Примеры решения задач Лабораторные работы по оптоэлектронике Лабораторные работы по электротехнике Теоретические основы электротехники


Магнитные пускатели

Магнитные пускатели представляют собой специализированные комплексные электрические аппараты переменного тока, предназначенные для дистанционного управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами.

Основной функциональной частью всех магнитных пускателей является трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока, все контакты которого мостикового типа из серебросодержащего материала.

Как правило, в магнитных пускателях помимо контактора встроены электротепловые реле для защиты электродвигателей от токовой перегрузки и «потери фазы».

Выпускаемые промышленностью магнитные пускатели различаются между собой по назначению ‑ на нереверсивные и реверсивные, по наличию или отсутствию электротепловых реле, кнопок управления, степени защиты от воздействия окружающей среды, уровню коммутируемых токов, напряжению главных цепей.

Основными техническими данными магнитных пускателей являются:

‑ номинальный ток силовых контактов;

‑ предельный отключаемый силовыми контактами ток;

‑ номинальное напряжение коммутируемой силовой цепи;

‑ номинальное напряжение катушки электромагнита;

‑ механическая и коммутационная износостойкость;

‑ допустимое число включений в час;

‑ число вспомогательных контактов и тип их исполнения;

‑ собственное время включения и выключения.

Магнитный пускатель имеет следующие основные узлы:

‑ контактную систему;

‑ дугогасительное устройство;

‑ систему вспомогательных контактов.

Контактная система служит для коммуникации силовых цепей переменного тока, выполняется в трехполюсном исполнении с силовыми контактами на номинальные токи от 3 до 200 А.

Следует отметить, что силовые контакты должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой частоте. Из-за более благоприятных условий гашения электрической дуги зазор между силовыми контактами делается меньше, чем в контакторах постоянного тока. Уменьшение зазора позволяет снизить мощность электромагнита, его габариты и массу.

Для удобства эксплуатации подвижные и неподвижные контакты выполняются легко сменяемыми. Предварительное контактное нажатие на силовые контакты составляет половину его конечного значения. В качестве материала силовых контактов применяется металлокерамика.

Дугогасительное устройство при токах больше 10 А выполняется в виде дугогасительной решетки на каждый разрыв.

Для привода контакторов переменного тока широкое распространение получили прямоходовые системы электромагнитов с Ш и П- бразными шихтованными магнитопроводами. Особенности их работы связаны с питанием катушек переменным током, что приводит к появлению повышенного тока в катушке при срабатывании, в несколько раз превышающего ток при втянутом якоре. По этой причине для аппаратов переменного тока ограничивается число их включений в час (обычно не более 600).

Катушка электромагнита выполняется низкоомной с малым числом витков. Основная часть сопротивления катушки составляет ее индуктивное сопротивление, зависящее от величины зазора. В среднем можно считать, что пусковой ток электромагнита равен десятикратному току притянутого состояния.

При уменьшении зазора тяговая характеристика электромагнита переменного тока поднимается менее круто, чем в электромагните постоянного тока, и благодаря этому, ближе подходит к противодействующей характеристике. В результате напряжение отпускания близко к напряжению срабатывания. Относительно высокий коэффициент возврата Кв = 0,6-0,7 позволяет использовать магнитный пускатель для защиты электродвигателей от снижения сетевого напряжения (нулевая защита по напряжению).

Магнитные пускатели обеспечивают надежную работу в диапазоне колебаний напряжения сети 85-110 % номинального значения.

При выборе типа и габарита магнитного пускателя следует иметь в виду, что номинальный ток силовых контактов пускателя для коммутации асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами выбирается из условия включения шестикратного пускового тока двигателя.

Вспомогательные контакты мостикового типа применяется для коммутации слаботочных цепей управления и приводятся в действие тем же электромагнитом, что и главные контакты. В качестве материала для этих контактов используют серебро или биметалл, основой которого является медь, покрытая тонкой пластиной из серебра. Число вспомогательных контактов может колебаться от двух до четырех и иметь исполнение как замыкающихся, так и размыкающихся. Они должны коммутировать цепи электромагнитов переменного тока, у которых пусковой ток во много раз превышает номинальное значение.

Реверсивные магнитные пускатели имеют два контактора электрическим соединением, обеспечивающим электрическую блокировку через нормально разомкнутые блок – контакты обоих контакторов, что исключает возможность включения одного контактора при включенном другого. Это достигается тем, что при отключении одного из магнитных пускателей его силовые контакты размыкаются раньше, чем замыкаются размыкающие блок контакты.

По заказу реверсивные магнитные пускатели выпускаются также с механической блокировкой, служащей для предотвращения одновременного включения обоих контакторов пускателя при случайной подаче напряжения на обе катушки не включенных контакторов.

Наиболее распространенными типами магнитных пускателей являются: ПМЕ-100; ПМЕ-200 ‑ применяются для электродвигателей небольшой мощности с номинальными токами 3; 10; 25 А при напряжении 380 и 500 В. Напряжение на катушке электромагнита от 24 до 500 В. Магнитная система прямоходовая. Силовые контакты мостикового типа. Число включений в час 1200. Время включения пускателя 10-25 мс.

ПМЛ ‑ выпускают на токи от 10 до 200 А, допустимая частота включений в час для пускателей 1-5 габаритов составляет 3600, а для пускателей 6-7 габаритов ‑ 2400, 1 ‑ 10 А; 2 ‑ 25 А; 3 – 40 А; 4 ‑ 63 А; 5 ‑ 80 А; 6 ‑ 125 А; 7 – 200 А.

ПМС ‑ выпускаются для управления асинхронными двигателями серии 4 А и имеет шесть типоразмеров на токи от 10 до 160 А. В качестве встраиваемых элементов они могут иметь разделительный трансформатор, кнопки управления, амперметр, сигнальную лампу. Механическая износостойкость лежит в пределах 10-16 млн. циклов. Частота включений в час составляет 6000 для пускателей первого габарита и 2400 для пускателей 5 и 6 габаритов, 3000 ‑ для второго габарита. Имеет шесть габаритов: 1 – 10 А; 2 – 25 А; 3 – 40 А;4 – 63 А; 5 – 100 А; 6 – 160 А.

ПАЕ ‑ выпускаются для пуска электродвигателей мощностью от 17 до 75 кВт при напряжении 380 и 500 В, на токи 40; 63; 110;160 А. Магнитопровод имеет поворотную систему.

ПМА ‑ могут быть нереверсивными и реверсивными с электрической или механической блокировками, с кнопками управления и без них. Выпускаются на токи от 25 до 160 А и напряжения 220; 380; 500; 660 В. Катушка электромагнита может питаться как от постоянного тока, так и от переменного тока. Напряжение на катушке при постоянном токе ‑ 24; 48; 110; 220 В, при переменном токе ‑ 24; 42; 36; 110; 127; 220;380; 660 В.

Число включений в час достигает 1200. Коммутационная износостойкость составляет от 0,5 × 106 до 2,5 × 106 циклов в зависимости от условий работы.

В настоящее время ПМЛ и ПМС заменили устаревшие серии ПМЕ-200 и ПАБ в сочетании с трехфазными тепловыми реле РТЛ.

Работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от надежности защиты от перегрузок. В процессе эксплуатации довольно частота обрывается одна из фаз трехфазного питающего напряжения, например из-за перегорания предохранителя. К двигателю при этом подводятся только две фазы и ток в статорной обмотке резко возрастает, что приводит к выходу его из строя из-за нагрева обмотки до высокой температуры. Для защиты от токовых перегрузок широко распространены тепловые реле с биметаллическими элементами.

Следует иметь в виду, что из-за инерционности теплового процесса тепловые реле непригодны для защиты цепей от токов короткого замыкания. Нагревательные элементы в данном случае могут перегореть до срабатывания реле.

Тепловые реле подобного типа строятся на преобразовании тепловых воздействий в механические перемещения и используются для приведения в действие исполнительных элементов за счет линейного удлинения.

Биметаллический элемент состоит из двух пластин с различными коэффициентами линейного расширения КL в месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены за счет проката в горячем состоянии или сваркой. Если такой элемент закрепить неподвижно и нагреть, то произойдет его изгиб в сторону материала с меньшим КL причем значение прогиба и усилия тем больше, чем больше разность .

Широкое распространение в тепловых реле получили такие материалы как инвар (малое значение КL) и хромоникелевая сталь (большое значение КL).

Для получения большего прогиба необходим элемент большой длины и малой толщины. В то же время при необходимости получения большего усилия целесообразно иметь широкий элемент с малой длиной и большой толщиной.

Нагрев биметаллического элемента может производиться за счет тепла, выделяемого током нагрузки в самой пластине или в специальном нагревателе. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, обтекаемыми тем же током нагрузки.

Температура биметаллического элемента зависит от температуры окружающей среды, с ростом которой ток срабатывания реле уменьшается. Номинальная температура окружающей среды обычно принимается 400С.

Протекание тока, превышающего номинальное значение, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому, чем больше ток перегрузки, тем меньше должна быть его длительность.

Основной характеристикой электротеплового реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки t = f ( i ) ‑ времятоковая характеристика. Для оценки эффективности защиты строятся времятоковые характеристики защищаемого объекта и биметаллического элемента теплового реле. При правильном выборе теплового элемента его времятоковая характеристика должна проходить вблизи и ниже характеристики защищаемого аппарата. Тогда при предварительном подогреве номинальным током тепловое реле обеспечивает надежную защиту.

Номинальный ток теплового реле выбирается равным току защищаемого объекта. Время срабатывания составляет при этом 20 минут.

Применение тепловых реле целесообразно при длительности включения электродвигателя, превышающей 30 минут.

времятоковая характеристика теплового реле

1 - времятоковая характеристика защищаемого аппарата;

2 - времятоковая характеристика теплового реле

Выбор предохранителей по условию селективности Между источником энергии и потребителем обычно устанавливается несколько предохранителей, которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно.

Конструкции тепловых реле Современные магнитные пускатели и контакторы комплектуются с однофазными тепловыми реле типа ТРП, имеющим комбинированную систему нагрева, плавную регулировку (ручную) тока срабатывания в пределах 25 % номинального тока уставки. Эта регулировка осуществляется ручкой, меняющей первоначальную деформацию биметаллической пластины. Возврат реле в исходное положение после срабатывания производится кнопкой. Возможно исполнение реле с самовозвратом после остывания биметалла. Высокая температура срабатывания (выше 2000С) уменьшает зависимость работы реле от температуры окружающей среды. Уставка меняется на 5 % при изменении температуры окружающей среды на 100С.

Пускатели полупроводниковые Типы ПБР и ПБН (реверсивный и нереверсивный)


На главную