтируется последняя ступень R3 пускового реостата. Двигатель переходит на работу по естественной характеристике.
Путь тока: Л1 — контакт АВ — реле РМ — контакт КЛ — контакт К6 — обмотка якоря двигателя — контакты К8 и КН— контакт АВ — Л2. Пуск завершен.
Если сопротивления пускового реостата рассчитаны на полный рабочий ток электродвигателя, то они могут быть использованы для регулирования скорости вращения двигателя. Эти сопротивления вводятся в цепь якоря перемещением рукоятки контроллера в обратном направлении и установкой ее в промежуточных фиксированных положениях. Согласно диаграмме (см. рис. 66) частота вращения двигателя при его номинальной нагрузке составляет при работе на третьей искусственной характеристике 680 об/мин, на второй— 1046 об/мин и на первой — 1280 об/мин.
В схеме имеется минимальная и максимальная защита и нулевая блокировка. Минимальная защита осуществляется линейным контактором КЛ. При резком снижении напряжения (до 60% номинального) якорь линейного контактора отпадает от сердечника и размыкаются его главный контакт и блок-контакты. Двигатель и катушка электромагнитного тормоза отключаются от сети. Двигатель затормаживается и 'быстро останавливается.
При перегрузках, превышающих ток уставки реле максимального тока РМ, реле притягивает свой якорь, что сопровождается размыканием его контакта РМ в цепи втягивающей катушки линейного контактора. Последний лишается питания, размыкает все свои контакты и двигатель останавливается.
В обоих случаях повторный пуск электродвигателя возможен лишь после возвращения рукоятки контроллера в нулевое, положение, в котором замкнется контакт К1 и через него вновь подключится к цепи втягивающая катушка линейного контактора.
