книги / Электрические аппараты

двигателя (трансформатора) и питающей сети. С другой стороны, значение этого сопротивления должно обеспечить пуск двигателя за требуемое время. Подробнее этот вопрос рассмотрен в [7.1].

После расчета сопротивления производятся расчет и вы­ бор резистора по нагреву. Температура резистора в любых режимах не должна превышать допустимую для данной конструкции.

В процессе пуска двигателя ток в резисторе меняется во времени. Если длительность обтекания резистора током ма­ ла по сравнению с его постоянной времени Т, то расчет можно вести по эквивалентному току / эк,т, тепловой эффект которого за время работы такой же, как и реального тока (эквивалентный ток по теплу) :

где tp — время прохождения пускового тока по резистору. В этом случае теплоотдачей резистора можно прене­ бречь. Температура его нагрева от реального тока и тока

/эк,т будет одинакова.

Для определения тока / эк,т можно воспользоваться ре­ альной кривой тока, построить зависимость P (t) и провести графическое интегрирование. Достаточно точный для прак­ тики результат можно получить, заменяя кривые спада пус­ кового тока отрезками прямых [7.1].

Наряду с эквивалентным током по теплу / эк,т существу­ ет эквивалентный ток по нагреву / эк,н — ток, который, про­ ходя по сопротивлению, нагревает его до той же темпера­ туры, что и реальный ток. При сделанном допущении tp-kiT эквивалентный ток по теплу равен эквивалентному току по нагреву:

^эк.т ^эк,н'

Нагрев резистора происходит без отдачи тепла в окру­ жающую среду.

По значениям / эк,т и / эк,н можно выбрать резистор не­ обходимого типа, если в справочнике приведен ток кратко­ временного режима для заданного времени tp.

Обычно в справочниках задан длительный допустимый ток нагруз­ ки. В этом случае необходимо перейти к эквивалентному длительному току, который нагревает резистор до той же температуры, что и пуско-

Ку2	Рис. 7.18. Схема пуска				двигателя
	постоянного тока с параллельным
	возбуждением:
	<7—схема включения;			б—изменение
	токов в якоре i\ и h и вращающего
	момента М в функции времени
	вой. Ниже	приводится			повероч­
	ный расчет	резистора,			предназна­
	ченного для пуска двигателя по­
	стоянного	тока с		параллельным
	возбуждением		[7.1]. Пуск произ­
	водится раз в смену. Номинальный
	ток двигателя 120 А. Принципи­
	альная схема пуска двигателя при­
	ведена на рис. 7.18, а. После вклю­
	чения контактора К по цепи течет
	пусковой ток, определяемый урав­
	нением
		U —е
	1~		ж	’
	где U—напряжение				сети; е —
	противо-ЭДС		двигателя, пропор­
циональная частоте вращения	якоря; Si?—суммарное			сопротивление

цепи якоря, состоящее из сопротивления обмотки якоря i?, и сопротив­ лений пусковых резисторов R1 и R2. Изменение пускового тока пока­ зано на рис. 7.18,6. Здесь — момент включения контактора К,г, t2_момент включения контактора К>2. Момент М развиваемый двигателем, пропорционален току якоря L Момент Mt соответствует то­ ку /[—2/пом момент М-2 — току i'2=0,8 /ном. Через резистор R1 ток про­ текает в течение времени i\= 1,35 с, через резистор R2 — в течение

= 1,35+0,54= 1,9 с. Времена ii и t2 определяются при расчете динами­ ки двигателя {7.1].

Выбран резистор на длительный ток 33 А с постоянной времени Т = 2 5 0 с. Поскольку t\ и t2 значительно меньше Т,

то эквивалентный ток по теплу / эк,т		равен эквивалентному
току по нагреву /„к,н. Согласно	[7.1]	для	первой ступени
П + П + 1 ^ %
*РХ- V	= h		— 7эк,н!

/ ,= 2 / „ ом= 2 4 0 А; / 2= 0 ,8 /Ном=96 А; / Р1 = 173,5 А.

Так как пусковой резистор должен допускать трехкрат­ ный пуск, то для резистора R1.

tpi = З/i = 3 • 1,35 = 4,05 с.

Воспользовавшись для кратковременного режима кри­ вой на рис. 2.13 для #pi/T = 4,05/250=0,015, находим экви­ валентный длительный ток / эк,дл резистора R1:

/ч Д1 = 0,13/р1 = 22,6 А.

Для резистора R2

^Р2 ~ 3^2 — 3* 1,9 = 5,7 с.

Согласно [7.1] эквивалентный ток для резистора R2

	1Р2	1 f	{!\ + /| + h ^а) (i +	+ ^2 + h 1%)
		V	3 (1, + (2)
			/ î + / i +	/ i / 2

Y	'pi-

Таким образом, эквивалентный ток резисторов R2 и R1 одинаков. Учитывая длительность обтекания током резис­ тора R2 (^>2= 5,7 с) с помощью кривой рис. 2.13, находим

эквивалентный		длительный ток /экдл = 26 А			для	tn jT —
= 0,023. Так как длительный			ток резистора		33 А, то резис­
тор проходит по нагреву
При	расчете	для самого	общего	случая — перемежаю­
щегося	режима	(§ 2 5), если	время	цикла /pi+^рг		мало по

сравнению с постоянной времени Т, (7 1) можно упростить:

	Лч.в = /эк.т = 1 /		Г pi	.	(7.2)
		^pi
Выражение (7.2) не требует знания постоянной време­
ни Г, оно проще (7.1) и может быть рекомендовано					для
предварительных расчетов.
Для	повторно-кратковременного		режима	работы	/р1==
= /p =	const; / Р2 = 0. В этом	случае согласно		§ 2.5 для лю­
бого значения tv/T имеем
		—t„i т
		—е	р		(7 3)
	l Y	е- t р/т пв
Если ^р/Г«с1, то формула (7.3) может быть упрощена|
	/эк.н =	/ 9V ПВ.			(7.4)

Эквиваленшый по теплу ток /р,ц за время цикла

можно найти из равенства

P t = Р- ft + t V

/р.ц = /р т	/	= /р К П в:	(7.5)
г	‘р Н“ fn

Из (7.4) и (7.5) следует

/эК.Н — /р.ц.

Таким образом, при сделанных допущениях эквивалент­ ный по нагреву длительный ток равен току, эквивалентно­ му по теплу за время одного цикла.

Тепловой расчет резисторов весьма сложен. Для типо­ вых схем пусковые резисторы выбираются по справочным таблицам, в которых сопротивления и токи даны в зависи­ мости от параметров двигателя.

При компоновке реостата отдельные резисторы и ящики резисторов должны возможно полнее использоваться по нагреву, что позволяет уменьшить габариты аппарата. Для полного использования последовательно включенных резис­ торов все они должны быть рассчитаны на один и тот же

длительный ток.
В	пусковых реостатах крупных двигателей резисторы
часто включаются параллельно. В этом случае падения на­
пряжения на всех резисторах одинаковы и для их полного
использования по нагреву произведение длительно		допус­
тимого тока на сопротивление для всех резисторов должно
быть одинаковым.
Если один из резисторов, например Ra, имеет меньшее
значение iaRa, чем у остальных резисторов, то при		номи­
нальной нагрузке этого резистора все остальные резисторы
будут недогружены по мощности.
7.5. РЕОСТАТЫ
а)	Классификация реостатов и требования к ним. В со­
ответствии с назначением резисторов (§ 7.4) реостаты де­
лятся	на пусковые, пускорегулирующие, регулировочные,
нагрузочные и возбуждения.

Пусковые реостаты и пусковая часть пускорегулирующе­ го реостата для уменьшения габаритов должны иметь боль­ шую постоянную времени. Эти реостаты предназначены для работы в кратковременном режиме, и требования по­ вышенной стабильности сопротивления к ним не предъявля­ ются. Согласно существующим нормам пусковой реостат нагревается до предельной температуры после трех пусков

с интервалами между пусками, равными двойному времени пуска.

Ко всем остальным реостатам предъявляются требова­ ния стабильности сопротивления и они рассчитаны на ра­ боту в длительном режиме. В электроприводе наиболее распространены реостаты с переключаемыми металличе­ скими резисторами. Для переключения используются пло­ ские, барабанные и кулачковые контроллеры (при боль­ ших мощностях).

По виду теплоотвода реостаты могут быть с естествен­ ным воздушным или масляным охлаждением, с принуди­ тельным воздушным, масляным или водяным охлаждением.

б) Конструкция реостатов с естественным воздушным охлаждением. В этих реостатах переключающее устройство и резисторы располага­ ются так, чтобы конвективные потоки воздуха, перемещаясь снизу вверх, охлаждали резисторы. Кожухи, закрывающие реостат, не должны пре­ пятствовать циркуляции охлаждающего воздуха. Максимальная темпе­ ратура кожуха не должна превышать 160°С. Температура контактов переключающего устройства должна быть не выше 110°С.

В таких реостатах применяются резисторы всех типов. При неболь­ шой мощности резисторы и контроллер компонуются в один аппарат. При больших мощностях контроллер является самостоятельным аппа­ ратом.

Для пуска двигателей постоянного тока с шунтовым и компаундным возбуждением при мощности до 42 кВт применяются реостаты серий РПиРЗП. Эти реостаты помимо резисторов и контроллера содержат включающий контактор, используемый для защиты от понижения на­ пряжения, и максимальное реле для защиты от перегрузок по току. Ре­ зисторы выполняются на фарфоровых каркасах или в виде рамочных элементов. Переключающее устройство выполнено в виде плоского конт­ роллера с самоустанавливающимся мостиковым контактом. Контроллер, малогабаритный контактор КМ и максимальное реле мгновенного дей­ ствия К.4 установлены на общей панели. Узлы реостата смонтированы на стальном основании. Кожух защищает реостат от попадания капель воды, но не препятствует свободному протоку воздуха.

Электрическая схема включения одного из таких типов реостата показана на рис. 7.19. При пуске двигателя шунтовая обмотка возбуж­ дения Ш1, Ш2 присоединяется к сети, а в цепь якоря вводится пуско­ вой резистор, сопротивление которого с помощью контроллера умень­ шается по мере увеличения частоты вращения двигателя. Подвижный мостиковый контакт 16 замыкает неподвижные контакты 0—13 с токо­ съемными шинами 14, 15, соединенными с цепями обмоток двигателя.

В положении 0 контакта 16 обмотка контактора КМ закорочена,

Рис. 7,19. Схема включе­ ния пускового реостата

контактор отключен и напряжение с двигателя снято. В положении 3 на обмотку КМ подает­ ся напряжение источни­ ка питания, контактор срабатывает и замыкает свои контакты. При этом на обмотку возбуждения подается полное напря­ жение, а в цепь якоря включены все пусковые резисторы реостата. В положении 13 пусковое сопротивление полнос­ тью выведено. В поло­ жении 5 подвижного кон­ такта 16 питание обмот­

ки контактора КМ происходит через резистор /?лог>и замкнутый кон­ такт КМ. При этом уменьшается мощность, потребляемая КМ, и повы­ шается напряжение отпускания. В случае снижения напряжения на 20—25 % ниже номинального контактор КМ отпадает и отключает дви­ гатель от сети, осуществляя защиту от недопустимого падения напря­ жения на двигателе.

В случае токовой перегрузки двигателя (1,5-1-3) /ном срабатывает максимальное реле КА, которое разрывает цепь обмотки КМ. При этом контактор КМ отключается и обесточивает двигатель. После отключе­ ния двигателя контакты КА снова замкнутся, однако контактор КМ не включится, так как после отключения КМ цепь его обмотки оста­ лась разомкнутой. Для повторного пуска необходимо установить кон­ такт 16 контроллера в положение 0 или хотя бы во второе положе­ ние.

Для отключения двигателя контакт 16 устанавливается в 0.

При снижении напряжения сети до напряжения отпускания кон­ тактора его якорь отпадает и происходит отключение двигателя от се­ ти. Таким образом, осуществляется минимальная защита двигателя. Контакты /, 2, 4, 5 не используются, что предохраняет контроллер от возникновения между контактами электрической дуги с большим током. Описанная схема обеспечивает дистанционное отключение двигателя с помощью кнопки «Стоп» с размыкающим контактом.

Для выбора пускового реостата необходимо знать мощность дви­

гателя, условия пуска и характер изменения нагрузки при пуске, а так­ же напряжение питания двигателя.

в) Масляные реостаты. В таких реостатах металлические элементы резисторов и контроллер располагаются в трансформаторном масле, ко­ торое обладает значительно большей теплопроводностью и теплоем­ костью, чем воздух. Благодаря этому масло более эффективно отводит тепло от нагретых металлических деталей. За счет большого количества масла, участвующего в нагреве, постоянная времени нагрева реостата резко возрастает, что позволяет создать пусковые реостаты малых габа­ ритов на большую мощность нагрузки

Для предотвращения местных перегревов в резисторах и улучше­ ния их теплового контакта с маслом в реостатах применяются резисторы в виде свободной спирали, проволочные и ленточные поля, зигзагооб­ разные из электротехнической стали и чугуна.

При температурах ниже О°С охлаждающая способность масла из-за повышения его вязкости резко ухудшается. Поэтому масляные реостаты не применяются при отрицательных температурах окружающей среды.

Поверхность охлаждения масляного реостата определяется в основ­ ном цилиндрической поверхностью кожуха. Эта поверхность меньше поверхности охлаждения проволоки резисторов, поэтому применение масляных реостатов в длительном режиме нецелесообразно. Малая до­ пустимая температура нагрева масла также ограничивает мощность, которую может рассеять реостат.

После трехкратного пуска двигателя пусковой реостат должен ох­ ладиться до температуры окружающей среды. Так как этот процесс длится около 1 ч, масляные пусковые реостаты используются для ред­ ких пусков.

Наличие масла резко уменьшает коэффициент трения между кон­ тактами переключающего контроллера. При этом уменьшаются износ контактов и необходимый момент на рукоятке управления.

Малые силы трения позволяют увеличить контактное нажатие и в 3—4 раза увеличить токовую нагрузку контактов. Это дает воз­ можность резко снизить габариты переключающего устройства и всего реостата в целом. Кроме того, наличие масла улучшает условия гаше­ ния дуги между контактами переключающего устройства. Однако мас­ ло играет и отрицательную роль в работе контактов. Продукты разло­ жения масла, оседая на поверхности контактов, увеличивают переходное сопротивление и, следовательно, температуру самих контактов. В ре­ зультате процесс разложения масла будет идти более интенсивно. Кон­ такты рассчитываются так, чтобы температура их не превышала 125°С. Продукты разложения масла осаждаются и на поверхности резисторов, ухудшая тепловой контакт проводников с маслом. Поэтому максимально допустимая температура трансформаторного масла не превышает 115°С.

Масляные реостаты широко применяются для пуска трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором. При мощностях двигателей до 50 кВт используются плоские контроллеры с круговым движением подвижного контакта (рис. 7.19). При больших мощностях применяется барабанный контроллер.

Реостаты могут иметь блок-контакты для сигнализации о состоя­ нии аппарата и блокировки с контактором в цепи обмотки статора дви­ гателя. Если максимальное сопротивление реостата еще не включено, обмотка включающего контактора разомкнута и напряжение на обмот­ ку статора не поступает.

Вконце пуска двигателя реостат должен быть полностью выведен,

аротор закорочен, так как элементы рассчитаны на кратковременный режим работы. Чем больше мощность двигателя, тем дольше время его разгона и тем большее число ступеней должен иметь реостат.

Для выбора реостата необходимо знать номинальную мощность двигателя Ряом напряжение Uv на заторможенном роторе при номи­ нальном напряжении на статоре, номинальный ток ротора /ном.р и уро­ вень нагрузки двигателя при пуске. По этим параметрам можно выбрать

реостат с помощью справочников [7.1].

Недостатками масляного реостата являются малая допустимая частота пусков из-за медленного охлаждения масла, загрязнение поме­ щения брызгами и парами масла, возможность воспламенения масла.

Глава в о сьм ая КОНТАКТОРЫ И МАГНИТНЫЕ ПУСКАТЕЛИ

8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Контактор представляет собой электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего под воздействием электромаг­ нитного привода.

Контакторы постоянного тока предназначены для ком­ мутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.

Контакторы переменного тока предназначены для ком­ мутации цепей переменного тока. Электромагниты этих кон­ такторов могут быть как переменного, так и постоянного тока.

В настоящее время частота коммутаций в схемах элек­ тропривода достигает 3600 в час. Этот режим работы яв­

ляется наиболее тяжелым. При каждом включении и от­ ключении происходит износ контактов (§ 3.2). Поэтому принимаются меры к сокращению длительности горения ду­ ги при отключении и к устранению вибраций контактов.

Общие технические требования к контакторам и усло­ вия их работы регламентированы ГОСТ 11206—77. Ниже описываются категории применения современных контак­ торов и приводятся параметры коммутируемых ими цепей в зависимости от характера нагрузки.

а) Контакторы переменного тока (табл. 8.1) АС-1 — активная или малоиндуктивная нагрузка.

АС-2 — пуск электродвигателей с фазным ротором, тор­ можение противовключением.

АС-3 — пуск электродвигателей с короткозамкнутым рото­ ром. Отключение вращающихся двигателей при номинальной нагрузке.

АС-4 — пуск электродвигателей с короткозамкнутым рото­ ром. Отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей. Торможение противовключением.

б) Контакторы постоянного тока (табл. 8.2) ДС-1 — активная или малоиндуктивная нагрузка.

ДС-2 — пуск электродвигателей постоянного тока с парал­ лельным возбуждением и их отключение при но­ минальной частоте вращения.

ДС-3 — пуск электродвигателей с параллельным возбуж­ дением и их отключение при неподвижном состо­ янии или медленном вращении ротора.

ДС-4 — пуск электродвигателей с последовательным воз­ буждением и их отключение при номинальной час­ тоте вращения.

ДС-5 — пуск электродвигателей с последовательным воз­ буждением, отключение неподвижных или мед­ ленно вращающихся двигателей, торможение про­ тивотоком.

Для контакторов существует еще режим редких комму­ таций, характеризуемый более тяжелыми условиями, чем при нормальных коммутациях [ток включения достигает 10/ном]. Такие режимы возникают довольно редко (на­ пример при К З). Основными техническими данными кон­ такторов являются номинальный ток главных контак­ тов, предельный отключаемый ток, номинальное напря­ жение коммутируемой цепи, механическая и коммутацион­ ная износостойкость, допустимое число включений в час,

		Режим нормальных коммутаций
Кат» гория	Включение			Отключение
при лене»	Коммутируе­	Напряже­		Коммутируе­	Напряжение,
нчя			COS ф			COSф
	мый ток, А	ние В		мый ток, А	В
АС-1	/ном,р	^ном,р	0,95	/ном.р	//ном.р	0,95
АС-2	2>5 /ном.р	б'ном.р	0,65	2,5 /ном р	//ном.р	0,65
ЛС-3	6 /ном.р	б^НОМ.Р	0,35	/ном.р	0,17 17-ном р	0,35
АС-4	6 /ном.р	^НОМ.р	0,35	0 1ном.р	//ном р	0,35

Т аблица 8.2. Контакторы постоянного тока
Кs		Режим нормальных коммутаций
	Вкдючснис				Отключение
SJ
е |	Коммутируе-	Напряже-	Постоян-	Коммутируе-	Напряжение,	Постоян-
012
Sa	мый гок А	ние В	мени мс	мый ток, А	В	мени мс
ДС-1	/ НОМ.Р	//цом.р	1	/ном.р	//ном р	1
ДС-2	/ном.р	//ном.р	2	2.5 / ном.р	^Л //ном,л	7,5
ДС-3	2.5 /ном.р	//ном.р	2	/НОМ.Р	b пом Г)	2
ДС-4	2.5 /ном.р	ивон,р	7,5	/ном.р	I р	10
ДС-5	2.5 /цом.р	//ном.р	7,5	2,5/ном р	//ном.р	7,5

собственное время включения и отключения. Способность контактора, как и любого коммутационного аппарата, обе­ спечить работу при большом числе операций характеризу­ ется износостойкостью. Различают механическую и комму­ тационную износостойкость. Механическая износостойкость определяется числом циклов включение-отключение кон­ тактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. Механическая износостойкость

современных контакторов составляет	(10-f-20)• 106	опера­
ций.
Коммутационная износостойкость	определяется	таким

числом включений и отключений цепи с током, после кото­ рого требуется замена контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка (2-î-3)-!06 операций (некоторые выпускаемые в настоящее время контакторы имеют коммутационную износостойкость 106 операций и менее).

Собственное время включения состоит из времени нара-