2.5. УЗЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ И СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Для предотвращения выхода из строя электрооборудования и повышения надежности работы электроприводов применяют целый ряд узлов электрической защиты, в том числе: защиту при коротком замыкании (к.з.) в силовых цепях и схемах управления, защиту  при недопустимо больших толчках тока двигателей, защиту двигателей от перегрева, от самозапуска, защиту при обрыве цепи обмотки возбуждения, защиту  от перенапряжений, от затянувшегося пуска синхрон­ных двигателей, от выпадения их из синхронизма, а также защитные блокировки.

Рассмотрим реализацию некоторых видов защит.

Защита при к.з. (максимально-токовая защита) обеспечивает немедленное отключение цепи, в которой произошло короткое замыкание. В силовых цепях она осуществляется: плавкими предохранителями Пр (рис. 2.15, а), автоматами В1 с электромагнитными расцепителями  рис. 2.15, б,  и  максимальными токовыми  реле РМ1 и РМ2   (рис. 2.15, в). Цепи управления защищают при к.з. либо теми же аппаратами, что и силовые цепи (обычно при мощности двигателей 1до 10 кВт), либо своими плавкими предохранителями Пр или автома­тами  (рис. 2.15, в).

Рис. 2.15. Узел схемы управления, реализующий защиту от токов к.з.

Максимально-токовые реле РМ1 и  РМ2 одновременно защищают двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель с контактными кольцами от недопустимо больших толчков тока.

Номинальный ток плавкой вставки Iвст н предохранителей и ток уставки (ток срабатывания) Iуст автоматов и максимальных токовых реле определяют по приведенным далее формулам.

Для защиты короткозамкнутых асинхронных двигателей с началь­ным пусковым током Iп при нормальных условиях пуска (tп < 5 с)

Iвст.н = 0,4 Iп;

при тяжелых условиях пуска (tп > 5 с) или при большой частоте пусков

Iвст.н = (0,5 – 0,6)Iп;

независимо от условий пуска

Iуст = (1,3-1,5) Iп .

Для защиты асинхронных двигателей с контактными кольцами и двигателей постоянного тока:

Iвст.н = (1-1,25)Iном ;  Iуст = (1,2-1,3)Iном.

Значение номинального тока двигателя Iном для двигателей повторно-кратковременного режима работы берут при ПВ = 25%.

Для защиты цепей управления

Iвст.н = Iуст =IΣ кат,

где IΣ кат суммарный ток катушек максимального количества одновременно включенных аппаратов.

Защита двигателей от перегрева, вызванного перегрузкой по току, реализуется: при продолжительном режиме работы — посредством тепловых реле (рис. 2.16, а) или автоматов с тепловым расцепителем (двигатель постоянного тока защищают одним тепловым реле); при  повторно-кратковременном  режиме работы — с помощью двух максимальных  токовых  реле  РМ1  и  РМ2  (рис. 2.16, б),   поскольку  в  этом  режиме

Рис. 2.16. Узел схемы, реализующий тепловую защиту

трудно согласовать тепловые характеристики двигателя и теплового реле. Применение для защиты асинхронных двигателей двух тепловых или максимальных токовых реле позволяет одновременно обеспечить защиту двигателя от работы на двух фазах. Реле времени РВ вводится в схему на рис. 2.16, б для того, чтобы реле РМ1 и PM2 не отключали двигатель при пуске. На время пуска контакт реле РВ шунтирует размыкающие контакты РМ1 и РМ2. Реле РМЗ в этой схеме служит для защиты при к.з.  Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле Iнагр и теплового расцепителя автомата Iрасц.н выбирают из условия

Iнагр = Iрасц.н = 1,05 Iном.

Ток уставки максимальных токовых реле   I3ф < Iуст < I2ф,

где  I, I – токи двигателя соответственно  при работе на трех и двух фазах.

Для асинхронных короткозамкнутых двигателей, защищенных только плавкими предохранителями, иногда применяют специальную защиту от работы на двух фазах. Одна из схем такой защиты приведена на рис. 2.17. Между нейтралью обмотки статора двигателя и заземлен­ным нулевым проводом сети включают реле напряжения РОФ (реле обрыва фазы). В трехфазном режиме работы двигателя напряжение Uроф  на ка
тушке реле близко к нулю. При обрыве в цепи любой из фаз статора  напряжение Uроф становится достаточным для срабаты­вания реле РОФ, и двигатель отключается. На

пряжение срабатывания реле РОФ должно составлять 10—30% от номинального фазного на­пряжения сети.

Рис. 2.17. Узлы схем, реализующие защиту от обрыва фазы, тепловую защиту

Наиболее надежная защита двигателей от перегрева – температур­ная защита. На рис. 2.17,б приведена схема защиты. Чувствительными элементами здесь служат позисторы R t , закладываемые в обмотки дви­гателя. Позисторы включаются в цепь катушки промежуточного реле РТ. При нормальном нагреве обмоток двигателя сопротивление позисторов мало, ток через катушку реле РП достаточен для срабатывания реле, и контакт РТ замкнут. Если по любой причине температура обмотки хотя бы в одной из фаз превысит допустимое значение, сопро­тивление соответствующего позистора резко увеличится, что приведет к отключению реле РП и двигателя.

Защита от самозапуска (нулевая защита) обеспечивает отключение двигателя при исчез­новении или чрезмерном снижении напряже­ния сети (самозапуск – это самопроизвольный пуск двигателя после восстановления напря­жения). При кнопочном управлении защиту осуществляет линейный контактор КЛ (см. рис. 2.15, в), при управлении с помощью командоконтроллера – реле напряже­ния РН (рис. 2.18). В последнем случае новый пуск двигателя возможен только после установки командоконтроллера в нулевое положение. В цепь катушки реле РН включаются контакты других аппаратов защиты, т.е. контакты максимальных токовых реле, тепловых реле и др. Если, наоборот, требуется обеспечить самозапуск двигателя, то кнопки управления заменяют выключателями.

Рис. 2.18. Узел схемы, реализующий защиту от самозапуска

Защита при обрыве поля, т.е. при обрыве цепи обмотки возбужде­ния двигателя постоянного тока (рис. 2.19, а) и синхронного двигателя (рис. 2.19, б), осуществляется при помощи минимального токового реле РОП. Катушка реле РОП включается последовательно с обмоткой возбуждения, и реле замыкает свой контакт при токе возбуждения, близком к номинальному. При исчезновении или чрезмерном снижении тока возбуждения двигателя контакт реле РОП размыкается, что вызывает отключение двигателя. Узел схемы управления на рис. 2.18, б приемлем для случая применения линейного выключателя ВЛ (или контактора) с защелкой, а также ключа управления КУ на три положения («включено», «О», «отключено») с самовозвратом в нулевое положение.

Выключатель (контактор) имеет две катушки: включающую ВЛвкл и отключающую ВЛотк. При обрыве поля, когда контакт РОП замкнется, включается промежуточное реле РП. Оно в свою очередь подает питание в катушку ВЛотк — катушку электромагнита, освобождающего механическую защелку, вследствие чего выключатель (контактор) размыкает свои главные контакты. Реле РОП имеет небольшую выдерж­ку времени при возврате контакта в разомкнутое состояние, что пре­дотвращает отключение двигателя при случайных кратковременных колебаниях тока возбуждения.

Рис. 2.19. Узел схемы, реализующий защиту обрыва поля

Защита от перенапряжения на LМ двигателя постоянного тока при ее отключении осуществляется разрядным сопротивлением Rр которое принимают равным: при напряжении 220 В Rр = (6—8) Rlv., при напряжении 110 В Rр = (3 – 5) Rlv. Во избежание ненужных потерь энергии в разрядном сопротивлении при работе двигателя в цепь с  Rр  вводится диод V (рис. 2.19, а).

Защиту от затянувшегося или несостоявшегося пуска синхронного двигателя выполняют при помощи реле обрыва поля РОП и реле вре­мени РВ (рис. 2.19, б). Такая защита необходима вследствие того, что пусковая обмотка двигателя рассчитана на кратковременный режим работы. По истечении выдержки времени, соответствующей допустимой продолжительности пуска, контакт реле РВ в цепи катушки реле РП замыкается. Если к этому моменту ток возбуждения двигателя по ка­ким-либо причинам не достиг своего номинального значения и реле РОП не включилось, то реле РП срабатывает, и двигатель отключается.

Защиту от выпадения из синхронизма при
меняют для синхронных двигателей, работающих с резко изменяющейся нагрузкой на валу. Для того чтобы при снижении напряжения сети сохранить перегрузочную способность двигателя, используют узел форсировки возбуждения двигателя, состоящий из реле минимального напряжения РФ и кон­тактора форсировки КФ (рис. 2.20). Катушка реле РФ включается на напряжение сети. При снижении этого напряжения на 15—20% реле РФ замыкает свой контакт, включая контактор КФ, который шунти­рует реостат Rдоб.в в цепи обмотки возбуждения возбудителя В. Напря­жение возбудителя повышается, следовательно, возрастают ток возбуждения и максимальный момент двигателя.  Защитные электрические блокировки повышают надежность рабо­ты электроприводов, предотвращая ложные и аварийные включения аппаратов, устройств и машин, в частности, перекрестные блокировки реверсивных контакторов KB  и  КН не допускают одновременного включения этих контакторов. Блокировки такого типа осуществляют размыкающими контактами кнопок Кн  и КнН  а также размыкающими блок-контактами контакторов KB и КН. В последнем случае блокировка более надежна, например, если приварились главные контакты

одного из контакторов. Аналогично выполняют блокировку контакторов КЛ и КДТ, которая исключит одновременное протекание процесса динамического торможения и двигательного режима.

Рис. 2.20. Узел схемы, реализующий защиту от выпадения

из синхронизма