Защита электродвигателей (ЭД) и систем управления

Чтобы предотвратить выход из строя электрооборудования и повысить надежность ЭП, применяют следующие виды электриче­ской защиты: защиту от короткого замыкания в силовых цепях и при недопустимо больших бросках тока ЭД; защиту ЭД от пере­грузки: при обрыве цепи обмотки возбуждения; защиту цепей управления при коротком замыкании, а также защитные блоки­ровки.

Зашита от короткого замыкания (максимально-токовая защита).

Она обеспечивается немедленным отключением цепи, в которой произошло короткое замыкание. В силовых цепях защита осущест­вляется плавкими предохранителями FU1 (рис. 85, а), автоматическими выключателями QF с электромагнитным расцепителем (рис. 85, б) и реле максимального тока KAI и КА2 (рис. 85, в). Цепи управления при коротком замыкании защищают обычно своими предохранителями. При коротком замыкании вставка плавится почти мгновенно, не позволяя току короткого замыкания достичь своего установившегося значения.

Для АД с короткозамкнутым ротором ток плавкой вставки I_вст можно определить исходя из условий:

где к - коэффициент загрузки АД; I_н и I_п соответственно номинальный и пусковой токи АД; а - коэффициент, учитывающий условия пуска АД (для тяжелых условий пуска α =16 ÷ 2, для легких α = 2,5).

Для защиты цепей управления

I_вст = 2,5*I_yΣ

где I_yΣ - суммарный ток катушек максимального количества одновременно включенных аппаратов.

В современных судовых электроустановках большее применение находят установочные автоматы, которые обладают более высокой разрывной способностью, чем предохранители, позволяют быстро осуществить повторное включение и предотвращают работу АД на двух фазах. Ток уставки электромагнитного расцепителя автомата

I_вст = (1,3 ÷ 1,5) I_п

При защите от коротких замыканий с помощью реле максимального тока (см. рис. 85, в) последние размыкают цепь питания катушки линейного контактора КМ, что приводит к отключению ЭД. Ток уставки реле максимального тока, включающего функцию защиты от коротких замыканий, выбирают исходя из тех же условий, что и для электромагнитного расцепителя автомата.

Защита от перегрузок. Этот вид защиты является основным для ЭД, причем возможны 2 варианта защиты: максимальная и грузовая. Максимальная защита применяется с целью предотвращения кратковременных чрезмерных перегрузок, опасных для ЭД постоянного тока по условиям коммутации, а для АД с фазным ротором -из-за возможных повреждений изоляции, щеток и др. Указанная защита осуществляется реле максимального тока, которое включается в схему ЭП так же, как и при коротком замыкании (см. рис. 85, в). Это реле при срабатывании отключает ЭД от сети. Обычно ток уставки реле максимального тока I_вст = (2 ÷ 4)I_н. Грузовая защита применяется в ЭП, которые в процессе работы подвергаются перегрузкам (например, ЭП брашпиля при отрыве якоря от грунта) и нуждаются в ограничении момента до его 2-кратного номинального значения. Отличие такого типа грузового реле от максимального состоит в том, что оно не отключает ЭД от сети, а лишь ограничивает его ток путем ввода резисторов в цепь якоря или ротора и переводит ЭД на другую скорость. Ток уставки грузового реле обычно выбирают из условия: I_вст = (1,8 ÷ 2,5) I_н.

Электромагнитные токовые реле с различными устройствами из-за отсутствия выдержек времени широкого применения для защиты АД от перегрузок не получили. В основном защита АД от перегрузок осуществляется с помощью тепловых токовых и температурных реле. Наиболее широкое распространение получили тепловые токовые реле с термобиметаллическими элементами. Такие реле включают в 2 фазы (см. рис. 66), а в зарубежной практике в 3 фазы сети. Выдержка времени их срабатывания обратно зависима от тока. Применение для защиты АД двух или трех тепловых реле позволяет одновременно обеспечить защиту АД от работы на двух фазах.

Однако такие реле не гарантируют полную защищенность АД в электроприводах палубных механизмов из-за неодинаковости постоянных времени нагрева АД и термобиметаллической пластины, изменения температуры окружающей среды, старения и т.д. Поэтому Правилами Регистра РФ рекомендуется для защиты от перегрузок ЭД кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы устанавливать температурные реле. Ввиду того, что чувствительный элемент (термодатчик) встраивается в обмотку статора, то реле данного типа непосредственно реагирует на температуру ЭД. Термодатчики так же, как и рассмотренные выше токовые тепловые реле, воздействуют на цепь управления ЭД.

Нулевая защита. Этот вид защиты отключает ЭД при исчезновении или при чрезмерном снижении напряжения сети, а также предотвращает самозапуск ЭД при восстановлении напряжения. Последнее необходимо для предотвращения несчастных случаев, возможных при произвольных включениях механизмов. При кнопочном управлении (см. рис. 66) защиту обеспечивает линейный контактор КМ, замыкающий контакт которого подключен паралельно кнопке SBI,поэтому в случае обесточивания включение ЭД может произойти лишь в результате нажатия на эту кнопку. При управлении командо-контроллером нулевая защита обеспечивается (рис. 86) с помо­щью реле напряжения KV. Принцип ее выполнения заключается в том, что катушка KV во всех рабочих положениях поста управления питается через собственный замыкающий контакт. В случае обесточивания цепь катушки КV прерывается, другим контактом КV отключается цепь управления и последующее включение ЭД возможно лишь при возврате ру­коятки командоконтроллера в нулевое положение.

Зашита при цепи возбуждения. При отсутствии нагрузки ЭД параллельного возбуждения идет вразнос, а при значительной нагрузке на валу переходит в режим стоянки под током. Во избежание указанных аварийных режимов в схемах ЭП, где предусматривается регулирование скорости изменением магнитного потока, уста­навливают реле минимального тока КV (рис. 87), называемого реле обрыва поля. Катушка реле КV включается последовательно с обмоткой возбуждения и реле за­мыкает свой контакт при токе возбуждения, близком к номинальному. При исчезновении или чрезмерном снижении тока возбуждения контакты реле КV раз­мыкаются, что вызывает отключение ЭД.

Защитные электрические блокировки. В схемах ЭП одновременное срабатывание каких-либо определенных контактов может привести к аварии электроустановки. Например, одновременное срабатывание реверсивных кон­такторов КМ1 и КМ2 в цепи АД (рис. 88) приводит к короткому замыканию. Можно привести еще ряд других примеров. Во избежание этих явлений в схемах управления АД предусматривают электрическую блокировку между отдельными контакторами. Электрическая блокировка контакторов KM1 и КМ2 обеспечивается размыкающими контактами этих контакторов, которые включены в цепь их электромагнитных катушек. В этом случае, если даже, например, приварились главные контакты контактора КМ2, включение контактора KM1 не произойдет.

Вопрос

Тиристорный электропривод. Главными преимуществами электропривода являются: бесконтактное и безынерционное управление; малые масса и габарит; возможность регулирования параметров питания электродвигателя. Благодаря этим весьма ценным преимуществам, тиристорный электропривод широко внедрен во всех отраслях народного хозяйства, а принцип построения схем электроприводов коренным образом изменяется.

На рис. 149, а показана схема прямого пуска асинхронного электродвигателя с помощью тиристорной аппаратуры. Здесь тиристоры используются в качестве контактов, причем коммутация осуществляется без какого-либо механического перемещения. Если на управляющие электроды У ничего не подается, то все 6 тири­сторов закрыты и переменный ток на электродвигатель не поступает. Достаточно на все электроды управления У подать постоянный ток напряжением 15—20 В, и двигатель начинает работать.

В каждой фазе приходится ставить два тиристора, так как фазы пропускают переменный ток. Во время положительного полупериода ток от вывода А через тиристор 77 поступает на электродвигатель, а затем через тиристор Т4 или Т6 - на фазу В или С. В это время тиристор 72 закрыт, через него ток не может идти, так как относительно положительной мгновенной полярности фазы А в первый полупериод тиристор Т2 включен встречно. Во второй полупериод питания фазы А ток через тиристоры ТЗ, Т5 поступает на электродвигатель, а затем через тиристор Т2 - на фазу А.

На рис. 149, а показана схема пуска односкоростного электродвигателя. Практически подобные тиристорные коммутаторы уста­навливают на каждую обмотку многоскоростного электродвигателя. Подавая сигнал управления на коммутаторы, можно включать поочередно обмотки разных скоростей.

Если при наличии сети переменного тока нужно получить плавный регулируемый электропривод, то рационально применить схему, показанную на рис. 149,6. Здесь в одном плече выпрямительного силового устройства стоят неуправляемые диоды Д1, Д2, ДЗ, а в другом тиристоры Т1, Т2, ТЗ. Если от блока управления БУ нет сигнала управления, то электродвигатель напряжения не получает. С помощью БУ сигналы управления для тиристоров Т1, Т2, ТЗможно изменять так, что открытие тиристоров будет небольшим или полным. Это основное, ценное свойство тиристоров изменять величину выпрямленного направления. Следовательно, в этой схеме электродвигатель может получать различное по величине напряжение постоянного тока, чем и достигается широкое регулирование его частоты вращения.

Наконец, с помощью тиристоров можно получить регулируемый асинхронный электропривод по параметру электрической частоты (рис. 149,в). Трехфазный переменный ток выпрямителем Вп преобразуется в постоянный, который подводится на тиристорный преобразователь частоты (инвертор) Т1—Т6. Блок управления БУ так формирует сигналы для открытия каждого тиристора, что на выводы электродвигателя поступает снова трехфазный переменный ток, но уже регулируемой электрической частоты.

Датчики (реле).Датчики уровня, давления, температуры и т. д. широко применяют в схемах автоматики. Их срабатывание приводит к замыканию или размыканию электрических контактов.

Вопрос