В АСУ ЭП могут использоваться как электромеханические (контактные), как и бесконтактные аппараты.
Аппарат (лат. apparatus - оборудование) - прибор, техническое устройство, приспособление [БСЭ, т.2, с.131].
Электромеханические аппараты - это такие аппараты, которые имеют для соединения электрических цепей подвижные контакты.
Контакт электрической цепи - это часть электроцепи, предназначенная для коммутации и проведения электротока [ГОСТ 14312-79].
Коммутация электрической цепи - процесс замыкания или размыкания электрической цепи[ГОСТ 18311-80].
Бесконтактные аппараты - в этих аппаратах отсутствуют подвижные устройства, а электрическая цепь создается за счет гальванических связей и электронно-ионных проводимостей полупроводниковых и электронных элементов.
В целом аппаратуру, применяемую при создании САУ ЭП можно разделить на три группы:
1) Электроаппараты управления, которые применяются в качестве элементов систем управления;
2) Измерительные преобразователи (датчики), которые служат для подачи в систему управления информации о текущих значениях координат ЭП, а также времени.
3) Аппараты защиты, блокировки и сигнализации - для обеспечения надежной работы ЭП.
6.2.1 ЭЛЕКТРОАППАРАТЫУПРАВЛЕНИЯ
Электроаппараты управления могут быть как электромеханической конструкции, так и бесконтактные
Однако электромеханические аппараты управления получили большее распространение в электроприводе.
Аппараты управления могут быть: аппаратами ручного управления и аппаратами автоматического (дистанционного) управления.
6.2.1.1 АППАРАТЫРУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Приводятся в действие оператором обслуживающим электропривод. Они, в свою очередь, делятся на:
1) Командные маломощные устройства, к которым относятся:
а) кнопки управления, служащие для подачи оператором управляющего воздействия на ЭП, их условное графическое обозначение (УГО) и позиционное обозначение изображается на рис.159;
SB1
- замыкающий контакт кнопки SB1
SB2
- размыкающий контакт кнопки SB2
Рисунок 159
Несколько кнопок смонтированных в одном корпусе образуют кнопочную станцию;
б) ключи управления - это универсальные переключатели, выключатели, тумблеры и т.п. их УГО и позиционное обозначение приведено на рис.160
1 0 2 SM1
SA SQ
SQ
SA
Рисунок 160
На рис.160 на УГО SM1 замкнутый контакт обозначается точкой, среднее положение рукоятки - 0;
2) Командоаппараты (командоконтролеры) - предназначены для коммутации нескольких маломощных (І<16А) электрических цепей, их УГО аналогично УГО универсальных переключателей SM (рис.160), к ним же относятся путевые выключатели - это командоаппараты, кинематически связанные с РМ и срабатывающие в определенных точках пути ее движущихся частей, позиционное обозначение - SQ (см.рис.160).
3) Силовые коммутационные аппараты, к ним относятся:
а) рубильник - простейший силовой(т.е. с контактами допускающими ток более 16А) аппарат, служащий для неавтоматического нечастого замыкания и размыкания электрических цепей;
б) пакетные выключатели - в этих аппаратах контактная система набирается из отдельных пакетов (по числу коммутируемых цепей), УГО такое же как и у ключей управление, а позиционное обозначение отличается тем, что вместо буквы S ставится буква Q, например QА.
6.2.1.2 АППАРАТЫДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ
Коммутация электрических цепей в этих аппаратах осуществляется при подаче на их катушки электрического сигнала (напряжения или тока) и при снятии этого сигнала.
К аппаратам дистанционного управления относятся: реле, контакторы, пускатели.
Реле - это устройства, осуществляющие скачкообразное изменение своих выходных параметров при изменении в определенных пределах входного параметра (сигнала).
В зависимости от того, на какое физическое явление реагирует воспринимающая система, реле подразделяются на: электрические, тепловые, магнитные, оптические, акустические, пневматические и др.
Элетрические реле по конструкции могут быть электромеханическими (при срабатывании перемещаются их механические элементы) и статическими (бесконтактные) - представляют собой частный вид усилителя, на выходе которого происходит скачкообразное изменение напряжения, при достижении входным напряжением порогового значения.
Электромеханические реле бывают электромагнитными, электротепловыми, электродвигательными и др.
Чаще всего в АСУ ЭП применяются электромагнитные реле.
Электромагнитные реле применяются для коммутации электроцепей малой мощности и в качестве промежуточного элемента (промежуточное реле) для усиления и размножения электрического сигнала.
Электромагнитное реле конструктивно состоит из:
1) электромагнитной системы, обеспечивающей включение и отключение реле; эта система может быть поворотной (когда подвижная часть сердечника, называемая якорем поворачивается вокруг оси) или прямоходовой (якорь перемещается поступательно); на неподвижной части сердечника находится обмотка реле, на которую подается входной сигнал;
2) системы контактов, подвижные части которых механически связаны с якорем, контакты по конструкции могут быть рычажного типа (для поворотной электромагнитной системы) и мостикового типа (для прямоходовой электромагнитной системы);
3) корпуса с выходными зажимами (клеммами).
Принцип работы электромагнитного реле заключается в том, что если на обмотку 1 реле (см.рис.161) подать напряжение (ток) превышающее напряжение (ток) срабатывания, то в сердечнике 2 образуется магнитный поток и возникнет электромагнитная сила, которая превысит противодействующую силу возвратной пружины 10 и якорь 3 реле притянется к неподвижной части сердечника и траверса 6, поднявшись, обеспечит замыкание контактов 8 и размыкание контактов 7, сила нажатия в контактах создается пружиной 9. При уменьшении или отключении напряжения (тока) в обмотке реле якорь под действием пружины 10 перейдет в исходное положение и контакты 7 и 8 вернутся в первоначальное (“нормальное”) положение
1 - обмотка 6 - траверса
2 - сердечник 7 - контакт размыкающий
3 - якорь 8 - контакт замыкающий
4 - регулировочный винт 9 - пружина
5 - регулировочная гайка 10 - возвратная пружина
Рисунок 161
Основные характеристики электромагнитных реле[16]
1) ток (напряжение) срабатывания Іср (Uср) - минимальное значение подаваемого в обмотку реле тока (напряжения), при котором происходит срабатывание реле;
2) ток (напряжение) отпускания Іот (Uот) - максимальное значение тока (напряжения) в обмотке реле, при котором происходит отпускание реле;
3) коэффициент возврата - это отношение тока отпускания к току срабатывания;
4) рабочее напряжение (ток) обмотки - значение напряжения (тока) в обмотке, при котором гарантируется работа реле в процессе эксплуатации;
5) время срабатывания - промежуток времени с момента подачи тока в обмотку до первого замыкания замыкающих и размыкания размыкающих контактов при срабатывании реле.
Уставка реле - это величина напряжения (тока), при которой срабатывает реле и на которую оно отрегулировано.
Реле могут быть постоянного и переменного тока. В реле постоянного тока обмотка имеет большее сопротивление чем в реле переменного тока. Из-за остаточного магнетизма в реле постоянного тока между якорем и неподвижным сердечником устанавливается тонкая неферромагнитная пластина для того, чтобы якорь оттягивался возвратной пружиной при отпускании реле. На электрических схемах обмотка реле имеет позиционное обозначение К либо КV, КА.
Контактор - двухпозиционный электроаппарат с самовозвратом предназначенный для частых коммутаций токов не превышающих токи перегрузки и приводимый в действие двигательным приводом (ГОСТ 17703-72).
Принцип действия контактора не отличается от принципа действия электромагнитного реле, по конструкции контактор отличается от электромагнитного реле лишь тем, что в контакторе имеется система главных (силовых) контактов, служащих для коммутации силовых цепей, а также есть вспомогательные контакты, которые служат для переключений в цепях управления, блокировки и сигнализации. Кроме этого в контакторе может быть дугогасительная система, которая обеспечивает гашение электрической дуги, возникающей при размыкании силовых контактов (дуга возникает при токе более 0,5А и напряжении более 15В, при более низких токах и напряжениях возникает лишь искрение).
Контакторы также бывают как постоянного, так и переменного тока. В контакторах переменного тока сердечник шихтованный, а для уменьшения вибрации якоря (из-за пульсирующего тягового усилия) часть сердечника охватывается медным короткозамкнутым витком.
KV1 KM1
KM1.1
KV1.1
KM1.2
KV1.2
KM1.3
Рисунок 162 - УГО и позиционные обозначения реле напряжения КV1 и
контактора КМ1.
Магнитный пускатель - коммутационный электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки и защиты электродвигателей без выведения и введения в его цепь сопротивления резисторов (ГОСТ 17703-72).
Пускатель (STARTER) – комбинация всех коммутационных средств, необходимых для пуска и остановки двигателя в сочетании с надлежащей защитой от перегрузок. [ СТ МЭК 50(441) – 84]
Иначе говоря,в самом простом случае, пускатель – это контактор, сконструированный специально для пуска электродвигателей. Пускатель может включать в себя один или два(реверсивный пускатель) контактора, а также тепловое реле, кнопки и т. п.
6.2.2 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ДАТЧИКИ)
6.2.2.1 ДАТЧИКИ ВРЕМЕНИ
Датчики времени - это реле срабатывающие с выдержкой времени.
Электромагнитные реле времени постоянного тока (реле с магнитным замедлением). В этих реле замедление происходит при отпускании якоря - из-за наличия на магнитнопроводе демпфера (медной или алюминиевой трубки). В трубке наводятся вихревые токи при уменьшении основного магнитного потока до нуля, причем наводимый вихревыми токами магнитный поток подмагничивает основной поток и этим увеличивает время действия тягового усилия. Выпускаются РЭВ 811,..., 818, РЭВ 81.
Механическое (анкерное) реле времени - здесь замедление срабатывания или отпускания реле обеспечивается механическим демпфером - часовым механизмом.
Выпускаются реле типов РВ-245, РВ 237, ЭВ-110; ЭВ-120 и др.
Пневматическое реле времени - обеспечивает задержку времени за счет работы воздушного (пневматического) демпфера, управляемого электромагнитном.
При подаче напряжения на обмотку электромагнита начинается процесс перекачки воздуха из одной камеры в другую через калиброванное дроссельное отверстие в мембране разделяющей эти камеры. Величина этого отверстия, а значит и скорость перекачки воздуха (следовательно и выдержка времени) регулируется иглой. В конце перекачки воздуха происходит переключение установленного в реле микропереключателя.
Серийные реле этого типа - РВП72, с выдержкой времени 0,4-180 секунд.
Электронные реле времени представляют собой различные электронные схемы из полупроводниковых элементов и конденсаторов, иногда очень сложные. Наиболее простая схема электронного реле времени представлена на рис. 163
Рисунок 163 - Электронное реле времени.
В исходном положении контакт К замкнут и на базу VТ1 подается “минус” от источника GB, следовательно VТ1 - открыт и при этом потенциал базы VТ2 будет положителен относительно его эмиттера, а значит VТ2 будет закрыт и через катушку реле КV ток течь не будет. Конденсатор С1 будет заряжен, его “минус” приложен к базе VТ1.
При размыкании К (начало отсчета времени) конденсатор С1 начнет разряжаться через R2 и базо-эммитерный переход VТ1. В конце разряда С1 VТ1 закроется, что приведет к появлению “минуса” на базе VТ2 и он откроется, по обмотке КV потечет ток, реле сработает и его контакты переключатся, т.е. отсчет времени закончится.
Моторные (электромеханические) реле времени - имеют специальный низкоскоростной электродвигатель и редуктор с большим передаточным числом. На выходном валу редуктора устанавливается рычаг (либо ступенчатый диск), начальное положение которого устанавливается по шкале уставок времени реле.
Рычаг управляет работой вспомогательных контактов, которыми включается выходное электромагнитное реле.
В начальный момент времени на ЭД подается напряжение, ротор ЭД начинает вращаться и при этом поворачивается рычаг на валу редуктора. Через заданное время рычаг доходит до вспомогательных контактов и замыкает их, что приводит к выключению выходного электромагнитного реле. Реле одним из своих контактов разрывает цепь питания ЭД, а другими включает коммутируемую электроцепь.
6.2.2.2 ДАТЧИКИ СКОРОСТИ
Датчики скорости реагируют на изменение угловой скорости вала ИО РМ или ЭД и подают соответствующий сигнал в СУ.
Реле контроля скорости (РКС) - часто применяются для управления разгоном и торможением электропривода. РКС работает по принципу асинхронного двигателя, см.рис.164
Рисунок 164 - Реле контроля скорости.
Ротор РКС представляет собой постоянный магнит 1, его вал 2 соединяется с валом механизма, скорость которого контролируется. Ротор помещен в алюминиевый цилиндр 3, имеющий обмотку типа беличьего колеса. Цилиндр 3 может поворачиваться вокруг оси вала на небольшой угол и толкателем 4 переключать либо контакт 5 либо контакт 6.
При вращении вала с магнитом в обмотке индуцируется ЭДС и возникает ток, магнитное поле которого взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита и создается вращающий электромагнитный момент, который поворачивает цилиндр 3, а значит и толкатель 4, в сторону вращения вала. Толкатель упирается в стойку подвижных контактов 5 или 6 (в зависимости от направления вращения). При определенной угловой скорости сила давления повернувшегося толкателя на стойку становится достаточной для переключения контакта. Регулирование скорости, при которой происходит переключение контактов 5 или 6, осуществляется изменением натяжения пружин винтами 7 или 8.
Тахогенератор также может применяться в качестве датчика скорости в схемах непрерывного автоматического управления ЭП, когда от него подается непрерывный сигнал в схему управления. Если тахогенератор используется как реле скорости, то к его выходу подключается реле напряжения, настроенное на срабатывание при определенной угловой скорости вала тахогенератора.
6.2.2.3 ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ
Датчики положения используются для получения сигнала при достижении электроприводом или исполнительным органом РМ определенных положений в пространстве, эти сигналы поступают в цепи управления, защиты, сигнализации. Датчики положения делятся на конечные и путевые выключатели.
Конечные выключатели применяются, в основном, для предотвращения выхода ИО из рабочей зоны. Путевые выключатели были рассмотрены в п. 6.2.1.1.
Датчики положения могут быть с электромеханическими контактами и бесконтактными. УГО и позиционное обозначение датчиков положения показаны на рис. 160.
6.2.3 АППАРАТЫЗАЩИТЫ, БЛОКИРОВКИ И СИГНАЛИЗАЦИИ
Аппараты защиты предназначены для осуществления защиты ЭД, преобразователей и других элементов электропривода от аварийных режимов, т.е. от режима короткого замыкания и от режима перегрузки.
К аппаратам защиты относятся:
- аппараты максимальной токовой защиты;
- аппараты тепловой защиты;
- аппараты комбинированной защиты;
- аппараты нулевой защиты.
6.2.3.1 АППАРАТЫМАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ
(ЗАЩИТЫОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ)
К этим аппаратам относятся плавкие предохранители и реле максимального тока.
Плавкие предохранители (позиционное обозначение - FU) - они состоят из корпуса, плавкой вставки и дугогасительного устройства (обычно песок).
Плавкая вставка характеризуется номинальным током плавкой вставки (Іном вст), т.е. током, который может длительно протекать по ней не разрушая ее.
При превышении номинального тока плавкой вставки на 15-35% вставка должна перегорать тем быстрее, чем больше ток.
Для линий к одиночным ЭД плавкая вставка рассчитывается по формуле:
Іп
Іном вст > ____ (339)
α
гдеІп - пусковой ток ЭД;
α = 2,5, если пуск легкий, т.е. его длительность до 5с;
α = 1,6, если длительность пуска более 5с (тяжелый пуск).
Для линий к группе ЭД:
Іпик
Іном вст > ____ (340)
α
n-1
где Іпик = Іп '+ åІном
Іп ' - максимальный пусковой ток самого мощного ЭД.
Для защиты цепей управления:
Іном вст = 2,5 Іåкат (341)
где Іåкат - суммарный ток катушек одновременно работающих
аппаратов управления.
Для защиты других электрических цепей:
Іном вст > 1,15 Іном (342)
гдеІном - номинальный ток электрической цепи.
Время срабатывания плавкой вставки:
t < α t S2/Iк2 (343)
где S - сечение провода, мм2
Iк - ток короткого замыкания, А
С А2
α t = 140 _____ (для меди)
мм4
С А2
α t = 95 _____ (для алюминия)
мм4