Используемая в сетях и на предприятиях электрическая аппаратура отличается большим многообразием. К ней можно отнести все виды выключателей, рубильников, контакторов, реле, магнитных пускателей, контроллеров, командоаппаратов, реостатов, предохранителей, а также комплектные устройства из аппаратов, измерительных приборов и др.
Для качественного и бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией необходимы: надежное согласование всех элементов энергосистемы (источника электроэнергии, сети, нагрузки, устройств управления и защиты); развитая система их эксплуатации и контроля; правильно организованная периодичность профилактик, ревизий и ремонтов. По уровню надежности электроснабжения всех потребителей электроэнергии разделяют на три категории. К первой категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Питание таких электроприемников обеспечивается от двух независимых взаимно резервирующих источников. Перерыв в электроснабжении допускается лишь на время автоматического восстановления питания при отказе одного из источников. Независимым называется источник питания, на котором в послеаварийном режиме сохраняется напряжение при исчезновении его на другом источнике питания. Из электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Электроснабжение этой группы осуществляется от трех независимых взаимно резервирующих источников питания.
Ко второй категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Такие электроприемники рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв в электроснабжении допустим лишь на время включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. Питание электроприемников второй категории допускается и по одной воздушной линии, но в этом случае необходимо обеспечить аварийный ремонт линии за время не более одних суток.
К третьей категории относят все остальные электроприемники, электроснабжение которых может выполняться от одного источника питания при условии, что его перерывы, необходимые для ремонта и замены поврежденного элемента, не превышают одних суток. Исполнение электрической аппаратуры должно соответствовать условиям окружающей среды.
Основными задачами обслуживания сетей и аппаратуры являются: обеспечение надежной работы оборудования и его режимов работы в соответствии с техническими параметрами; соблюдение установленного порядка и последовательности выполнения оперативных переключений; контроль за своевременным проведением профилактических испытаний и ремонта оборудования; надзор и уход за вспомогательным оборудованием и помещениями.
Электротехнические устройства являются функциональными частями любых электрических схем, что впоследствии обеспечивают её общую работоспособность как целостной электрической системы, которая изначально собиралась для выполнения определённой задачи. Электроустройства являются элементами управление, выполнения, распределения, защиты, переключения, индикации и т.д. Именно на основе них появляется возможность создания любого электрооборудования, различной назначения и сложности.
К подобным электротехническим устройствам относятся автоматические выключатели, магнитные пускатели, различные реле, электродвигатели, датчики, счетчики и измерители, преобразователи и т.д., устанавливаются обычно, при выполнении электромонтажа и сборки внутри шкафов, панелей, щитков, стен и т.д. К примеру, обычные розетки, автоматы, выключатели, блоки управления, индикаторы и т.д.
Электротехнические устройства специального предназначения. К этой разновидности устройств можно отнести всевозможные устройства и приборы, что способствуют выполнению специфических задач в различных сферах производства и науки, к ним относятся редукторы, насосы, преобразователи частоты, вентиляторы, электродвигатели, электропылеулавливающие установки и электролиза, шкафы управления и автоматизации и т.д. Схемы управления электрическим и электромеханическим оборудованием в общем случае разрабатывают в проектах силового электрооборудования и электроснабжения промышленных предприятий. Однако автоматизация большинства объектов неразрывно связана с комплексом оборудования участвующих в технологическом процессе. Для управления этих механизмов требуется разработка отдельных схем от более простых для запуска электрооборудования до более сложных, задействованных в управлении технологических процессов.
В качестве электроприводов механизмов автоматизируемого технологического оборудования (насосов, вентиляторов, задвижек, клапанов и т. п.) в основном используют реверсивные и нереверсивные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, схемы управления которыми будут в дальнейшем рассмотрены. Построение этих схем управления осуществляется в основном на базе релейно-контактных аппаратов. Это обусловлено наличием большого выбора серийно выпускаемой релейноконтактной аппаратуры с контактными устройствами различных исполнений и обмотками, работающими на различных напряжениях.
Анализ схем управления, в том числе и самых сложных, показывает, что схемы управления электроприводами технологических механизмов представляют собой определенные сочетания ограниченного числа узлов и простейших электрических цепей, связывающих эти узлы. Знание типовых решений значительно облегчает чтение конкретных схем управления.
Чтение принципиальных схем управления электроприводами технологических механизмов следует начинать с изучения технических требований, предъявляемых к схеме, и установления условий и последовательности действия схемы. Важное место при этом занимает изучение принятой схемы организации управления электроприводами, на которой целесообразно остановиться более подробно.
На рисунке 1 представлена схема, применяемая при установочном (толчковом) режиме работы электропривода.
Нажатие на кнопку SB обеспечивает кратковременное, небольшое перемещение (толчком) тому или иному движущемуся элементу машины. Данный принцип управления электродвигателем используется в подъемнотранспортных механизмах, металлорежущих станках.
На рисунке 1 предоставлено схема, обеспечивающая управление двигателем одним и тем же приводом в длительном и установочном режимах.
При нажатии на кнопку SB3 включается пускатель КМ, который контактами КМ1 запускает двигатель М. Двигатель работает в толчковом режиме аналогично схеме на рисунке 1.
При нажатии кнопки SВ2 включается промежуточное реле КV, которое контактом КV:1 шунтирует кнопку SВ2, контактом КV:2 включается пускатель КМ и двигатель М начинает работать в длительном режиме. Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку SВ1.
В электрических системах ряда установок встречаются схемы, позволяющие при помощи одной кнопки управлять несколькими электрическими цепями. В этом случае используют многоконтактное промежуточное реле. На рисунке 3 представлена схема, в которой при нажатии на кнопку SB2 происходит включение контакторов КМ1 и КМ2, следовательно, обеспечивается одновременный пуск двигателей М1 и М2. Для одновременной остановки двигателей служит кнопка SB1. Схема предусматривает также возможность раздельного включения и отключения каждого электродвигателя. Данный режим обеспечивается нажатием соответствующих кнопок SB3 и SB4, SB5 и SB6. Совместное управление приводами применяют, например, для включения станочной линии, состоящей из нескольких станков. Раздельная работа приводов предусматривается для наладочных и ремонтных работ.
Управление приводами включает в себя пуск электродвигателя в работу, регулирование скорости вращения, изменение направления вращения, торможение и останов электродвигателя. Для управления приводами применяются электрические коммутационные аппараты, такие как автоматические и неавтоматические выключатели, контакторы и магнитные пускатели. Для защиты электродвигателей от ненормальных режимов (перегрузок и коротких замыканий) применяются автоматические выключатели, предохранители и тепловые реле.
Q -выключатель; F — предохранитель; КМ — магнитный пускатель, КК1, — тепловое реле; SB2 — кнопочный выключатель включения двигателя; SB1 — кнопочный выключатель отключения двигателя Магнитные пускатели широко применяются для двигателей мощностью до 100 кВт. Они применяются в продолжительном и повторнократковременном режиме работы привода. Магнитный пускатель позволяет осуществлять дистанционный пуск. Для включения электродвигателя М первым включается выключатель Q. Пуск двигателя в работу осуществляется включением кнопочного выключателя SBС. Катушка (электромагнит включения) магнитного пускателя КМ получает питание от сети и замыкает контакты КМ в главной цепи и в цепи управления. Вспомогательный контакт КМ в цепи управления шунтирует кнопочный выключатель SBС и обеспечивает продолжительную работу привода после снятия нагрузки нажатия с кнопочного выключателя. Для защиты электродвигателя от перегрузки в магнитном пускателе имеется тепловые реле КК1, включаемые в две фазы электродвигателя. Вспомогательные контакты этих реле включаются в цепь питания катушки КМ магнитного пускателя. Для защиты от коротких замыканий в каждой фазе главной цепи электродвигателя устанавливаются автоматический выключатель QF. Отключение электродвигателя осуществляется нажатием на кнопочный выключатель SBТ.
Во многих случаях при управлении электроприводом необходимо изменять направление вращения электродвигателя. Для этого применяются реверсивные магнитные пускатели.
На рисунке 5. приведена схема управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного магнитного пускателя. Для включения электродвигателя М должен быть включен выключатель Q. Включение электродвигателя для одного направления, условно «Вперед», производится нажатием кнопочного выключателя SB3 в цепи питания катушки КМ1 магнитного пускателя. При этом катушка (электромагнит включения) магнитного пускателя КМ1 получает питание от сети и замыкает контакты КМ1 в главной цепи и в цепи управления. Вспомогательный контакт КМ1 в цепи управления шунтирует кнопочный выключатель SB3 и обеспечивает продолжительную работу привода после снятия нагрузки нажатия с кнопочного выключателя.
Q — выключатель; F — предохранитель; КМ1, КМ2 — магнитный пускатель,; SB2, SB3 — кнопочный выключатель включения двигателя; КК1- тепловое реле; SB1 — кнопочный выключатель отключения двигателяДля пуска электродвигателя в противоположном направлении, условно «Назад», необходимо нажать кнопочный выключатель SB2. Кнопочные выключатели SB2 и SB3 имеют электрическую блокировку, исключающую возможность одновременного включения катушек КМ1 и КМ2. Для этого в цепь катушки КМ1 включается вспомогательный контакт пускателя КМ2.3, а в цепь катушки КМ2 — вспомогательный контакт КМ1.3.Для отключения электродвигателя от сети при его вращении в любом направлении необходимо нажать на кнопочный выключатель SB1. При этом цепь любой катушки и КМ1 и КМ2 разрывается, их контакты в главной цепи электродвигателя размыкаются, и электродвигатель останавливается.
Схема реверсивного включения может в обоснованных случаях применяться для торможения двигателя противовключением.
Основные элементы треугольника
В системах управления электроприводами широко используются блокировочные связи. Блокировкой обеспечивают фиксацию определенного состояния или положения рабочих органов устройства или элементов схемы. Блокировка обеспечивает надежность работы привода, безопасность обслуживания, необходимую последовательность включения или отключения отдельных механизмов, а также ограничение перемещения механизмов или исполнительных органов в пределах рабочей зоны.
Различают механическую и электрическую блокировки.
Примером простейшей электрической блокировки, применяемой практически во всех схемах управления, является блокировка кнопки «Пуск» SB2 рисунок 5. контактом КМ2. Блокировка этим контактом позволяет после включения двигателя кнопку SB2 отпустить, не прерывая цепи питания катушки магнитного пускателя КМ, которое идет через блокировочный контакт КМ2.
В схемах реверсирования электродвигателей (при обеспечении движения механизмов вперед-назад, вверх-вниз и т.д.), а также при торможении применяются реверсивные магнитные пускатели. Реверсивный магнитный пускатель состоит из двух нереверсивных. При работе реверсивного пускателя необходимо исключить возможность их одновременно включения. Для этого в схемах предусматриваются и электрическая, и механическая блокировки (рисунок 6). Если реверсирование двигателя выполняется двумя нереверсивными магнитными пускателями, то роль электрической блокировки играют контакты КМ1:3 и КМ2:3, а механическая блокировка обеспечивается кнопками SВ2 и SВ3, каждая из которых состоит из двух контактов, связанных между собой механически. При этом один из контактов-замыкающий, другой — размыкающий (механическая блокировка).
Схема работает следующим образом. Предположим, что при включении пускателя КМ1 двигатель М вращается по часовой стрелке и против часовой — при включении КМ2. При нажатии кнопки SВ3 сначала размыкающий контакт кнопки разорвет цепь питания пускателя КМ2 и только потом замыкающий контакт SВ3 замкнет цепь катушки КМ1.
Пускатель КМ1 включается, запускается с вращением по часовой стрелке двигатель М. Контакт КМ1.3 размыкается, осуществляя электрическую блокировку, т.е. пока включен КМ1, цепь питания пускателя КМ2 разомкнута и его нельзя включить. Для осуществления реверса двигателя необходимо его остановить кнопкой SВ1, а затем, нажав кнопку SВ2, запустить в обратную сторону. При нажатии SВ2 сначала размыкающим контактом SВ2 разрывается цепь питания катушки КМ1 и далее замыкается цепь питания катушки КМ2 (механическая блокировка). Пускатель КМ2 включается и реверсирует двигатель М. Контакт КМ2:3, размыкаясь, осуществляет электрическую блокировку пускателя КМ1.
Чаще реверсирование двигателя выполняется одним реверсивным магнитным пускателем. Такой пускатель состоит из двух простых пускателей, подвижные части которых между собой связаны механически с помощью устройства в виде коромысла. Такое устройство называется механической блокировкой, не позволяющей силовым контактом одного пускателя КМ1 одновременно замыкаться силовым контактам другого пускателя КМ2 (рисунок 7).
Электрическая схема управления реверсом двигателя при помощи двух простейших пускателей единого реверсивного магнитного пускателя такая же, как и электрическая схема управления реверсом двигателя с использованием двух нереверсивных магнитных пускателей (рисунок 6), с применением в электрической схеме таких же электрических и механических блокировок.
Анализ схем управления, в том числе и самых сложных, показывает, что схемы управления электроприводами технологических механизмов представляют собой определенные сочетания ограниченного числа типизированных узлов и простейших электрических цепей, связывающих эти узлы. Знание типовых решений значительно облегчает чтение конкретных схем управления.
Чтение принципиальных схем управления электроприводами технологических механизмов следует начинать с изучения технических требований, предъявляемых к схеме, и установления условий и последовательности действия схемы. Важное место при этом занимает изучение принятой схемы организации управления электроприводами, на которой целесообразно остановиться более подробно.