Способ самозапуска потерявших питание электродвигателей посредством АПВ при восстановлении напряжения сети получил широкое применение. Объясняется это простотой схем устройств АПВ, относительной стабильностью выдержки времени и доступностью изготовления в условиях ремонтных мастерских ОГЭ промышленного предприятия.
Рис. 2.3. Принципиальная схема релейного блока задержки минимальной защиты контактора.
Начало применения способа относится к вариантам релейного исполнения, которые довольно успешно выполняли поставленные перед ними задачи. Приводим некоторые из них.
В промышленном производственно-техническом объединении Союзхимпромэнерго был создан релейный блок задержки минимальной защиты электродвигателей [б], управляемых контакторами серии КТВ (рис. 2.3).
Блок выполнен с использованием реле постоянного тока серии РЭВ-800 (или РЭ-500), имеющего выдержку времени на отпадание.
Удерживающая обмотка реле (заводская) включается через диод параллельно катушке контактора.
Отключающая обмотка реле, предназначенная для уменьшения выдержки времени при оперативном отключении контактора, наматывается поверх короткозамкнутого витка и включается через диод параллельно кнопке S2.
Замыкающий контакт реле, тлеющий выдержку времени на отпадание, включается параллельно блок — контакту контактора, используемого для самоудержания.
Применение релейного блока не требует прокладки дополнительных проводов между пускателем и кнопочным постом управления, а также дополнительных блок-контактов пускателя. Выход из строя элементов блока не приводит к отключению управляемого электродвигателя.
Наиболее простым техническим решением является использование одного электромагнитного реле с задержкой отпадания якоря (заводского исполнения, например, РЭВ-813) для обеспечения самозапуска электродвигателей. Однако в этом случае требуется использовать кнопочный пост, имеющий фиксированное положение кнопки ”Стоп”, либо заменить кнопочный пост на ключ.
В случае же наличия замыкающего контакта у кнопки ”Стоп” (кроме обычно используемого размыкающего контакта) схема обеспечения самозапуска может быть выполнена с помощью двух электромагнитных реле с задержкой отпадания якоря (рис. 2.4). В этом случае реле РВ2 должно иметь задержку отпадания, превышающую не менее, чем на 0,5 с задержку реле ΡΒΙ с тем, чтобы надежно предотвратить самовключение электродвигателя после кратковременного нажатия кнопки 52.
Рис. 2.4. Принципиальная схема обеспечения самозапуска с использованием двух электромагнитных реле серии РЭВ-800.
Рис. 2.5. Способы управления тиристорными ключами в схемах БАПВ.
Использование в подобных схемах электропневматических реле времени крайне нежелательно из-за значительного разброса их выдержки времени и низкой эксплуатационной надежности.
Однако, несмотря на относительно широкое распространение релейных вариантов схем АПВ, в настоящее время они практически вытеснены бесконтактными устройствами, которые обладают повышенным быстродействием, отсутствием привода, и поэтому более надежны.
Широкая номенклатура полупроводниковых элементов, выпускаемых нашей промышленностью, позволила разработать и внедрить в действующее производство ряд достаточно надежных бесконтактных автоматических устройств (БАПВ), в которых роль коммутирующего ключа выполняет управляющий диод (тиристор).
В схемах БАПВ управление тиристорным ключом осуществляется различными способами, основные из которых представлены на рис.2.5, где:
а) способ удержания тиристорного ключа в открытом состоянии путем непосредственного разряда на его управляющий переход предварительно заряженного конденсатора;
б) питание управляющего перехода тиристорного ключа от индивидуального трансформатора напряжения;
в) управление тиристорным ключом посредством импульсного разряда предварительно заряженного конденсатора на управляющий переход с частотой сети.
Первый способ управления применяют редко из-за значительной величины времязадающей емкости, необходимой для удержания тиристора открытым в течение заданного времени ty, равного времени уставки БАПВ. Емкость времязадающего конденсатора определяется как
' (2.1)
где Rg - динамическое сопротивление управляющего перехода тиристора;
Uсо - начальное напряжение конденсатора;
Uoтп - постоянное отпирающее напряжение управляющего электрода тиристора.
Установка индивидуального трансформатора для питания перехода тиристорного ключа (рис. 2.5, б) в ряде случаев также нецелесообразна. Объясняется это тем, что несмотря на его незначительную мощность, габариты устройства БАПВ существенно возрастают.
Управление переходом тиристора посредством импульсного разряда предварительно заряженного конденсатора с частотой сети (рис. 2.5, в), сочетая положительные качества первых двух способов управления, свободно от их недостатков. Поэтому этот способ управления может быть рекомендован к широкому применению в устройствах БАПВ.
Принцип действия устройства БАПВ на основе предлагаемого способа самозапуска электродвигателей может быть проиллюстрирован следующей структурной схемой (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Структурная схема устройства БАПВ.
Основным элементом устройства является силовой ключ (СК), задача которого - осуществить питание катушки контактора (К).Открытое состояние силового ключа определяется временем разряда запоминающего конденсатора (С), через ключ управления (КУ). Ключ управления, в свою очередь, управляется или по цепи синхронизации (ЦС) при наличии напряжения сети, или по цепи элемента выдержки времени (ЭВВ) в момент бестоковой паузы. Элемент выдержки времени определяет максимально возможное время перерыва питания, до исчезновения которого устройство БАПВ еще работоспособно, т.е. включает в себя временную уставку БАПВ. Запоминающий конденсатор и элемент выдержки времени получают питание по цепи заряда (ЦЗ).
К функциональным схемам устройств БАПВ предъявляются следующие требования:
а) возможность оперативного отключения контактора кнопкой "стоп" без выдержки времени;
б) отключение двигателя: при перегрузках или повреждении обмоток, при срабатываниях технологических блокировок, от ЗМН;
в) стабильность отсчета времени устройства при различной скорости понижения напряжения в питающей сети.
Рассмотрим несколько типичных схем БАПВ, применяемых различными предприятиями.
Рис. 2.7. Принципиальная схема устройства БАПВ, применяемого на Каунаском ЗХВ.
На Каунасском заводе искусственного волокна им. 50-летия Октября [8] разработано довольно простое устройство (рис. 2.7). В исходном положении (напряжение сети подано) МП отключен и контакты KI, К2 разомкнуты, а КЗ замкнут. После подачи на катушку К напряжения, посредством замыкания кнопки S1 ”Пуск”, контакт КЗ размыкается, а К2, замыкаясь, заряжает времязадающий конденсатор О до амплитудного значения напряжения. При кратковременном перерыве питания якорь МП отпадает, контакты K1, К2 размыкаются, а КЗ замыкается, конденсатор С разряжается на управляющий переход тиристора VS1 и удерживает последний в открытом состоянии. Время удержания определяется величинами сопротивления R5 и емкости С. Принудительный разряд конденсатора, исключающий самопроизвольное включение МП при оперативном его отключении кнопкой 52 "Стоп", достигается применением специальных кнопочных постов с двухэлементной самовозвращающей кнопкой "Стоп". Недостатки схемы, сдерживающие ее применение на предприятиях химической промышленности:
а) использование специального кнопочного поста;
б) прокладка дополнительных проводов;
в) использование дополнительных блок-контактов;
г) при выдержке времени 5-10 с с использованием тиристоров TI0-25 требуется емкость конденсатора 200-800 мкФ 800 В;
д) зависимость выдержки времени от характера исчезновения напряжения сети.
Рис. 2.8. Принципиальная схема устройства БАПВ, применяемого "Союзхимпромэнерго".
Более совершенная схема БАПВ [9] создана в объединении "Союзхимпромэнерго" (рис. 2.8). В исходном положении (напряжение сети подано) МП отключен. При включении МП питание катушки К блокируется контактом ΚΙ, а времязадающий конденсатор С заряжается через понижающий трансформатор до напряжения, определяемого дели - телем KI, R3, К4. При кратковременном перерыве питания якорь МП отпадает и времязадающий конденсатор С разряжается на управляющий переход V1 и удерживает его в открытом состоянии. Время удержания определяется цепочкой С, R4, ΚΙ и величиной напряжения на конденсаторе. Принудительный разряд конденсатора, при оперативном отключении МП от кнопки 5 2, осуществляется тиристором У2, который открывается при нажатии кнопки "Стоп" и шунтирует конденсатор С. Устройство БАПВ свободно от ряда недостатков вышерассмотренного варианта, однако использование понижающего трансформатора в схеме, довольно значительная емкость времязадающего конденсатора, зависимость выдержки времени устройства от скорости падения питающего напряжения сдерживает его широкое применение.
Более широкое распространение в Сибирском регионе получило
устройство БАПВ, созданное предприятием "Сибхимпромэнерго" г. Кемерова (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Принципиальная схема устройства БАПВ, применяемого предприятием "Сибхимпромэнерго” г. Кемерово.
Работа устройства основана на принципе импульсного разряда предварительно заряженного конденсатора на управляющий переход тиристора VS1 с частотой сети [10]. В исходном положении (напряжение сети подано) катушка МП обесточена. На точках 1-3 присутствует напряжение синхронизации в положительную полуволну (относительно тиристора ). Транзисторный ключ VT1 открывается и шунтирует времязадающий конденсатор С.
После включения МП от кнопки "Пуск” 5 I снимается напряжение синхронизации, закрывается транзистор VT1 и заряжается времязадающий конденсатор С до напряжения, определяемого делителем R1, R2. При исчезновении напряжения сети МП отключается и конденсатор С начинает разряжаться на резистор R2, а с восстановлением питающего напряжения появляется напряжение синхронизации в точках 1-3 схемы и открывается транзистор VТ1. Конденсатор разряжается на управляющий переход тиристора VS1, который, открываясь, шунтирует точки 1-3, снимая напряжение синхронизации. Транзистор VТ1 закрывается и конденсатор продолжает разряжаться на сопротивление R2. При следующей полуволне процесс повторяется и будет продолжаться до включения МП (2-10 периодов). При включении катушка К блокируется блок — контактами, закрывается транзистор VT1 и заряжается времязадающий конденсатор С. Устройство готово к повторному действию.
Выдержка времени определяется сопротивлением резистора R2, величиной емкости времязадающего конденсатора и величиной сопротивления управляющего перехода тиристора V S1 . При оперативном отключении МП кнопкой "Стоп" S2 на точках 1-3 появляется напряжение синхронизации и открывается транзистор VT1 в каждую положительную полуволну, разряжая времязадающий конденсатор на управляющий переход тиристора VS1. Время разряда зависит от величин емкости и напряжения на времязадающем конденсаторе, сопротивления управляющего перехода тиристора и насыщенного транзистора.
Необходимо отметить, что во всех схемах БАПВ включение МП посредством тиристорного ключа существенно отличается от включения при нормальных условиях.
Завод-изготовитель гарантирует напряжение срабатывания МП в пределах 0,8 UH при синусоидальном напряжении частотой 50 Гц. При включении через тиристорный ключ (однополупериодное выпрямление), естественном угле открывания, напряжение срабатывания МП повышается на 10-12%.
В анализируемом же устройстве за счет наличия транзисторного ключа VT1 в цепи управления тиристора, у которого ограничен ток базы (до 15мА), угол открывания тиристора увеличивается до 45-60°. В результате напряжение срабатывания МП возрастает до номинального, что отрицательно сказывается на надежности всей схемы электроснабжения и на эффективности выполнения возложенных функций самим устройством БАПВ.
