Основные сведения из электротехники
Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов q в проводящей среде под воздействием электрического поля.
Если скорость движения электрических зарядов во времени неизменна, то ток называют постоянным. Ток, мгновенные значения которого изменяются во времени, называют переменным, электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные промежутки времени, называется периодическим переменным. Ток, изменяющийся по синусоидальному закону, называют синусоидальным. Ток выражают в амперах (А) и обозначают I, i.
Электрический ток в цепи возникает в том случае, если на ее зажимах (полюсах) создана разность потенциалов (существует электрическое поле вдоль участка цепи). Разность потенциалов между двумя точками цепи называют напряжением или падением напряжения. Напряжение обозначают U, u и выражают в вольтах (В).
Электрическое напряжение численно равно работе А, совершаемой источником электрической энергии при перемещении заряда q в один кулон из одной точки в другую.
Способность проводника оказывать препятствие, проходящему по нему электрическому току называют сопротивлением. Сопротивление обозначают R, r. и выражают в омах (Ом).
Закон Ома для полной цепи: I = E/( R+ r)
Закон Ома для участка цепи: I = U/ R
Последовательным соединением потребителей тока называют соединение, при котором конец первого соединяется с началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.
|
|
|
Параллельным соединением потребителей тока называют такое соединение, когда начала всех токоприемников соединены в одну точку, а концы в другую точку.
Тепловое действие электрического тока.
Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде. Температура нагрева проводника зависит от величины тока, сечения и материала проводника, условий его охлаждения.
Закон Джоуля – Ленца: Q = I2* R* t (джоуль)
Мощность постоянного тока
Мощность – работа, совершаемая в единицу времени t, развиваемая на этом участке.
P = A/t = U*q/t = U*I
Единица мощности – ватт (Вт).
Понятие о магнитном поле.
Вокруг проводника, по которому течет ток образуется магнитное поле.
Магнитные индукционные линии вокруг проводника с током обладают следующими свойствами:
- магнитные индукционные линии прямолинейного проводника имеют форму концентрических окружностей;
- чем ближе к проводнику, тем гуще располагаются магнитные индукционные линии;
- магнитная индукция (интенсивность поля) зависит от величины тока в проводнике;
- направление магнитных индукционных линий зависит от направления тока в проводнике (правило буравчика).
|
|
|
Переменный ток.
Oпределение: Переменными называют токи и напряжения, изменяющиеся во времени, по величине и направлению. Их величина в любой момент времени называется мгновенным значением. Обозначаются мгновенные значения малыми буквами: i, u, e, p.
Токи, значения которых повторяются через равные промежутки времени, называются периодическими. Наименьший промежуток времени, через который наблюдаются их повторения, называется периодом и обозначается буквой Т. Величина, обратная периоду (число периодов в секунду), называется частотой, т.е. f = 1/T и измеряется в герцах (Гц). Величина w = 2 p f называется угловой частотой переменного тока, она показывает изменение фазы тока в единицу времени и измеряется в радианах, деленных на секунду.
Максимальное значение переменного тока или напряжения называется амплитудой.
Мощность переменного тока.
Активная, то есть полезная мощность однофазного переменного тока определяется по формуле: P = U* I* cos j
Коэффициентом мощности называется отношение активной мощности к полной:
cos j = P / S
Коэффициент мощности практически является косинусом угла сдвига фаз между током и напряжением.
Чем меньше cos j имеет потребитель, тем меньше будет коэффициент полезного действия (кпд) машины, тем меньшую активную мощность будет отдавать генератор.
|
|
|
Причины низкого коэффициента мощности:
1. Недогрузка электродвигателей переменного тока, трансформаторов и т.д.;
2. Неправильный выбор типа электродвигателя;
3. Повышенный зазор между ротором и статором;
4. Работа электродвигателей на холостом ходу.
Трехфазный переменный ток.
Определение: Трехфазные электрические цепи представляют собой совокупность трех однофазных цепей переменного тока, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120°).
Графически ЭДС можно изобразить тремя синусоидами, сдвинутыми на 1/3 периода, или тремя векторами, находящимися под углом 120° друг к другу.
Схема трехфазной системы изображена на рисунке.
Трехфазная шестипроводная система является неэкономичной из-за значительного числа проводов. Поэтому чаще всего применяют четырех - или трехпроводные системы (рис. 2.1.3).
Провод 00 называется нулевым или нейтральным, остальные - линейными.
Введем следующие понятия: Iл - линейный ток - это ток протекающий по линейному проводу; Uл - линейное напряжение - это напряжение между линейными проводами; Iф - фазный ток - это ток, протекающий от начала к концу фазной обмотки или приемника энергии (или наоборот: от конца - к началу). Uф - фазное напряжение - это напряжение между началом и концом фазной обмотки или приемника энергии. Другими словами можно сказать: фазное напряжение - это напряжение между линейным и нулевым проводами.
|
|
|
Соединение источников и приемников энергии звездой
Соединение обмоток электрической машины звездой
Соединение звездой – концы обмоток соединены вместе, а начала обмоток подключаются к линейным проводам.
Точка, в которой соединяются концы обмоток, называется нулевой или нейтральной. Провод, подключенный к ней, также называется нейтральным или нулевым.
Разность потенциалов между линейным и нулевым проводом называется фазным напряжением (Uф).
Разность потенциалов между двумя линейными проводами называется линейным напряжением (Uл).
Для симметричной системы, когда 
и 
Если линейное напряжение, например, равно 380 В, то фазное будет:
Если же фазное напряжение Uф = 127В, то линейное будет:
В промышленности пользуются напряжением 127, 220 и 380 В.
В высоковольтных линиях электропередачи применяют напряжение 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 400 кВ, 500 кВ и более.
В низковольтных установках применяются, как правило, четырехпроводные линии электропередачи, а в высоковольтных - трехпроводные. Четырехпроводные линии удобны при совместном электропитании силовых и осветительных потребителей.
Электродвигатели, например, подключаются к трем линейным проводам, а осветительные приборы - к одному линейному и нулевому проводам.
Соединение обмоток треугольником.
Соединение треугольником называется соединение, когда конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки, конец второй обмотки с началом третьей, конец третьей с началом первой обмотки.
При соединении треугольником: Uл = Uф; Iл = Ö3 Iф
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования системы переменного тока одних параметров в систему переменного тока с другими параметрами.
В зависимости от назначения трансформаторы разделяются на силовые и специальные.
Силовые трансформаторы используются в линиях электропередачи и распределения электроэнергии.
К специальным трансформаторам относятся: печные, выпрямительные, сварочные, автотрансформаторы, измерительные, трансформаторы для преобразования частоты и т.д.
Трансформаторы разделяются на однофазные и многофазные, из которых наибольшее применение имеют трехфазные.
Кроме того, трансформаторы могут быть двухобмоточными (если они имеют по две обмотки) или многообмоточными (если они имеют более двух обмоток). В зависимости от способа охлаждения трансформаторы разделяются на масляные и сухие.
Принцип действия и конструкции трансформаторов
Простейший трансформатор состоит из магнитопровода и двух расположенных на нем обмоток. Обмотки электрически не связаны друг с другом. Одна из обмоток - первичная, подключена к источнику переменного тока. К другой обмотке - вторичной подключают потребитель.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I1, который создает в магнитопроводе переменный магнито-поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток пронизывает обе обмотки, индуктируя в них ЭДС.
ЭДС е1 и е2 могут отличаться друг от друга числами витков в обмотках. Применяя обмотки с различным соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.
При подключении ко вторичной обмотке нагрузки zн в цепи потечет ток I2 и на выводах вторичной обмотки установится напряжение U2.
Обмотка трансформатора, подключенная к сети c более высоким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотка, присоединенная к сети меньшего напряжения, называется обмоткой низшего напряжения (НН).
Трансформаторы - обратимые аппараты, т.е. могут работать как повышающими, так и понижающими.
Основными частями трансформатора являются его магнитопровод и обмотки. Магнитопровод выполняется из тонких листов электротехнической стали. Перед cборкой листы изолируются друг от друга лаком или окалиной. Это дает возможность в значительной мере ослабить в нем вихревые токи и уменьшить потери на перемагничивание.
По взаимному расположению обмоток ВН и НН и по способу их размещения на стержнях различают обмотки концентрические и дисковые.
В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками помещается в бак, заполненный маслом, которое отбирает от них тепло, передавая его стенкам бака. Кроме того, электрическая прочность масла выше, чем у воздуха, что обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов.
Для увеличения охлаждающей поверхности применяются трубчатые баки.
При нагревании масло расширяется. Излишек его попадает из общего бака в бак-расширитель, установленный на крышке трансформатора.
Для предотвращения аварии у трансформаторов напряжением 1000 кВ и выше на расширителе устраивают выхлопную трубу, закрытую мембраной - стеклянной пластиной. При образовании в баке большого количества газов мембрана выдавливается, и газы выходят наружу.
Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки или отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации.
Контрольные вопросы
1. Что называется электрическим током?
2. Что называется электрическим напряжением?
3. Что называется электрическим сопротивлением?
4. Тепловое действие электрического тока.
5. Работа и мощность тока. Единицы работы и мощности тока.
6. Параллельное и последовательное соединение сопротивлений.
7. Закон Ома для переменного тока.
8. Что такое постоянный ток. Закон Ома для постоянного тока.
9. Что такое переменный ток. Период и частота тока.
2.2.2. Электродвигатели
Общие сведения. Электрооборудование грузоподъемных кранов по назначению подразделяется на основное — оборудование электропривода и вспомогательное — оборудование рабочего и ремонтного освещения, сигнализации и отопления.
К основному электрооборудованию относятся: электрические двигатели, магнитные пускатели, контакторы, реле управления, аппараты регулирования частоты вращения электродвигателей; аппараты управления тормозами; аппараты электрической и механической защиты; полупроводниковые выпрямители — преобразователи переменного тока в постоянный для питания обмотки возбуждения вихревого тормозного генератора или других целей; понижающие трансформаторы, используемые для питания цепей управления; аппараты и приборы, используемые для включения цепей управления.
К вспомогательному электрооборудованию относятся осветительные приборы, приборы обогрева, сигнализации, связи.
Грузоподъемные машины, находящиеся в эксплуатации подвергаются воздействию атмосферных осадков, прямых солнечных лучей, больших перепадов температуры и повышенной запыленности воздуха. Электрооборудование должно иметь влаго- и пылезащищенное исполнение, а также соответствовать климатическим условиям.
Электродвигатели. Типы и устройство. Механизмы грузоподъемных машин приводятся в действие асинхронными электродвигателями трехфазного переменного тока. Применяют двигатели следующих разновидностей: с фазным и с короткозамкнутым ротором. Двигатели с короткозамкнутым ротором бывают одно- и многоскоростные. Односкоростные двигатели подразделяются на самотормозящие — со встроенным тормозом и без встроенного тормоза. На грузоподъемных машинах в большинстве случаев применяются односкоростные двигатели с короткозамкнутым ротором несамотормозящие, т. е. без встроенного тормоза.
Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (а) и фазный ротор (б).
Асинхронный электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижной — статора 2 и вращающейся — ротора 5.
Статор имеет чугунную или алюминиевую станину 1 с запрессованной в нее активной частью, которая представляет собой пакет, набранный из пластинок тонкой листовой электротехнической стали. Каждая пластинка изолирована от соседней слоем лака. На внутренней цилиндрической поверхности пакета сделаны продольные пазы, в которых расположена обмотка статора.
Обмотка состоит из трех катушек (или групп катушек) с медным изолированным проводом, сдвинутых по окружности статора на равный угол относительно друг друга. Выводы от начала и конца каждой из трех групп катушек статора соединяются между собой в коробке 3 выводов, расположенной на внешней стороне станины двигателя. Обмотка статора этих двигателей чаще рассчитана на работу при напряжении в сети 220 и 380 В. При напряжении 220 В обмотка соединяется треугольником (Δ), 380 В — звездой (Υ). Для удобства соединения все шесть выводов от обмотки промаркированы: начала катушек обозначены С1, С2 С3, концы — С4, C5, Сб.
Станина с обеих сторон закрывается крышками 4, которые крепятся к ней болтами или стяжными шпильками. В крышках находятся подшипники, в которых вращается вал ротора.
Схемы соединения обмоток статора асинхронных электродвигателей:
а — треугольником, б — звездой, в— двойной звездой
Ротор 5, так же как и статор, собран из изолированных листов электротехнической стали. На наружной части ротора есть пазы, в которых укладывается обмотка.
По типу обмотки ротора электродвигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым и с фазным ротором. В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из стержней, заложенных в пазы и соединенных с торцовых сторон токопроводящими кольцами. Такая обмотка называется беличьим колесом. Фазный ротор отличается тем, что в пазах пакета 8 уложена обмотка 7 из изолированного привода. Как и обмотка статора, она состоит из трех катушек или трех групп катушек. Начала катушек соединены звездой на роторе, а концы подведены к трем контактным кольцам 6, изолированным друг от друга и от вала ротора. На кольца наложены угольные (графитовые) щетки, находящиеся в щеткодержателях, которые укреплены на одной из крышек станины электродвигателя. Когда щетки прижимаются к контактным кольцам, происходит скользящий токосъем, т. е. вращающаяся обмотка ротора может быть электрически соединена с неподвижными резисторами, находящимися вне двигателя. Дополнительное сопротивление резисторов, включаемое в цепь ротора, уменьшает пусковой ток двигателя, что снижает его пусковой момент и обеспечивает плавный пуск.
Работа электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля обмотки статора и токов, индуцируемых в обмотке ротора. Если взять, например, стальное кольцо, намотать на него три проволочные обмотки (спирали) на одинаковом расстоянии по кольцу одна от другой и пропустить через них трехфазный ток, то у каждой обмотки образуется магнитное поле. Взаимодействуя между собой, эти три поля образуют общее магнитное поле; оно по величине останется неизменным и будет вращаться вокруг оси кольца, поэтому оно и называется вращающимся. В двигателе вращающееся поле статора пересекает магнитными силовыми линиями обмотку ротора, при этом в ней возникает (индуцируется) электрический ток, который взаимодействует с магнитным полем статора. Сила взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создает момент на оси ротора, под действием которого ротор вращается вслед за полем статора, преодолевая при этом приложенный к валу двигателя момент внешней нагрузки.
Частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты тока и числа пар полюсов. Частота вращения ротора асинхронного двигателя всегда немного меньше, чем частота вращения магнитного поля статора. Поэтому этот тип двигателя и называют асинхронным (не совпадающим по времени). Во время разгона двигателя по мере приближения частоты вращения ротора к частоте вращения магнитного поля статора уменьшается относительная скорость пересечения обмотки ротора вращающимся магнитным полем статора, соответственно уменьшается и ток в роторе, а также вращающий момент. Когда момент сопротивления становится равным вращающему моменту двигателя, наступает состояние равновесия, при котором частота вращения ротора не изменяется.
Если приложить к валу двигателя вращающий момент нагрузки, направленный в ту же сторону, что и момент двигателя, то частота вращения вала двигателя возрастет, достигнет частоты вращения магнитного поля и несколько превзойдет ее. С этого момента двигатель начнет работать в режиме сверх синхронного торможения, называемом также генераторным, так как двигатель, работая в этом режиме, отдает энергию в сеть. Такой переход от двигательного режима к генераторному происходит у двигателей привода грузоподъемного механизма подъемников. Подъем груза происходит в двигательном режиме, а опускание его — в генераторном.
Чтобы изменить направление вращения асинхронного двигателя, достаточно поменять местами любые две фазы, питающие обмотку статора. При этом изменится направление тока в обмотках двигателя, следовательно, направление вращения магнитного поля статора и ротора.
Частота вращения магнитного поля статора п1 (об/мин) прямо пропорциональна частоте f переменного тока и обратно пропорциональна числу р пар полюсов в обмотке статора
n1 = (f * 60) /р .
Три группы катушек статора, сдвинутые по окружности статора на равный угол друг относительно друга, образуют одну пару полюсов, шесть групп образуют две пары полюсов, девять — три пары и т. д. Таким образом, изменяя число групп катушек в статоре двигателя, можно менять частоту вращения его магнитного поля, а следовательно, и вала двигателя. В многоскоростных двигателях, имеющих шесть групп катушек и более, изменяя порядок соединения их между собой и подключения к проводам внешней сети, изменяют частоту вращения ротора. Например, в двухскоростном двигателе, имеющем шесть групп катушек статора, для медленного вращения ротора их соединяют попарно последовательно треугольником, а для быстрого вращения — двойной звездой. Двигатели имеют от двух до четырех скоростей вращения вала. Сейчас выпускают асинхронные двигатели, рассчитанные на работу только при одном напряжении (127, 220 или 380 В); напряжение указано на табличке, закрепленной на внешней стороне станины двигателя.
Самотормозящий асинхронный электродвигатель со встроенными тормозами. Ротор этого двигателя имеет не цилиндрическую, а конусную форму, соответствующую форме расточки статора 3. Когда двигатель выключен, ротор силой пружины 6 выталкивается по направлению его оси из расточки статора, образуя увеличенный зазор. При этом тормозящий конус 5, жестко соединенный с валом ротора, прижимается к конической поверхности, находящейся внутри крышки 4 электродвигателя. Поэтому выключенный двигатель находится в заторможенном состоянии. Сила торможения регулируется предварительным затягиванием пружины 5 с помощью гаек 7.
При включении электродвигателя ротор втягивается в расточку статора до упора утолщения вала в подшипник 8. Зазор между ротором и статором при этом сокращается до нормальной величины, пружина 6 сжимается, тормозной конус отходит от конической поверхности крышки электродвигателя и торможение прекращается — электродвигатель работает.
Режимы работы двигателей подразделяются на кратковременные и повторно-кратковременные.
Кратковременным называется такой режим, при котором электродвигатель включается на короткое время (10 ... 20 мин), и при этом не успевает нагреться до установившейся температуры. Затем наступает длительный перерыв в работе до полного остывания двигателя.
Повторно-кратковременный режим представляет собой длительно повторяющиеся циклы. В каждом цикле последовательно чередуются включение — работа, выключение — пауза. Этот режим характеризуется продолжительностью включения (ПВ), выражаемой в процентах: ПВ-(время работы/время цикла)- 100 %.
Время цикла при этом режиме не должно превышать 10 мин. Таким образом, если двигатель работает непрерывно 10 мин, то ПВ — 100 %. Стандартные значения ПВ 15, 25, 40 и 60 %. Например, время цикла электродвигателя механизма подъема подъемника складывается из 
времени работы двигателя при подъеме груза на заданный этаж, времени перерыва в работе, необходимого для разгрузки груза на заданном этаже, времени опускания грузонесущего органа в исходное положение для взятия новой порции груза, времени загрузки грузонесущего органа подъемника и подготовительно-заключительного времени, состоящего из сравнительно коротких перерывов между перечисленными операциями. Превышение ПВ при эксплуатации двигателя ведет к его перегреву, что может нарушить изоляцию обмоточной проволоки его катушек.
Крановые двигатели. Крановые двигатели предназначены для работы как в помещении, так и на открытом воздухе, поэтому их выполняют закрытыми, с самовентиляцией (асинхронные двигатели) или с независимой вентиляцией (двигатели постоянного тока) и с влагостойкой изоляцией. Так как двигатели рассчитаны на тяжелые условия работы, их изготовляют повышенной прочности. Двигатели допускают большие кратковременные перегрузки и имеют большие пусковые и максимальные моменты, которые превышают номинальные в 2,3...3,0 раза; имеют относительно небольшие пусковые токи и малое время разгона; рассчитаны на кратковременные и повторно-кратковременные режимы работы.
Асинхронные двигатели имеют обозначение, состоящее из букв и цифр. Буквы показывают исполнение двигателя: МТ — с фазным ротором; МТК — с коротко-замкнутым ротором; первая цифра (0...7) трехзначного числа характеризует возрастающий наружный диаметр статорных листов, третья цифра (1...3)—длину сердечника статора данного габарита; вторая цифра в трехзначном числе (1) указывает, что двигатель относится к модернизированной серии; цифра, стоящая после дефиса, обозначает число полюсов машины. У двигателей с индексом F (MTF, MTKF) применены изоляционные материалы класса нагревостойкости F; с индексом Н (МТН, МТКН) - нагревостойкости Н. Например, марка MTF-411-8 расшифровывается так: крановый электродвигатель с фазным ротором, 4-й величины, 1-й длины, восьмиполюсный с изоляционными материалами класса F. Двигатели переменного и постоянного тока выпускаются в закрытом исполнении. При температуре охлаждающего воздуха 40 °С допускаемое превышение температуры равно 100 °С для изоляции класса F и 125 °С для изоляции класса Н.
Тормозные генераторы, электромагниты, толкатели
Вихревой генератор. Вихревой тормозной генератор применяется для регулирования частоты вращения электродвигателя грузоподъемной лебедки грузопассажирских подъемников. Он предназначен для совместной работы с электродвигателем мощностью 16...30 кВт.
Генератор состоит из трех основных частей: стального статора 3 с внутренними полюсами в виде зубцов, обмотки возбуждения 4, расположенной на статоре между зубцами, и короткозамкнутого ротора 2. Статор генератора крепится на фланце к корпусу электродвигателя или редуктора. Короткозамкнутый ротор насаживается на вал двигателя или на первичный вал редуктора. Ротор с торца закрыт крышкой 1 с жалюзи для вентиляции.
Обмотка возбуждения питается постоянным током. Когда в обмотке проходит ток, в воздушном зазоре между полюсами статора образуется неподвижное многополюсное магнитное поле. При вращении ротора стержни его короткозамкнутой обмотки пересекают неподвижное магнитное поле, вследствие чего в них возникают электродвижущая сила и вихревые токи, замыкающиеся через торцовые кольца ротора. Взаимодействие токов в стержнях ротора с неподвижным магнитным полем статора создает тормозной момент, величина которого зависит от частоты вращения ротора и тока в обмотке возбуждения, а направление момента всегда противоположно направлению вращения ротора генератора. При соответствующем токе в обмотке возбуждения тормозной момент генератора дополнительно нагружает двигатель лебедки подъемника и позволяет осуществить плавное торможение и остановку кабины как при ее подъеме, так и при опускании.
Тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели
Тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели служат для растормаживания колодочных тормозов
Электромагниты разделяются по роду питания на электромагниты переменного и постоянного тока, а по величине хода якоря — на длинно- и короткоходовые.
На подъемниках обычно применяют короткоходовые электромагниты однофазного переменного тока МО (рис.). Магнитопровод у этих электромагнитов выполнен из собранных в пакет изолированных листов электротехнической стали. Он состоит из неподвижного ярма 1 и поворачивающегося якоря 6. Пакет ярма склепан с двумя угольниками 3 и двумя опорными стойками 10. Катушка 5 электромагнита крепится на ярме с помощью крышки 4.
На ярме укреплен короткозамкнутый виток 2, который устраняет вибрацию и гудение электромагнита. Пакет якоря склепан с двумя щеками 8, которые через ось 9 шарнирно соединены со стойками 10. В прорези щек установлена поперечная планка 7. При повороте якоря она упирается в шток колодочного тормоза и перемещает его, обеспечивая отход тормозных колодок от шкива тормоза.
Рис. Однофазный электромагнит МО:
1 - ярмо, 2 - короткозамкнутый виток, 3 - угольник, 4 - крышка, 5 - катушка, 6 - якорь, 7 –поперечная планка, 8 - щека якоря, 9 — ось, 10 –стойка.
Рис.Электрогидравлический толкатель:
1 - электродвигатель, 2 - корпус, 3 - насос, 4 - поршень, 5 - цилиндр, 6, 9 - пробки, 7 — шток,8, 12 - уплотнительные кольца, 10 - крышка, 11-– колодка зажимов, 12 – резиновое кольцо
Электрогидравлический толкатель (рис.) состоит из короткозамкнутого электродвигателя 1 и корпуса 2 с крышкой 10. На валу электродвигателя закреплена крыльчатка центробежного насоса 3. В цилиндре 5 перемещается поршень 4. Шток 7 поршня соединяется с рычажной системой тормоза. На верхней крышке установлено резиновое у плотни тельное кольцо 8, препятствующее выходу масла при движении штока. Для подключения электродвигателя предназначена колодка 11зажимов. Масло в толкатель заливают через верхнее заливочное отверстие, закрываемое пробкой 9. Пробка 6 служит для контроля уровня масла. Места соединения корпусных деталей толкателя уплотнены маслостойкими резиновыми кольцами 12.
При включении электродвигателя начинает работать центробежный насос, вследствие чего под поршнем создается избыточное давление масла. Под давлением поршень со штоком поднимаются в верхнее положение. При этом масло, находящееся над поршнем, выталкивается через каналы в корпусе к нижней части крыльчатки центробежного насоса. Поршень со штоком находится в верхнем положении до тех пор, пока включен электродвигатель толкателя и работает насос. Напорное усилие толкателя не зависит от положения поршня. С увеличением внешней нагрузки до максимального напорного усилия толкателя поршень останавливается. При этом не происходит ни перегрузки двигателя, ни механических повреждений элементов толкателя и его электродвигателя.
Недостаток электрогидравлических толкателей - сравнительно большое время обратного хода штока с поршнем (0,25...0,37 с). Поэтому наложение колодок на тормозной шкив происходит не сразу после выключения электродвигателя толкателя, а через некоторый промежуток времени. А так как двигатель толкатели и силовой двигатель механизма подъема отключаются одновременно, то силовой двигатель оказывается выключенным, но незаторможенным на указанное время, что значительно затрудняет остановку грузонесущего органа на заданной высоте.
При температуре окружающей среды - 15... +50 °С в толкатель заливают трансформаторное масло (ГОСТ982-80), а при температуре до - 40 °С - масло АМГ-10 (ГОСТ6794-75). Если уровень масла меньше нормы, толкатель может работать неустойчиво или вообще не будет работать. В этом случае доливают масло до уровня контрольной пробки 6. Категорически запрещается заливать в толкатель неэлектроизоляционные масла.
Контрольные вопросы
1. Назначение и устройство электрогидравлического толкателя.
2. Назначение и устройство тормозных электромагнитов и их типы.
3. Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя.
4. Типы крановых электродвигателей и их особенности.
5. Чем характеризуется повторно-кратковременный режим работы крановых электродвигателей? Объяснить их режим работы.
6. Как влияет изменение напряжения в сети на работу крановых электродвигателей? Допустимое падение напряжения в сети.
7. Способы сушки обмоток электродвигателя.
2.2.3. Аппараты управления электроприводом.
Аппараты для нечастой коммутации,замыкания и размыкания электрическихцепей
Рубильники, силовые шкафы. Рубильники и силовые шкафы служат для нечастой коммутации электрических потребителей переменного или постоянного тока напряжением до 500 В и применяются в основном для подключения подъемников к внешней сети.
Рубильник (рис. а)имеет один или несколько подвижных ножей 1, шарнирно закрепленных в контактных стойках 6. Ножи связаны траверсой 3 из изоляционного материала. При включении рубильника ножи вводят в контактные губки 2. К губкам присоединены провода от внешней сети, а к контактным стойкам ножей — провода или жилы кабеля, идущие к подъемнику. Рубильником управляют (включают и отключают) с помощью рукоятки 4. Рубильник обязательно закрывают кожухом.
У рубильника, предназначенного для отключения больших токов, рукоятка чаще располагается сбоку и соединяется с ножами через рычажную систему.
Силовой шкаф (рис. б) изготовлен из листового металла. В этом шкафу на изоляционной плите смонтированы: рубильник 8, механизм его управления с помощью боковой рукоятки 9 и плавкие предохранители 10. Рукоятка имеет блокировочное устройство, благодаря которому нельзя открыть дверку шкафа при включенном рубильнике и включить рубильник при открытом шкафе. На дверке шкафа с внутренней стороны обычно установлены пружинящие держатели для запасных предохранителей. Для безопасной эксплуатации шкаф 7 и кожух рубильника заземляют.
Рис. Аппараты для нечастой коммутации:
а - рубильник,
б - силовой шкаф
1 - нож, 2 - контактные губки, 3 – траверса, 4, 9 – рукоятки, 5 – изоляционная плита, 6 – контактная стойка, 7 – шкаф, 8 – встроенный рубильник, 10 – предохранители, 11 – зажим заземления, 12 – запасные предохранители
Автоматические выключатели.Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей в случае нарушения нормальных условий работы (например, при перегрузке или коротком замыкании), а также для нечастого включения или выключения электрических цепей.
Автоматический выключатель состоит из основания с крышкой, коммутирующего устройства, дугогасительных камер, механизма управления и расцепителей максимального тока. На пластмассовом основании 1 под крышкой 2 смонтированы все части автомата. Коммутирующее устройство включает неподвижные 3 иподвижные 4 контакты. Неподвижные контакты укреплены на основании, а подвижные — на общей изолирующей траверсе 5. Дугогасительные камеры 18, расположенные над контактами каждого полюса, имеют две щеки из изоляционного материала и несколько металлических пластин, укрепленных между щеками.
Механизм управления состоит из рычажной системы, рабочих и вспомогательных пружин и приводной рукоятки 7. Коммутационное положение контактов автомата определяется положением рукоятки: во включенном положении она занимает крайнее верхнее положение, в выключенном — крайнее нижнее, в отключенном расцепителе — среднее. На рис. а автомат показан в отключенном положении после срабатывания расцепителя максимального тока. Для подготовки автомата к включению рукоятку 7 перемещают вниз, чтобы фигурный рычаг 6 повернулся и нижним концом вошел в зацепление с зубом рычага 11. Положение рычажной 
системы механизма управления для этого состояния показано на рис. б.
Для включения автомата его рукоятку перемещают в крайнее верхнее положение. При этом изменяется направление действия пружины 8. Рычаги 9 поворачиваются друг относительно друга, перемещаются вверх от среднего положения (рис. б) и замыкают контакты 5 и 4 автомата.
Автомат отключается при срабатывании расцепителей максимального тока. По принципу действия расцепители бывают: тепловые, электромагнитные и комбинированные, состоящие из последовательно соединенных теплового и электромагнитного расцепителей.
Тепловой расцепитель состоит из термоэлемента 14 ибиметаллической пластины 13, которая при нагревании изгибается (пластина нагревается от термоэлемента, если по нему проходит ток перегрузки). При изгибании пластины ее свободный конец перемещается вниз и, преодолевая усилие пружины 10, через тягу 12 поворачивает рычаг 11. Зуб рычага выходит из зацепления с фигурным рычагом 6. Под действием пружины 8 фигурный рычаг поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол и изменяет положение рычагов 9. При этом отключается автомат с выдержкой времени, находящейся в обратной зависимости от силы тока. Следовательно, чем больше ток, тем меньше времени требуется для отключения автомата.
Электромагнитный расцепитель состоит из катушки 16 и якоря 15. При возникновении тока короткого замыкания сердечник мгновенно втягивается в катушку. При этом рычаг 11 поворачивается, освобождает от зацепления с зубом фигурный рычаг и автомат отключается без выдержки времени.
Автоматы включают в линию питания подъемника от внешней сети для защиты от перегрузки и токов короткого замыкания, а иногда автоматы применяют также для защиты цепей управления.
Контроллеры
Контроллеры служат для управления работой двигателя, т. е. его включения, регулирования частоты вращения, остановки и изменения направления движения (реверсирования).
Контроллеры, применяемые для управления двигателями крановых механизмов, по принципу работы разделяются на два вида: непосредственного управления (силовые, замыкающие или размыкающие силовые цепи двигателя с помощью контактных устройств контроллера с ручным приводом); дистанционного управления (магнитные, управляемые с помощью командоконтроллеров, переключающих цепи управления).
Силовыми контроллерами служат кулачковые контроллеры переменного тока ККТ.
Основные части кулачкового контроллера: контактные элементы и вал 5 с кулачковыми шайбами 4. Каждый контактный элемент состоит из основания 1, подвижного рычага 2 с роликом и подвижным контактом и приводной пружины 3, обеспечивающей замыкание подвижного и неподвижного контактов. Контактные элементы крепятся к корпусу 8 контроллера. Вал с кулачковыми шайбами (кулачковый барабан) вращается в подшипниках, закрепленных в корпусе контроллера. Кулачковый барабан поворачивается рукояткой 6, насаженной на выступающий конец вала.
Контроллеры ККТ — двухрядные, т. е. каждая шайба кулачкового барабана управляет одновременно двумя контактными элементами. Пока ролик рычага 2 контактного элемента находится во впадине кулачковой шайбы 4, контакты, замкнуты под действием пружины 3. Если вал повернуть в такое положение, что ролик будет находиться на гребне кулачка, рычаг 2 повернется и контакты разомкнутся. Применяя шайбы различного профиля, получают необходимую последовательность замыкания и размыкания контактов. Контроллеры имеют фиксирующий механизм, благодаря которому остановка вала кулачкового барабана происходит в положении, соответствующем полному замыканию или полному размыканию контактов. Токоведущие элементы контроллеров закрываются съемными крышками 7.
Контроллеры выпускаются двух видов: для управления одним и двумя двигателями. Контроллеры первого вида имеют четыре контактных элемента для замыканий статорной цепи двигателя, три контактных элемента цепи управления и пять или семь контактных элементов для замыкания роторной цепи. Контактные элементы статорной цепи двигателя у них закрываются перегородками из теплостойкого материала. Контроллеры для управления двумя двигателями не имеют контактов статорной цепи. У этих контроллеров три контакта цепи управления и две самостоятельные группы - контактов роторной цепи отдельно для каждого электродвигателя. Статоры двигателей включаются в сеть с помощью специальных электромагнитных аппаратов — реверсоров.
Магнитные контроллеры представляют собой панель (раму) в открытом или защищенном исполнении, на которой размещены контакторы, реле управления, плавкие предохранители и другие аппараты управления и электрической защиты. Для управления двигателями всех механизмов на кранах последних моделей применяют комплектные магнитные контроллеры, в которых кроме аппаратов управления и защиты установлены выпрямители, магнитные усилители и трансформаторы; все электрооборудование размещено в нескольких пылебрызгозащищенных шкафах, установленных на общем каркасе; в верхней части каркаса помещаются пускорегулирующие реостаты всех двигателей.
Для управления катушками контакторов и реле магнитного контроллера обычно служит командоконтроллер. Командоконтроллер имеет такой же принцип работы, как и кулачковый контроллер ККТ, но количество переключаемых цепей у него меньше, а контакты мостикового типа имеют небольшие размеры и рассчитаны на небольшой ток.
Магнитные контроллеры обладают рядом преимуществ по сравнению с силовыми. Магнитные контроллеры любой мощности управляются с помощью малогабаритного аппарата — командоконтроллера без применения значительного мускульного усилия машиниста. Магнитные контроллеры могут быть установлены вне кабины, в любом месте на кране. Контакторы магнитных контроллеров более износоустойчивы, чем контакты кулачковых контроллеров. Применение магнитных контроллеров позволяет автоматизировать операции пуска и торможения двигателя, что упрощает управление приводом и предохраняет двигатель от перегрузок. Однако магнитные контроллеры имеют значительно более сложную схему и большее количество электроаппаратов, чем силовые.
Контакторы и магнитные пускатели. Контактором называется электрический аппарат для замыканий и размыканий электрических цепей, приводимый в действие с помощью электромагнита. В зависимости от рода тока различают контакторы постоянного и переменного тока.
По числу одновременно переключаемых цепей контакторы разделяют на одно- и многополюсные. На грузоподъемных машинах чаще применяются трехполюсные контакторы переменного тока.
Трехполюсный контактор переменного тока (рис.) состоит из трех основных частей: магнитной системы, системы главных контактов и системы блок-контакте в. Магнитная система включает в себя неподвижную часть — ярмо 1, катушку 2 и подвижную часть — якорь 3. Ярмо и якорь контакторов переменного тока склепаны из тонких, пластин электротехнической стали. Система главных контактов состоит из неподвижных 9 и подвижных 10 контактов, к которым подводятся провода переключаемой цепи. Подвижные контакты укреплены на одном валу с якорем. Блок-контакты 6 и 7, также соединенные с валом якоря, служат для электрических переключений в цепях управления, в которые включена катушка контактора. Главные контакты делают массивными, рассчитанными на большой ток, а блок-контакты небольшими, так как ток в цепи управления обычно не превышает 5 А.
При включении катушки контактора в сеть с соответствующим напряжением в магнитной системе контактора возникает магнитный поток. Под действием этого потока якорь притягивается к ярму. Вал 4 поворачивается вместе с якорем, и укрепленные на нем подвижные контакты 10 соединяются с соответствующими неподвижными контактами 9. На рычагах подвижных контактов установлены пружины, которые обеспечивают равномерную плотность прижатия одних контактов к другим. Одновременно с силовыми контактами замыкаются блок-контакты 7 и размыкаются блок-контакты 6. При отключении катушки от сети магнитный поток исчезает, якорь отпадает от ярма под действием пружин контактов и собственной силы тяжести, силовые контакты и блок-контакты 7 замыкаются, а блок-контакты 6 размыкаются. Поэтому блок-контакты 6 называются размыкающими, а блок-контакты 7 — замыкающими.
Рис. Трехполюсный контактор переменного тока:
1 — ярмо, 2 — катушка,
3— якорь, 4 — вал,
5 — соединение подвижного контакта, 6, 7 — блок-контакты,
8—-дугогасительная камера,
9, 10 — контакты,
11 — коротко-замкнутый виток,
12— пружина
При размыкании электрических цепей, находящихся под нагрузкой, между силовыми контактами возникает электрическая дуга, мощность которой зависит от напряжения, рода тока и его величины. Электрическая дуга, даже кратковременно образующаяся между контактами, служит причиной их износа, подгорания и разрушения. Для сокращения времени горения дуги применяется деионное или электромагнитное принудительное гашение дуги. В обоих случаях силовые контакты заключают в дугогасительную камеру 8, выполненную из жаростойкого материала. Камера служит для охлаждения и гашения дуги, а также предотвращает переброс ее на соседние аппараты или заземленные части. Работа контактора со снятыми дугогасительными камерами недопустима. Если мощность контактов небольшая, то принудительного гашения дуги не применяют, но между полюсами контактора, т. е. между парами контактов, ставят перегородки, препятствующие перебросу дуги на контакты соседних полюсов.
Ток в катушке переменного тока в течение секунды 100 раз снижается до нуля (при частоте 50 Гц), соответственно снижается и тяговое усилие электромагнита. В этот момент якорь может несколько отходить от ярма, поэтому электромагнит контактора будет работать с вибрацией и гудением. Чтобы устранить эти явления, на торцы ярма и якоря надевают коротко замкнутые витки 11, благодаря которым магнитный поток не уменьшается до нуля. При исправных коротко замкнутых витках магнитная система контактора работает с легким гудением, без заметной вибрации.
Магнитным пускателем называется малогабаритный контактор специального исполнения, предназначенный для пуска, остановки и реверсирования асинхронных короткозамкнутых двигателей, а также для коммутации (замыкания и размыкания) других электрических цепей. Магнитный пускатель рассчитан на меньшее число включений и меньший ток. В отличие от контактора он может иметь встроенный тепловой расцепитель, предохраняющий двигатель при перегрузке.
Обозначение пускателей состоит из букв (ПМЕ, П, ПА) и трех цифр, которые означают:
- первая (0,1, 2 или 3) — величину (габарит) пускателя;
- вторая — исполнение по роду защиты и количеству замыкающих (3) и размыкающих (Р) контактов (1,4 и 7 — открытое исполнение с 43 + 2Р или 4Р; 2,5 и 8 — защищенное исполнение с 43 + 2Р или 4Р; 3,6 и 9 — пыленепроницаемое исполнение с 43 + 2Р или 4Р);
- третья — функции пускателя и наличие в нем реле (1 — нереверсивный без реле; 2 — нереверсивный с реле; 3 — реверсивный без реле; 4 — реверсивный с реле)
Реле. На кранах применяют реле управления и защиты. К реле управления относятся реле времени, промежуточные и минимального тока, реле защиты – реле максимального тока и тепловые (температурные).
Промежуточное реле. Промежуточное реле применяют в качестве вспомогательного аппарата, когда основной аппарат не обладает достаточным количеством контактов, основного аппарата недостаточно для размыкания или замыкания цепи.
Промежуточные реле (рис) выпускают с катушками постоянного и переменного тока. Такие реле имеют от трех до шести контактов 1. Подвижные контакты реле - мостикового типа - укреплены на одном стержне с якорем 2. Когда катушка 4, находящаяся на ярме магнитной системы реле, включается в сеть, якорь притягивается к ярму и контакты срабатывают, т. е. замыкают или размыкают неподвижные контакты, находящиеся на корпусе реле, выполняя при этом необходимые переключения в схеме. Контакты реле рассчитаны на ток до 20 А.
Рис. Промежуточное реле:
/ - контакты, 2 - якорь, 3 - ярмо, 4 - катушка, 5 - скоба
Реле времени. Реле времени применяют на некоторых грузоподъемных машинах для автоматического замыкания и размыкания цепей управления с заданной выдержкой времени. Электромагнитная система реле устроена таким образом, что при включении катушки реле в сеть якорь реле притягивается к ярму, а при выключении катушки она автоматически закорачивается и магнитный поток в магнитной системе реле, сохраняющийся на некоторое время, удерживает якорь в притянутом состоянии. После ослабления магнитного потока возвратная пружина отрывает якорь от ярма и размыкает коммутационные контакты. Время, в течение которого якорь находится в притянутом к ярму состоянии после отключения катушки от сети, называется временем выдержки. Это время зависит от типа реле, его регулировки и находится в пределах 0,2...3 с.
Максимальное реле. Максимальное реле, или реле максимального тока (рис), служит для защиты электродвигателя от повреждения при его перегрузке или замыкания.
Реле устроено так. На вертикально расположенной латунной трубке 2 снаружи надета катушка 3 из толстой изолированной проволоки, а внутри трубки, в ее нижней части, находится стальной цилиндрический стержень (якорь) 4. Катушка реле включается последовательно в фазу цепи двигателя. При протекании тока по катушке создается магнитное поле, возрастающее с увеличением тока.
Рис. Максимальное реле: 1- стержень, 2 - трубка, 3 – катушка, 4 – подвижный сердечник (якорь), 5 – флажок, 6 – шкала, 7 – регулировочный винт, 8 – скоба, 9 - изолирующая колодка,10 - контакты, 11 - коромысло, 12 - ось, 13 – пружина
Если ток в катушке превышает заданную величину, стержень поднимается, втягиваясь в катушку, при этом якорь воздействует на латунный стержень / и, преодолевая усилие пружины 13, поднимает его, а вместе с ним поднимается коромысло 11, рабочие контакты 10 размыкаются, разрывают цепь катушки магнитного пускателя и двигатель отключается.
Реле регулируется на необходимый ток срабатывания вращением гайки 7 в соответствии со шкалой 6 указателя: чем ниже опущен стержень (якорь) в латунной трубке, тем больший ток необходим для срабатывания реле.
Тепловое реле. Тепловое реле служит для защиты электродвигателя от небольших, но длительных перегрузок, при которых ток двигателя на 10...20 % превышает номинальный. Реле срабатывает при определенной температуре, зависящей от тока в цепи двигателя.
Рис. Тепловое реле:
3 -рычаг, 4 - пружина, 5 - контакты, 6 – биметаллическая пластина
Основной элемент реле - биметаллическая пластинка 6, состоящая из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластинки рабочим током, проходящим по расположенному рядом с ней нагревательному элементу /, она изгибается в сторону металла с меньшим температурным коэффициентом линейного расширения. Конец пластинки, поднимаясь, освобождает рычаг 3, который под действием пружины 4 поворачивается против часовой стрелки. Соединенная с рычагом тяга размыкает контакты реле, в результате чего отключается контактор или магнитный пускатель, с помощью которого двигатель был включен в сеть. В исходное положение реле возвращают вручную, нажатием на возвратное устройство 2, после того как биметаллическая пластинка остынет в течение 60...90 с.
Реле срабатывает с выдержкой времени, находящейся в обратной зависимости от силы тока; чем больше ток в нагревателе, тем меньше времени требуется для нагрева биметаллической пластинки, а, следовательно, и для срабатывания реле.
Плавкие предохранители. Плавкие предохранители предназначены для защиты электрооборудования и электрических сетей от больших токов, способных их повредить. Эти токи могут возникать при коротких замыканиях и значительных перегрузках (на 50 % и более).
Основной рабочий элемент предохранителей - проводник обычно низкой температуры плавления и определенной площади поперечного сечения. Через этот проводник проходит ток защищаемой цепи. При увеличении тока в цепи проводник нагревается этим током, расплавляется и размыкает предохраняемую цепь.
На подъемниках для предохранения силовых цепей электродвигателей применяют трубчатые предохранители, а для цепей освещения и сигнализации - пробочные (резьбовые).
Трубчатый предохранитель состоит из патрона (трубки) с укрепленными на его концах контактными наконечниками в виде колпачков или ножей, к которым присоединены концы легкоплавкого калиброванного проводника, находящегося внутри патрона. При установке предохранителя его контактные наконечники входят в пружинящие зажимы предохранительного щитка.
Патроны предохранителей изготовляют из фибры, фарфора или стекла. Фибра при плавлении находящегося в патроне калиброванного проводника частично разлагается, образовавшиеся при этом газы обладают дугогасящим свойством. Патроны из других материалов с этой же целью заполняются сухим кварцевым песком.
Пробочные предохранители также имеют легкоплавкий проводник определенного сечения, но он находится в канале фарфорового корпуса предохранителя, который заканчивается резьбовой частью (цоколем) и торцовым контактом. Один конец легкоплавкого проводника плотно соединен (приварен или припаян) с резьбовой частью цоколя, а другой - с его торцовым контактом.
Пробочные предохранители ввертывают в резьбовое гнездо предохранительной колодочки. При этом торцовый контакт предохранителя должен плотно примыкать к контакту, находящемуся в глубине гнезда. При неплотном примыкании между контактами возникает искрение и, как следствие, нагрев, контакты окисляются и в некоторых случаях нарушается электрическая цепь.
Перегоревшие предохранители заменяют новыми с плавкой вставкой, рассчитанной на тот же ток.
Резисторы. Применяемые в электрооборудовании кранов резисторы делятся на пускорегулирующие, включаемые в силовые цепи электродвигателей, и используемые в цепях управления и сигнализаии.
Пускорегулирующие резисторы (реостаты) включаются в цепь ротора электродвигателя и служат для плавного разгона, торможения и регулирования частoты вращения электродвигателя.
На кранах применяются резисторы из фехралевой, реже константановой проволоки или фехралвой ленты. Константан и фехраль — это сплавы, обладающие большим удельным сопротивлением: у константана более чем в 25 раз, у фехраля в 75 раз превышающим удельное сопротивление меди. Сопротивление этих сплавов почти не изменяется от температуры. Они рассчитаны на работу при высоких температурах, °С: для константана предельная температура — 300, для фехраля — 350.
Пускорегулирующие резисторы бывают проволочные и ленточные. В проволочных резисторах на металлические держатели 5, изолированные по граням фарфоровыми изоляторами 3, намотана константановая проволока 2. Несколько таких элементов, собранных в пакет и стянутых шпильками между двумя стальными боковинами, составляют ящик резисторов. С помощью медных оголенных перемычек 4 из элементов собирают пускорегулирующий реостат по определенной схеме. 'Элементы ленточных резисторов выполняют из намотанной на ребро ленты 6, укрепленной на стальном держателе с помощью фарфоровых изоляторов 7. Эти элементы собирают в ящике так же, как проволочные резисторы.
Пускорегулирующий реостат в зависимости от мощности и назначения двигателя состоит из одного или нескольких ящиков резисторов, которые могут быть комбинированными, состоящими из прополочных и ленч очных элементов.
Реостаты включают в цепь ротора двигателя или выключают (закорачивают) их в процессе работы с помощью контроллеров. Резисторы рассчитаны, как правило, только на кратковременное включение при пуске или торможении двигателя. Длительная pa6ота двигателей с включенными реостатами (когда рукоятка контроллера не установлена в крайнее положение) недопустима, так как при этом резисторы сильно перегреваются.
Ящики резисторов защищают от попадания в них посторонних предметов и атмосферных осадков. Для того чтобы между элементами резисторов свободно циркулировал воздух, и защитных кожухах делают жалюзи или отверстия.
Резисторы в цепях управления и сигнализации выполняют функцию ограничения напряжения или тока, проходящего через катушки реле, обмотки возбуждения тормозных машин, магнитных усилителей и т. д. Эти резисторы состоят из константановой или нихромовой проволоки, намотанной либо на керамическую трубку и покрытой защитным слоем стекловидной эмали (проволочные эмалированные резисторы), либо на трубчатый фарфоровый изолятор без защитного покрытия. Резисторы устанавливаются в горизонтальном или вертикальном положении на панелях магнитных контроллеров и в ящиках выпрямителей. Эти резисторы рассчитаны на длительный режим работы.
Конечные выключатели. Конечные выключатели служат для ограничения действия механизмов крана, включения цепей сигнализации, а также используются в качестве выключателей блокировки.
По принципу работы конечные выключатели разделяют на рычажные, срабатывающие при действии на них отключающих устройств, и приводные, которые жестко связаны с валом механизма и срабатывают после поворота вала выключателя на определенный угол (после определенного числа оборотов, совершенного валом механизма).
На кранах применяют рычажные выключатели КУ и приводные ВУ.
Рычажный конечный выключатель (рис. а) работает таким образом. Под действием пружины 7 рычаг 5 выключателя занимает такое положение, при котором контактный мостик 2 замыкает неподвижные контакты 1. Если на ролик 6 рычага воздействовать внешней силой {по стрелке), то рычаг повернется вокруг оси на некоторый угол, контакты 1 разомкнутся, а контактный мостик 3 замкнет неподвижные контакты 4. Контакты 1 называются размыкающими, контакты 4 — замыкающими.
Конечные выключатели, устанавливаемые в ограничителях или применяемые в качестве выключателей блокировки, имеют размыкающие контакты. Замыкающие контакты выключателей применяют только в цепях сигнализации. Контакты конечных выключателей рассчитаны на небольшие токи, их можно включать в цепи управления катушек контакторов и реле.
Рычажный выключатель состоит из установленных в корпусе двух кулачковых элементов и кулачкового барабана, соединенного с рычагом. Рычаг может устанавливаться в различные положения относительно корпуса.
Рычажные выключатели выпускают четырех исполнений, различающихся приводными механизмами. Выключатель КУ-701 (рис. б) имеет рычаг 9 с самовозвратом и фиксацией в нулевом положении. Барабан выключателя имеет три положения: выключенное влево, нулевое и выключенное вправо. У выключателя КУ-704 (рис. в) вместо рычага на валу установлен сектор 10 с тремя фиксированными положениями, без самовозврата. Выключатель КУ-703 (рис. г) имеет рычаг 11 с противовесом и связанный с рычагом груз 12. Рычаг этого выключателя фиксируется в крайних положениях, а барабан имеет два положения. У выключателя КУ-706 (рис. д) на общем валу укреплены два рычага 13, фиксирующихся в крайних положениях, при двух положениях кулачкового барабана.
Приводной конечный выключатель ВУ-250А (рис. е) имеет встроенный редуктор с передачей 1:50. Пятидесяти оборотам входного вала 14 выключателя соответствует один полный оборот выходного вала редуктора. На валу редуктора установлены регулируемые кулачковые шайбы, которые замыкают и размыкают контакты выключателя при заданном числе оборотов.
Кроме указанных конечных выключателей применяют выключатели других типов, отличающиеся малыми габаритами и небольшим перемещением отключающихся рычагов (штоков) – ВП-16, ВК-300.
Выключатель ВП-16 состоит из металлического корпуса с герметичной крышкой.Корпус внутри разделен на два отсека, в одном из них расположен контактный блок, а в другом — механизм мгновенного действия. В месте расположения этого механизма находится приводной валик, на внешнем конце которого закреплен рычаг с роликом. На внутреннем конце валика есть поводок в виде подпружиненного зуба, который при повороте валика воздействует на контактную систему выключателя таким образом, что его одни контакты мгновенно замыкаются, а другие также мгновенно размыкаются. Действие контактов обеспечивается пружинным механизмом, расположенным в корпусе выключателя. При снятии нагрузки с ролика он при помощи селективных пружин выключателя возвращается.
Аппараты ручного управления. Для управления механизмами применяют кнопки управления и кнопочные станции, обычные и пакетные выключатели, универсальные переключатели.
Кнопки управления служат для замыкания и размыкания цепей, питающих катушки контакторов, магнитных пускателей и реле, а также для включения звукового сигнала. Кнопка состоит из стержня с головкой (толкателем), смонтированного на стержне контактного мостика, и неподвижных контактов, укрепленных на корпусе кнопки. Толкатель удерживается в исходном положении возвратной пружиной. Кнопки имеют обычно замыкающие и размыкающие контакты, электрически не связанные один с другим. Контакты кнопок выдерживают ток до 5 А. Толкатели кнопок часто снабжаются надписями Пуск или Стоп. Кнопки Стоп обычно имеют красный цвет.
Комплект кнопок, встроенный в общий кожух, называется кнопочной станцией, или кнопочным постом. На грузовых подъемниках чаще применяют переносные кнопочные станции с пластмассовым кожухом. К кнопкам подводят ток напряжением не более 220 В. Кожух кнопок, если он металлический, заземляют.
Пакетные выключатели применяют в кранах для включения цепей управления, освещения и нагревательных приборов. Пакетные выключатели состоят из двух основных частей: контактной системы и переключающего механизма. Контактную систему набирают из секций. Каждая секция представляет собой изолятор, в пазах которого находятся неподвижные контакты с зажимами для подсоединения проводов. Подвижные контакты выключателя — скользящие. Секции (до семи) объединяют в пакет и закрепляют между пластиной основания и крышкой выключателя стяжными шпильками. Пакетный выключатель включают и выключают, поворачивая центральный стержень за рукоятку. Благодаря заводному пружинному устройству переключающий механизм обеспечивает мгновенные размыкание и замыкание контактов независимо от скорости поворота рукоятки, что уменьшает искрение в замыкающихся контактах и увеличивает срок их службы.
Полупроводниковые выпрямители служат для выпрямления переменного тока в постоянный, который применяют на кранах для питания обмоток возбуждения тормозных машин и тормозных электромагнитов, цепей управления катушек контакторов и магнитных усилителей, для динамического торможения асинхронных двигателей, а также питания цепей ограничителей грузоподъемности и анемометров.
Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и непроводниками электрического тока. В схемах кранов применяются селеновые, германиевые и кремниевые выпрямители (элементы).
У селенового элемента (рис. 87, а) опорным электродом служит алюминиевая пластина I, покрытая слоем висмута 2. На пластину наносится слой аморфного селена 3, подвергнутый термообработке и осернению, который обладает дырочной проводимостью (р-проводи-мость). Сверху этого слоя наносится сплав олова и кадмия 5. Атомы кадмия проникают в слой селена и играют роль донорной примеси, образуя в селене слой селенида кадмия 4, обладающий электронной проводимостью (п-проводимостью). Следовательно, внутри селена создается переход р -п, обладающий вентильными свойствами. Благодаря этому слою селеновый элемент пропускает ток в одном направлении (прямом) — от алюминиевой пластины к сплаву олова с. кадмием и не пропускает его в обратном направлении. Селеновые элементы 7 собирают на шпильках 8 в столбы (рис. б). Для включения в цепь столбы имеют контактные зажимы 6.
Основой германиевого диода (рис. 87, в) служит пластинка из кристаллического германия 13 с примесью сурьмы или мышьяка, обладающего п-проводимостью. Пластинка 13 спаяна с каплей индия 12. В результате диффузии атомы индия проникают в германиевую пластинку и образуют в ней слой с р-проводимостью (дырочной). Выпрямитель помещается в герметизированный корпус 9 с выводами — электродами 11 и 14. Неуправляемый кремниевый выпрямитель (диод) состоит из слоя кристаллического кремния с примесью фосфора или сурьмы (л-проводимость), сплавленного с пластиной алюминия. В результате диффузии алюминия в кремнии образуется слой с р-проводимостью. Управляемый кремниевый выпрямитель — тиристор (рис. 87, г , д) — имеет четырехслойную монокристаллическую структуру тина п-р--п-р и отдельный управляющий электрод 17.
Под действием прикладываемого к управляющему электроду небольшого входного напряжения можно изменять проводимость тиристора в прямомнаправлении от полностью непроводящего состояния (тиристор закрыт) до полностью проводящего (тиристор открыт). Кремниевые диоды и тиристоры выполняются на большие токи (десятки и сотни ампер) и в схемах кранового электропривода устанавливаются в силовых цепях.
Токоподвод
Кольцевой токосъемник — устройство, передающее электроэнергию с неповоротной части крана на поворотную. Он состоит из контактных колец 9, смонтированных вместе с изоляционными кольцами 13 и фланцами 5 на полой стойке и закрепленных двумя гайками 10 и шайбой 11. Жилы кабелей неповоротной части крепят винтами к контактным кольцам внутренней стороны.
Стойка с кольцами установлена на нижней раме крана. Фланцы 12 скользят во время поворота платформы 4 по фланцам 5. Последние стянуты траверсами 8, на которых закреплены щеткодержатели 6. Фланцы 5 неподвижны относительно поворотной платформы 4. Токоведущие и изолирующие части защищены от пыли и влаги щитком 3, изоляционными резиновыми втулками 14 и кожухом 1.
Кольцевой токосъемник:
1 — кожух, 2 — стойка, 3 — щиток, 4 — поворотная платформа, 5, 12—фланцы, 6 —щеткодержатель, 7 — щетка, 8 — траверса, 9, 13 — контактное и изоляционное кольца, 10 — гайка, 11 — шайба, 14 — изоляционная втулка
Токоподвод мостовых кранов
Назначение кранового токоподвода — подавать на движущийся кран и его механизмы электроэнергию от сети. Как правило, токоподвод к мостовым и консольным кранам осуществляют с помощью троллеев жесткого типа и скользящих по ним при движении крана токоприемников.
Различают главные (цеховые) троллеи, расположенные вне крана, и крановые троллеи, расположенные на мосту. Главных троллеев для передачи трехфазного переменного тока — три. Число крановых троллеев зависит от числа двигателей на крановой тележке и принятой схемы управления. Троллеи с помощью троллеедержателей на фарфоровых изоляторах крепят к подкрановым балкам или конструкциям здания.
Держатель троллеев из уголковой стали:
1 — несущая консоль,
2 — фарфоровый изолятор,
3 — стяжная шпилька,
4 — лапы для крепления,
5 — троллей
Съем тока с троллеев осуществляют скользящие токоприемники, укрепленные на мосту крана. Токоприемник имеет, качающийся рычаг с башмаком, скользящим по троллею (рис. 70). Он изолирован от металлоконструкции моста крана и связан электрически (через вводной силовой ящик) с защитной панелью крана. Башмак токоприемника выполнен из чугуна и обеспечивает необходимое усилие нажатия на троллеи—20—160 Н.
Токоприемник для троллеев, из уголковой стали:
1—троллей,
2 — башмак,
3 — качающийся рычаг,
4 — гибкий провод,
5 — планка,
6 — фарфоровый изолятор,
7—кронштейн
Главные троллеи жесткого типа окрашивают в красный цвет, контактную поверхность оставляют незакрашенной. Наличие силового напряжения на троллеях указывают сигнальные лампы (по одной на каждый троллей), которые загораются при наличии напряжения в сети. В случае секционирования троллеев или наличия в пролете зоны для ремонта кранов каждая секция троллеев должна иметь автономное подключение к сети и соответствующую сигнализацию.
В настоящее время крановые троллеи применяют редко (в основном на металлургических и старых кранах); для подачи электроэнергии к механизмам грузовой тележки мостового крана применяют токоподвод с помощью гибкого кабеля. Кабельный токоподвод на краны применяют также в случаях, когда невозможно защитить троллейный токосъем от воздействия атмосферных осадков агрессивных сред и во взрывоопасных помещениях. Для козловых кранов это единственный способ токоподвода.
Для устройства кабельного токоподвода вдоль подкранового пути крепят жесткую направляющую (стальной уголок) или натягивают вспомогательный тонкий канат, по которым катятся ролики кареток или скользят кольца подвесок. Один конец кабеля жестко прикреплен к выводной коробке на неподвижной конструкции и подключен к силовому распределительному ящику, а другой конец закреплен на мосту крана (возле кабины) или на раме грузовой тележки и подключен к соответствующим электроаппаратам.
Кабельный токоподвод с каретками:
1 — неподвижное крепление кабеля, 2 — каретка, 3 — ролик каретки, 4 — поводок, 5 — зажим, 6 — гибкий кабель, 7 — вспомогательный канат, 8 — опора, 9 — стальной уголок
Чтобы предохранить токоведущий кабель, питающий кран или приводные грузозахватные устройства, от возможного запутывания и повреждения, применяют специальные кабельные барабаны, установленные на мосту, крана (рядом с механизмом передвижения)или на раме грузовой тележки. Встроенная в кабельный барабан пружина или привод от механизма передвижения и подъема груза обеспечивает постоянное натяжение кабеля.
Токосъемное устройство барабана состоит из медных контактных колец, закрепленных на вращающемся валу барабана, с которыми соединены жилы кабеля, и неподвижного щеткодержателя с прилегающими угольными щетками, с которых снимается подводимое напряжение.
В рассмотренных системах токоподвода применяют преимущественно гибкие шланговые кабели общего назначения с резиновой изоляцией марки КРПТ или лифтовые гибкие кабели марки КЛШН. Радиус кривой перегиба кабеля не должен быть менее четырех его диаметров.
Требования «Правил» к аппаратам управления
Аппараты управления должны быть выполнены и установлены таким образом, чтобы управление было удобным и не затрудняло наблюдение за грузозахватным органом и грузом. (2.13.1).
Направление перемещения рукояток и рычагов должно по возможности соответствовать направлению движений механизмов. (2.13.2).
Условные обозначения направлений вызываемых движений должны быть указаны на аппаратах управления и сохраняться в течение срока их эксплуатации. (2.13.3).
Отдельные положения рукояток должны фиксироваться; усилие фиксации в нулевом положении должно быть больше, чем в любом другом положении.
При бесступенчатом регулировании должна быть обеспечена фиксация рукояток только в нулевом положении. (2.13.4).
Кнопочные аппараты, предназначенные для реверсивного пуска механизма, должны иметь электрическую блокировку, исключающую подачу напряжения на реверсивные аппараты при одновременном нажатии на обе кнопки. (2.13.5).
Аппараты для управления с пола должны иметь устройство для самовозврата в нулевое положение; при этом работа механизма возможна только при непрерывном нажатии на кнопку или удержании рукоятки в рабочем положении. (2.13.6).
Аппараты управления должны быть подвешены на стальном тросике такой длины, которая позволяла бы рабочему, управляющему механизмом, находиться на безопасном расстоянии от поднимаемого груза. Аппарат управления должен быть расположен на высоте от 1000 до 1500 мм от пола. (2.13.7).
Для кранов с электрическим приводом включение линейного контактора должно быть возможно только в том случае, если все контроллеры находятся в нулевом положении.
Контакты нулевой блокировки панели управления с индивидуальной нулевой защитой в цепь контактора защитной панели (вводного устройства) могут не включаться. В этом случае в кабине управления должна быть установлена световая сигнализация, информирующая о включении или выключении панели управления. (2.13.8).
При наличии на кране нескольких постов управления должна быть предусмотрена блокировка, исключающая возможность управления одновременно с разных постов. (2.13.9).
Башенные краны для безопасного выполнения их монтажа и испытаний должны быть снабжены выносным пультом управления. (2.13.10).
Контрольные вопросы
1. Назначение и устройство рубильников.
2. Назначение и устройство пакетных выключателей.
3. Назначение и устройство магнитных пускателей.
4. Назначение и устройство кнопок управления.
5. Назначение и устройство контакторов.
6. Назначение и устройство силового контроллера кулачкового типа.
7. Назначение и устройство магнитных контроллеров.
8. Назначение и устройство реле времени.
9. Пускорегулирующие сопротивления. Их назначение, место установки на кране, включение в электрическую схему.
10. Реле максимального тока. Устройство, принцип действия и регулировка.
11. Назначение и устройство теплового реле.
12. Назначение и устройство реле минимального напряжения.
13. Назначение и устройство автоматических выключателей.
14. Назначение и устройство защитной панели.
15. Назначение и устройство предохранителей с плавкой вставкой. Определение тока плавкой вставки для электродвигателя.
19. Назначение концевых выключателей, установленных на грузоподъемных машинах и их типы.
2.2.4. Электрические схемы кранов.
Общие сведения об электрических схемах
Электрические схемы бывают четырех видов: структурные, функциональные, принципиальные и схемы соединений.
На структурной схеме изображают основные функциональные части устройства обычно в виде прямоугольников, объединенных линиями взаимосвязей, на которых стрелками показывают направления хода процессов, происходящих в устройстве. Схема дает самое общее представление об электроустановке.
Функциональная схема показывает процессы, протекающие в функциональных цепях установки. Функциональные части на схеме изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений. Одновременно с линиями взаимосвязей в этих схемах могут показываться конкретные соединения между элементами и устройствами (например, провода). Схема показывает общие принципы работы установки.
Принципиальная электрическая схема содержит полный состав элементов (машин, аппаратов и т. п.) и связей между ними. Электрические машины, аппараты, приборы и связи между ними на принципиальной схеме показывают только в виде условных графических обозначений. Схема дает детальное представление о принципе работы устройства.
Схема соединений (монтажная) показывает тип, сечение, длину провода или кабеля, число жил кабеля и способ прокладки провода или кабеля. Схема дает представление о местонахождении на устройстве каждого провода или кабеля.
Каждому элементу электрической схемы (машине, аппарату, прибору) присваивается условное буквенно-цифровое обозначение, состоящее в общем случае из трех частей, указывающих вид элемента, его функцию и номер. Вид и номер являются обязательной частью обозначения и присваиваются всем элементам схемы. При разнесённом способе изображения элемента к его номеру может добавляться условный номер изображенной части элемента. Этот номер отделяется от основного номера точкой.
Обязательные буквенные обозначения элементов, применяемых в схемах подъемников
А — устройство, усилитель.
С — конденсатор.
Е — разные элементы (нагревательный — ЕК, электролампа — EL).
F — предохранитель, защитное устройство (плавкий предохранитель — FV).
G — генератор, источник питания (батарея — GB).
Н — устройства индукционные и сигнальные (прибор звуковой сигнализации, например сирена, звонок — НА, прибор световой сигнализации, например световое табло — HL).
К — реле, контактор, пускатель (контактор или магнитный пускатель — КМ, реле токовое — КА, реле тепловое — К.К, реле напряжения — KV, реле времени — КТ).
М — электродвигатель.
Р — прибор, измерительное оборудование (амперметр — РА, вольтметр — PV, ваттметр — PW).
Q — выключатели и разъединители в силовых цепях (выключатель автоматический — QF).
R — резистор (потенциометр — RP).
S — устройства коммутационные в цепях управления, сигнализации и измерительных (выключатель или переключатель — SA, выключатель кнопочный — SB, автомат, не имеющий контактов в силовых цепях, — SF, выключатель, срабатывающий от различных воздействий, например от положения, конечный — SQ, от частоты вращения — SR).
Т — трансформатор, автотрансформатор (трансформатор тока — ТА, трансформатор напряжения — TV).
V — приборы электровакуумные и полупроводниковые (диод — УД, транзистор — VT, тиристор — VS).
X — соединения контактные (токосъемник, контакт скользящий — ХА, штырь — ХР, гнездо — XS).
Y — устройства механические с электромагнитным приводом (электромагнит — УА, тормоз с электромагнитным приводом — YB).
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 709; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!