С.Д. Баранов Изучение пускателей

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий

ИЗУЧЕНИЕ ПУСКАТЕЛЕЙ

Методические указания к лабораторной работе по курсу "Электроснабжение" для студентов по направлению "Электроэнергетика" 551700

Составитель С.Д.Баранов Утверждены на заседании кафедры Протокол ¹ от

Рекомендованы к печати методической комиссией по направлению 551700 Протокол ¹ от

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 1998

1

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с конструкцией, типами и схемами магнитных пускателей.

II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Такое название получили трехполюсные контакторы переменного тока с пристроенными в фазах тепловыми реле для защиты электродвигателей от перегрузки недопустимой продолжительности. В магнитных пускателях предусмотрена так же нулевая защита, предотвращающая самопроизвольное включение пускателя при восстановлении исчезнувшего напряжения. Магнитные пускатели предназначены для работы в категории применения АС3.

2.1. Серия ПМЛ

Пускатели (рис.1) предназначены для управления асинхронными электродвигателями в повторно-кратковременном режиме и рассчитаны на номинальные токи 10, 25, 40 и 60 А (с управлением на постоянном токе). Механическая износостойкость не менее 16 миллионов срабатываний. Коммутационная износостойкость в категории применения АС3 - 3 миллиона циклов на номинальный ток 10 А и 2 миллиона циклов на токи 25, 40 и 60 А.

Условное обозначение

ПМЛ Х Х Х Х Х

Серия Величина пускателя 3, 4, 5, 6

Исполнение пускателя по роду защиты от окружающей среды 1 - открытое

2 - защищенное

3 - полузащищенное

5 - защищенное увеличенного исполнения

6 - полузащищеннон увеличенного исполнения Исполнение по назначению пускателя по наличию тепло вого реле и кнопок 1 - без теплового реле, нереверсивное

2 - с тепловым реле, нереверсивное

3 - без теплового реле, реверсивное

4 - с тепловым реле, реверсивное 5 - без тепловых реле, нереверсивные, с кнопками

6 - с тепловыми реле, нереверсивные, с кнопками Климатическое исполнение (У, ХЛ, Т)

Категория размещения (2,3,4)

2

Рис.1. Магнитный пускатель серии ПМЛ

Этот магнитный пускатель имеет мостиковую контактную систему (позиции 3, 9, 12) с металлокерамическими контактами 4, расположенными в дугогасительном устройстве 1. Контактное нажатие создается пружиной 14, упирающейся в траверсу 2. На контакт воздействует электромагнит 10 с Ш - образной магнитным сердечником и короткозамкнутым витком 13, расположенном на неподвижной части магнитопровода 6.

Возвратная пружина 7 расположена внутри электромагнита. На его среднем стержне размещена катушка 8. В системе вспомогательных контактов можно установить до четырех дополнительных контактов 5. Детали пускателя прикреплены на основании 11. В корпусе пускателя устанавливается тепловое трехфазное реле типа РТЛ, позволяющее регулировать ток срабатывания.

Кроме пускателей серии ПМЛ наиболее распространенными сериями пускателей с контактной системой и электромагнитным приводом являются серии: ПМЕ, ПМА, ПА, ПВН.

2.2. Серия ПМЕ

Это магнитные пускатели с прямоходовой магнитной системой и управлением на переменном токе, выпускаются на напряжение от 36 до 500В. Предназначены они для управления двигателями с короткозамкнутым ротором. Пускатели ПМЕ выпускаются 0, 1и 2 величины.

Износостойкость и частота включений для ПМЕ-200 соответствует:

Магнитные пускатели серии ПМЕ рассчитаны на номинальные токи при напряжении сети 380 В 3, 10 и 25 А. Предельный включаемый и отключаемый ток, при напряжении 380 В и cos ϕ = 0,4 соответствует 30, 100 и 280А.

3

2.3. Серия ПАЕ

Пускатели серии ПАЕ управляются на переменном токе. Магнитная система рычажно-поворотного типа, кроме того пускатели 3-й и 4-й величины имеют Ш - образную магнитную систему, а 5-й и 6-й П - образную. Магнитные пускатели серии ПАЕ выпускаются на номинальный токи, при напряжении 380 В, 40, 63, 110 и 146 А. Пускатели ПАЕ-313, 314, 411, 412 применяются преимущественно в станкостроении.

В пускателях ПАЕ-300 для тепловой защиты применяются тепловые реле ТРН-40, в пускателях ПАЕ-400, 500, 600 - реле ТРП.

2.4. Серия ПМА

Пускатели предназначены для управления асинхронными двигателями мощностью от 1,1 до 75 кВт. Износостойкость пускателей серии ПМА: механическая для пускателей рассчитанных на ток до 63 А составляет 16 106, выше 63 А - 107; коммутационная - соответственно 3 106 и 2,5 106. Пускатели серии ПМА выпускаются на следующие номинальные токи при напряжении 500 В, 4, 10, 25, 40, 63, 100 и 160 А.

Магнитная система П - образного типа к которой при включении притягивается рычаг. В этом контакторе движение происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях, как показано на рис. 2.

Рис.2. Магнитная система пускателя серии ПМА

При подаче напряжения на катушку 1 П - образного электромагнита 2, к нему притягивается Г - образный якорь 3. Г - образный якорь 3 в шарнире 6 соединен с траверсой 7, на которой расположены подвижные контакты 4 контактора. Траверса 7 опускается и замыкает между собой неподвижные контакты 5 и подвижные контакты 4.

2.5. Серия ПА

Магнитные пускатели серии ПА общепромышленного назначения. Номинальное напряжение пускателей этой серии до 380 В при переменном токе и частоте 50 Гц. Пускатели предназначены в основном для дистанционного управле-

4

ния электродвигателями с короткозамкнутым ротором мощностью от 17 до 75 кВт.

Магнитные пускатели серии ПА выпускаются 3-й, 4-й, 5-й и 6-й величины и рассчитаны на номинальные токи 40, 63, 110 и 146 А.

Магнитная система пускателей этой серии рычажно-поворотного типа. Рабочее положение пускателя вертикальное с углом отклонения в любую сторону не более 50.

Пускатели допускают работу в повторно-кратковременном режиме частотой до 600 коммутаций в час, при ПВ=40%.

2.6. Схемы включения магнитных реверсивных и нереверсивных пускате-

лей.

Рис.3. Электрическая схема включения нереверсивного пускателя

В схеме пускателя (рис. 3.) в двух фазах двигателя М включены нагревательные элементы тепловых реле КК1, КК2. Тепловые реле защищают двигатель от перегрузки, предохранители FU1-FU3 защищают питающую сеть от токов короткого замыкания.

Главные контакты пускателя подключены последовательно с предохранителями, катушка КМ1 контактора подключена к сети через контакты теплового реле КК1 и КК2, кнопки "Пуск" SB1 и "Стоп" SB2. Параллельно кнопке SB1 включен блокирующий контакт контактора КМ1.1, что является защитой пускателя от самовключения при кратковременной потери напряжения в сети.

При нажатии на кнопку SB1 цепь катушки КМ1 замыкается через кнопку "Стоп" SB2, при этом замыкаются контакты контактора КМ1 и связанного с ними механической связью контакты блокирующего контакта КМ1.1. После размыкания кнопки "Пуск" SB1 цепь катушки остается замкнутой через контакт КМ1.1 и кнопку SB2. Для отключения нагрузки необходимо нажать на кнопку SB2, контакты контактора КМ1 разомкнутся, а с ними и контакты блокирующего контакта

5

КМ1.1, что приведет к невозможности включить контактор после отпускания кнопки "Стоп" SB2.

Высокий коэффициент возврата электромагнитов контакторов переменного тока позволяет защищать двигатель от понижения напряжения сети. Размыкание электромагнита происходит при U=0,6 0,7 Uном.

На рис 4. Показана схема реверсивного пускателя, с электрической блокировкой через кнопку управления. Реверсивный пускатель выполняет те же защитные функции, что и нереверсивный, а также механическую блокировку, обеспечивающую невозможность включения одновременно двух контакторов.

Рис. 4. Схема включения реверсивного пускателя с электрической блокировкой через кнопку управления.

При нажатии кнопки "Вперед" SB1 цепь контактора замыкаются через кнопку "Назад" SB2. Основные контакты контактора КМ1 замыкаются, а так же замыкается механически связанный с основными контактами КМ1 блокировочный контакт КМ1.1, и цепь замыкается через кнопку "Стоп" SB3, замкнутый контакт кнопки "Назад" SB2 и блокировочный контакт КМ1.1.

При необходимости задать двигателю вращение в другую сторону, необходимо нажать кнопку "назад". При этом размыкается цепь контактора КМ1, через кнопку "назад" SB2 и этой же кнопкой замыкающими контактами замыкается цепь питания контактора КМ2, через кнопку "стоп" SB3 и замкнутый контакт кнопки "вперёд" SB1. При отпускании кнопки "назад" цепь остаётся замкнутой через параллельно ей включённый контакт КМ2.1. Чтобы остановить двигатель

6

необходимо нажать кнопку "стоп" SB3, которая может отключить любую из включенных цепей.

Другая схема включения реверсивного пускателя имеет электрическую блокировку через дополнительные контакты пускателей (рис.5).

При нажатии кнопки "вперёд" SB1, цепь контактора КМ1 замыкается через кнопку "стоп" SB3, замкнутый контакт блокирующих контактов КМ2.2 контактора КМ2. Цепь как и в первом случае после отпускания кнопки "вперёд", будет замкнута через блокирующий контакт КМ1.1.

При нажатии кнопки "назад" SB2, цепь питания контактора КМ1 размыкается через контакт КМ2.2, и замыкается питающая цепь контактора КМ2.

Кнопка "стоп" как и в первом случае можно отключить любую из двух це-

пей.

Рис. 5. Схема включения реверсивного пускателя с электрической блокировкой через блок-контакты пускателя.

Управление пускателем может осуществляться не только от кнопок SB1, SB2, SB3, а и от каких-либо датчиков (реле, кольцевые выключатели и т.д.). Очень часто контакты реле не рассчитаны на ток который протекает в катушке пускателя и поэтому магнитный пускатель включается через контакты промежуточного реле различных токов с более мощными контактами.

2.7. Тиристорные пускатели

В настоящее время наша промышленность выпускает бесконтактные (тиристорные) пускатели. Они используются как для дистанционного включения и отключения электрооборудования, так и для защиты от токов короткого замыкания и перегрузки.

7

Рис.6. Тиристорный пускатель

Силовой блок Б1 содержит силовые тиристоры VS1 - VS3 и диоды VD1 - VD3, рассчитанные на номинальный и пусковой токи двигателя М. При подаче сигнала управления на электроды 1-2, 3-4, 5-6 тиристоры открываются и двигатель подключён к сети. В отрицательный полупериод, когда тиристоры закрываются отрицательным анодным напряжением, ток двигателя проходит по диодам VD1 - VD3. Диоды могут быть заменены тиристорами.

При снятии сигнала управления (при перегрузке, потери фазы, нажатии кнопки "стоп" SB2) тиристоры закрываются. Следующий полупериод тока пропускается диодами. После этого диоды VD1, VD2, VD3 закрываются и двигатель отключается от сети. По тиристорам и диодам протекает лишь небольшой ток утечки.

Сигналы управления тиристорами формируются в блокинг-генераторе Б2, который получает напряжение от блока напряжения Б3. При нажатии кнопки "пуск" SB1 включается тиристор VS5 и всё напряжение прикладывается к резистору R3. При этом транзистор VT3 закрыт, так, как напряжение на резисторе R3 больше, чем на резисторе R4. По мере заряда конденсатора С2 наступает условие для открытия транзистора VT3 и конденсатор С2 начинает разряжаться на обмотку W1 трансформатора Т2. Электродвижущая сила, наводящаяся при этом на обмотке WO,C способствует быстрому и полному открытию транзистора VT3. При разряде конденсатора напряжение на резисторе R3 возрастает, транзистор VT3 закрывается и снова начинается заряд конденсатора С2. Таким образом, генерируются импульсы тока в обмотке W1 и в трёх выходных обмотках W2 появляются управляющие импульсы. Диоды VD5, VD6, VD7 пропускают импульсы только положительной полярности. Длительность импульса 30мкс при паузе между импульсами 300мкс (частота около 3кГЦ).

8

Аналогичные схемы могут управляться сигналами постоянного тока низкой частоты. Использование блокинг-генератора даёт возможность быстро включать тиристор и уменьшать нагрузку по его управляющему электроду.

При нормальном режиме транзистор VT2 блока Б2 насыщен и лампа Л2 не горит. Если на контакты 7,8 блока Б2 подано напряжение с одноимённых контактов блока защиты Б4, тиристор VS4 открывается и блокинг-генератор лишается питания. Блок питания включается только на резистор R8. При потере питания генерация в блоке Б2 прекращается и тиристор VS5 отключается. Одновременно транзистор VT2 закрывается и загорается лампа Л2, сигнализируя об отключении пускателя от защиты. В случае потери фазы в выходном напряжении (после диодов VD8 - VD10) появляется пауза. В эту паузу блок Б2 останавливается и тиристор VS5 отключается, что ведёт к закрытию силовых тиристоров.

Блок Б4 защиты двигателя и силовых тиристоров от трансформаторов тока ТА1 - ТА3. Напряжение с нагрузочных тиристоров выпрямляется и подаётся на потенциометр R1. Параметры трансформаторов ТА1, ТА2, ТА3 и резисторов R1, R5, R6, R7 выбираются так, что при номинальном токе во всех трёх фазах напряжение снимаемое с потенциометра R1, меньше напряжения пробоя стабилитрона VD11. До тех пор пока напряжение на стабилитроне меньше напряжения пробоя (U<Uпроб), сопротивление стабилитрона очень высоко. При этом ток базы транзистора VT1 недостаточен для его открытия. Если ток хотя бы в одной фазе превысит номинальное значение, то возникает неравенство U>Uпроб, сопротивление стабилитрона резко падает, ток базы VT1 возрастает и он насыщается. Ток в стабилитроне ограничивается резистором R2 до допустимого значения. Если восстановится неравенство U<Uпроб, то сопротивление стабилитрона снова возрастёт, транзистор VT1 закроется. После открытия транзистора VT1 начинается заряд конденсатора С1. Напряжение с конденсатора С1 на выход 7, 8 не подаётся до тех пор, пока не превысит напряжение переключения динистора VD4. Динистор имеет такую не вольтамперную характеристику, как и тиристор при Iу=0. Если перегрузка была настолько кратковременной, что конденсатор С2 не успел зарядиться, то напряжение на выходе 7, 8 не появляется и пускатель остаётся в работе. Если Uс, станет больше напряжения переключения динистора VD4, произойдёт разряд конденсатора С1 на цепь управления тиристора VS4 блока Б2 и последний откроется. При этом прекратится генерация импульсов, открывающих VS1 - VS3, и двигатель остановится. Параметр срабатывания блока защиты регулируется потенциометром R1. За счёт усложнения блока защиты можно создать выдержку времени в зависимости от условия перегрузки. Защита двигателя и силовых тиристоров от токов короткого замыкания в данном пускателе осуществляются быстродействующими предохранителями FU1 - FU3 типа ПНБ-5.

По сравнению с контактными тиристорный пускатель обладает следующими преимуществами:

-отсутствие электрической дуги делает аппарат незаменимым при работе во взрывоопасных и пожароопасных средах;

-высокая электрическая износостойкость (15 106циклов);

9

-совершенная защита от токов короткого замыкания и перегрузок, а также при потери фазы, что обеспечивает увеличение срока службы двигателей;

-допустимое число включений достигает 2000 в час;

-длительность отключения не превышает 0,02с;

-высокая надёжность и долговечность, а также отсутствие необходимости ухода при эксплуатации.

Недостатками тиристорного пускателя являются: − сложность схемы;

-большие габариты;

-высокая стоимость.

Несмотря на эти недостатки, бесконтактные, тиристорные пускатели находят широкое применение во взрывоопасных и пожароопасных производствах и других областях требующих высокой надёжности.

Сведенья о некоторых пускателях приведены в табл.1.

Таблица 1.

Технические показатели трехфазных тиристорных пускателей.

III.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед включением лабораторной установки необходимо: 1.Изучить материал лабораторной работы.

2.Начертить все схемы включения пускателей.

3.Ознакомиться с лабораторной установкой.

4.Получить провода, необходимые для проведения лабораторной работы у преподавателя.

5.Собрать на передней панели стенда схему нереверсивного пускателя.