Аппаратура управления приемниками электрической энергии в ПОП

При прохождении  по обмотке реле тока возникает магнитный  поток Ф, замыкающийся через магнитопровод  электромагнита, воздушный зазор  и якорь. При этом создается электромагнитная сила F₃, стремящаяся притянуть якорь реле к электромагниту — обусловить действие реле:

где — магнитная проводимость; / — длина силовой магнитной линии, м; w_p — число витков обмотки, реле.

Выражение является общим для всех конструкций электромагнитных реле. У реле с поворотным якорем магнитное поле в воздушном зазоре практически можно считать равномерным. При этом магнитную проводимость, которую в основном определяют длиной воздушного зазора и площадью его сечения s, с достаточной точностью можно принять равной Так как при движении якоря сокращается зазор, то при этом

Подставляя в  выражение, можно найти

Для действия реле необходимо, чтобы на всем пути перемещения  якоря от начального положения в  конечное положение выполнялось  условие

где F_w — сила трения, Н.

Минимальное значение тока /_р, при котором соблюдается условие, является током действия реле /_др. Отпускание якоря, т. е. возврат реле в начальное состояние, может произойти, если на всем пути от  до сохраняется условие

На рис. 2 изображены совмещенно механические характеристики реле с поворотным якорем с учетом сил трения при действии F_MJl и при отпускании F_M0 и соответственно электромагнитные характеристики F_3Ji и F_3B, построенные для тока действия /_д „ и тока отпускания /_0р — максимального тока в обмотке реле, при котором оно переходит в начальное состояние.

Отношение тока отпускания к току действия характеризуется  коэффициентом отпускания

Исходя из требований чувствительности измерительных органов  желательно иметь k₀ = 1.

Бесконтактные системы управления

Бесконтактная система управления электроприводом, электромеханическая система автоматического управления, которая не содержит замыкающих и размыкающих контактов в электрических цепях, питающих электропривод. В системах управления электроприводом стремятся избежать замыкания и размыкания электрических цепей контактами, т.к. они снижают надёжность и технико-экономические показатели электроприводов. Электрические контакты изнашиваются, подгорают, иногда привариваются, искрят, создают шум и радиопомехи. Основные достоинства бесконтактной системы управления - надёжность, долговечность, снижение пожарной опасности, шумов и радиопомех, повышение быстродействия и снижение затрат труда на      обслуживании электроприводов. 
 
На практике наиболее широко применяют бесконтактные системы управления., использующие бесконтактные электрические аппараты, основными элементами которых служат тиристоры, а также транзисторы и магнитные усилители, работающие в ключевом режиме.

Достоинства и недостатки бесконтактных аппаратов  по сравнению с обычными пускателями  и контакторами

По сравнению  с контактными аппаратами бесконтактные  имеют преимущества:

- не образуется электрическая дуга, оказывающая разрушительное воздействие на детали аппарата; время срабатывания может достигать небольших величин, поэтому они допускают большую частоту срабатываний (сотни тысяч срабатываний в час),

- не изнашиваются  механически, 

В то же время, у  бесконтактных аппаратов есть и  недостатки:

- они не обеспечивают  гальваническую развязку в цепи  и не создают видимого разрыва  в ней, что важно с точки  зрения техники безопасности;

- глубина коммутации  на несколько порядков меньше  контактных аппаратов, 

- габариты, вес  и стоимость на сопоставимые  технические параметры выше.

Бесконтактные аппараты, построенные на полупроводниковых  элементах, весьма чувствительны к  перенапряжениям и сверхтокам. Чем  больше номинальный ток элемента, тем ниже обратное напряжение, которое  способен выдержать этот элемент  в непроводящем состоянии. Для элементов, рассчитанных на токи в сотни ампер, это напряжение измеряется несколькими  сотнями вольт.

Возможности контактных аппаратов в этом отношении неограниченны: воздушный промежуток между контактами протяженностью 1 см способен выдержать  напряжение до 30 000 В. Полупроводниковые  элементы допускают лишь кратковременную  перегрузку током: в течение десятых  долей секунды по ним может  протекать ток порядка десятикратного по отношению к номинальному. Контактные аппараты способны выдерживать стократные перегрузки током в течение указанных  отрезков времени.

Падение напряжения на полупроводниковом элементе в  проводящем состоянии при номинальном  токе примерно в 50 раз больше, чем  в обычных контактах. Это определяет большие тепловые потери в полупроводниковом  элементе в режиме длительного тока и необходимость в специальных  охлаждающих устройствах.

Все это говорит  о том, что вопрос о выборе контактного  или бесконтактного аппарата определяется заданными условиями работы. При  небольших коммутируемых токах  и невысоких напряжениях использование  бесконтактных аппаратов может  оказаться более, целесообразным, чем  контактных.

Бесконтактные аппараты нельзя заменить контактными в условиях большой частоты срабатываний и  большого быстродействия. Безусловно, бесконтактные аппараты даже при больших токах предпочтительны, когда требуется обеспечить усилительный режим управления цепью. Но в настоящее время контактные аппараты имеют оределенные преимущества перед бесконтактными, если при относительно больших токах и напряжениях требуется обеспечивать коммутационный режим, т. е. простое отключение и включение цепей с током при небольшой частоте срабатываний аппарата.

Существенным недостатком  элементов электромагнитной аппаратуры, коммутирующих электрические цепи, является низкая надежность контактов. Коммутация больших значений тока связана  с возникновением электрической  дуги между контактами в момент размыкания, которая вызывает их нагрев, оплавление и, как следствие, выход аппарата из строя.

В установках с  частым включением и отключением  силовых цепей ненадежная работа контактов коммутирующих аппаратов  отрицательно сказывается на работоспособности  и производительности всей установки. Бесконтактные электрические коммутирующие  аппараты лишены указанных недостатков.

Тиристорный однополюсный контактор

Для включения контактора и подачи напряжения на нагрузку должны замкнуться контакты К в цепи управления тиристоров VS1 и VS2. Если в этот момент на зажиме 1 положительный потенциал (положительная полуволна синусоиды  переменного тока), то на управляющий  электрод тиристора VS1 будет подано через резистор R1 и диод VD1 положительное  напряжение. Тиристор VS1 откроется, и  через нагрузку Rн пойдет ток. При  смене полярности напряжения сети откроется  тиристор VS2, таким образом, нагрузка будет подключена к сети переменного  тока. При отключении контактами К  размыкаются цепи управляющих электродов, тиристоры закрываются и нагрузка отключается от сети.

Схема электрическая однополюсного  контактора

Бесконтактные тиристорные пускатели

Для включения, отключения, реверсирования в схемах управления асинхронными электродвигателями разработаны  тиристорные трехполюсные пускатели  серии ПТ. Пускатель трехполюсного  исполнения в схеме имеет шесть  тиристоров VS1, …, VS6, включенных по два  тиристора на каждый полюс. Включение  пускателя осуществляется посредством  кнопок управления SB1 «Пуск» и SB2 «Стоп».

 

                     Бесконтактный трехполюсный пускатель на тиристорах серии ПТ

Схема тиристорного пускателя  предусматривает защиту электродвигателя от перегрузки, для этого в силовую  часть схемы установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, вторичные обмотки  которых включены в блок управления тиристорами.

Кнопки управления

Назначение:  
       Кнопки управления предназначены для оперативного управления магнитными пускателями, контакторами и реле автоматики в электрических цепях переменного тока частотой 50Гц, напряжением до 660В или постоянного тока напряжением до 400В. Кнопки управления бывают одно- и двухпозиционные с замыкающими и размыкающими контактами на напряжение до 500 В.

Описание:  
       Кнопки управления состоят из быстросъемной головки и контактного модуля. Контактная группа черного цвета - замыкающая (1з), коричневого - размыкающая (1р).  
      Для предотвращения попадания жидкости внутрь механизма кнопки управления снабжены резиновыми уплотнительными кольцами.  
       Подключение подводящих проводников производят через винтовые зажимы с тарельчатыми шайбами.

Рис. 4. Двухпозиционная кнопка управления: а – общий вид; б  – конструктивная схема: 1 – корпус; 2 – кнопка; 3 – прокладка; 4 – пружина; 5 – пружина; 6 – подвижный мостиковый контакт; 7 – неподвижный разомкнутый  контакт; 8 – неподвижный замкнутый  контакт.

 

Кнопки управления могут  быть объединены по нескольку штук в кнопочные станции. Обычно в  двухкнопочной станции кнопка «Пуск» имеет нормально открытый контакт, а кнопка «Стоп» – нормально закрытый контакт.

Путевые и конечные выключатели

Путевые и конечные выключатели  представляют собой коммутационные элементы, кинематические связанные  с рабочей машиной и срабатывающие  в зависимости от перемещения  подвижной части рабочей машины. Выключатель, ограничивающий ход рабочего механизма, называют конечным выключателем. Путевые выключатели срабатывают в определенных промежуточных точках на пути перемещения. Особенно широко путевые и конечные выключатели используются в схемах автоматизированного электропривода различных производственных механизмов.

Рис. 5. Контактный путевой (конечный) выключатель:

1 – поворотный рычаг; 2 – крышка; 3 – отверстие для подвода проводов; 4 – корпус; 5 – ролик.

 

 

 

 

 

По характеру перемещения  подвижного штока выключатели подразделяются на нажимные, шток совершает прямолинейное  движение и рычажные, (движение передается через устройство в виде рычага, поворачивающийся на некоторый угол.). Выключатели, у которых срабатывание контактов зависит от скорости движения упора, называют выключателями простого действия. Они не обеспечивают быстрого переключения при малых скоростях, их применяют при скоростях перемещения упора не менее 0,4 м/мин – при меньшей скорости из-за длительного действия дуги происходит быстрый износ контактов. 
 
Выключатели, у которых переключение контактов не зависит от скорости движения упора называют моментными. Здесь контакты связаны с подвижным (измерительным) устройством через систему с двумя фиксированными при помощи пружин положениями.

В промышленности находят  широкое применение выключатели  ВК-200, ВК-300, ВПК-1000, взрывозащищенные ВКМ-ВЗГ.

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Электромеханические аппараты автоматики: Учебник для вузов по спец. «Электрические аппараты»./Б.К. Буль, О.Б. Буль, В.А. Азанов, В.Н. Шоффа. М.: Высшая школа, 1988. 303с.
2. ГОСТ Р 50030.4.1-2002 (МЭК 60947-4-1-2000) Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 4-1. Контакторы и пускатели. Электромеханические контакторы и пускатели
3. ГОСТ 2491—82 «Пускатели электромагнитные низковольтные. Общие технические условия»
4. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. — М.: Энергоатомиздат, 1987.
5. Кирпичников В.П., Ботов М.И. Тепловое оборудование предприятий общественного питания: Справочник для учащихся образовательных учреждений нач. проф. образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 352 с.
6. Электротепловое оборудование предприятий индустрии питания : учеб. пособие / Д. М. Давыдов, М. И. Ботов, В. П. Кирпичников, Рос. экон. ун-т им. Г. В. Плеханова. – М. : Изд-во РЭУ им. Г. В. Плеханова, 2012. – 143 с.