Аппараты защиты предназначены для предотвращения аварий, которые могут возникнуть при сильном возрастании тока (перегрузках) электродвигателя, коротких замыканиях в его цепях и чрезмерном уменьшении или исчезновении напряжения в питающей сети.
В некоторых случаях применяются и другие виды защиты: при обрыве цепи возбуждения, работе асинхронных двигателей на двух фазах, чрезмерном возрастании частоты вращения, для ограничения хода приводимого механизма и т. д. Опасность той или иной перегрузки для электродвигателя зависит не только от размера перегрузки, но и от ее продолжительности, типа и конструкции двигателя, его температуры и температуры окружающей среды.
Иногда большая кратковременная перегрузка представляет нормальное явление, например при пуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В других случаях, например при пуске двигателя постоянного тока, большая перегрузка недопустима, так как приводит к нарушению коммутации машины и появлению на коллекторе кругового огня.
В случае возникновения в цепях двигателей токов коротких замыканий аппараты защиты должны отключать эти цепи как можно скорее. При чрезмерном понижении напряжения частота вращения двигателей при полной нагрузке уменьшается. Восстановление напряжения вызывает резкие броски тока и механические толчки, которые могут привести к повреждению двигателя и приводного механизма.
У асинхронных двигателей понижение напряжения приводит к возрастанию тока ротора и, следовательно, к перегреву машины.
Расчетный срок службы электродвигателя определяется в основном ресурсом его обмоток. Например, для асинхронных двигателей серии 4А срок службы составляет 20 лет при наработке 40 тыс. ч. Решающим фактором, обусловливающим снижение качества изоляции обмоток электромашин, является повышенная температура. Поэтому все виды защиты электроприводов имеют общую задачу — исключить возможный перегрев электродвигателей. Для всех приводов обязательными являются защита от перегрузки по току и нулевая блокировка. Для защиты при коротких замыканиях после коммутационного аппарата устанавливают плавкие предохранители.
Защита от перегрузок двигателей может быть: токовая, осуществляемая при помощи реле максимального тока; тепловая — при помощи электротепловых реле; температурная — при помощи термореле.
При больших перегрузках или коротких замыканиях в цепи якоря двигателя постоянного тока максимальное реле, срабатывая, лишает катушку линейного контактора, а последний отключает двигатель от сети. Для того чтобы максимальные реле не отключали двигатели при пусках, уставки реле должны быть большими, чем пусковые токи двигателей.
Тепловая защита выполняется посредством электротепловых реле, которые включаются в две или три фазы асинхронного трехфазного двигателя.
Минимальная защита обеспечивает отключение электродвигателей при чрезмерном понижении или исчезновении напряжения в питающей сети. Эта защита предотвращает также повторное самопроизвольное включение двигателей при восстановлении исчезнувшего напряжения. Аппаратами минимальной защиты служат контакторы и реле напряжения.
В схемах включения магнитных пускателей при значительном уменьшении или исчезновении напряжения контактор отпускает свой якорь и отключает двигатель от сети. При восстановлении напряжения самопроизвольного включения двигателя не произойдет, так как замыкающий вспомогательный контакт контактора, шунтирующий кнопку, разомкнётся, и для повторного пуска двигателя необходимо вновь нажать эту кнопку.
В схемах управления с командоконтроллерами минимальная защита осуществляется с помощью реле напряжения. В нулевом положении командоконтроллера через его контакт, замкнутый только в нулевом положении (нулевой контакт), получает питание катушка реле, которое через свой замыкающий контакт подает питание всей цепи управления. В других положениях командоконтроллера его нулевой контакт разомкнут, и катушка реле получает питание через собственный контакт. При уменьшении или исчезновении напряжения реле отключает всю цепь управления и, следовательно, двигатель.
Повторное включение двигателя возможно только после установки командоконтроллера в нулевое положение.
Температурная защита осуществляется на основе непосредственного контроля температуры обмоток двигателя. Защита позволяет наиболее полно реализовать тепловые возможности электродвигателя во всех режимах, при любых нагрузках. Исполнение защиты унифицировано для асинхронных машин любой мощности. Наиболее простыми элементами температурной защиты являются биметаллические термореле, непосредственно встраиваемые в лобовые части статорных обмоток. В качестве чувствительных элементов температурной защиты электродвигателей применяются терморезисторы, которые монтируют в лобовых частях обмоток.
Схема температурной защиты на позисторах (рис. 1) выполнена в виде несимметричного триггера на транзисторах VI и V2 с выходом на реле К. В исходном состоянии транзистор VI открыт, V2— закрыт. Позистор R является одним из плеч делителя напряжения Rl — R. При повышении температуры обмотки машины, а следовательно, и позистора до порога срабатывания происходит опрокидывание триггера. Транзистор VI закрывается, V2 — открывается, реле К срабатывает, осуществляя свои защитные функции. Преимуществом схемы является ее простота, универсальность, отсутствие необходимости в дополнительных регулировках, системах компенсации и настройки. Уставка срабатывания защиты зависит от типа позистора, который подбирают в соответствии с классом изоляции машины. Более чем десятикратное изменение сопротивления позистора в интервале температуры уставки позволяет последовательно соединять до трех термодатчиков, контролируя нагрев машины одновременно в нескольких точках.
В случае возникновения в цепях двигателей токов коротких замыканий аппараты защиты должны отключать эти цепи как можно скорее. При чрезмерном понижении напряжения частота вращения двигателей при полной нагрузке уменьшается. Восстановление напряжения вызывает резкие броски тока и механические толчки, которые могут привести к повреждению двигателя и приводного механизма.
У асинхронных двигателей понижение напряжения приводит к возрастанию тока ротора и, следовательно, к перегреву машины.
Расчетный срок службы электродвигателя определяется в основном ресурсом его обмоток. Например, для асинхронных двигателей серии 4А срок службы составляет 20 лет при наработке 40 тыс. ч. Решающим фактором, обусловливающим снижение качества изоляции обмоток электромашин, является повышенная температура. Поэтому все виды защиты электроприводов имеют общую задачу — исключить возможный перегрев электродвигателей. Для всех приводов обязательными являются защита от перегрузки по току и нулевая блокировка. Для защиты при коротких замыканиях после коммутационного аппарата устанавливают плавкие предохранители.
Защита от перегрузок двигателей может быть: токовая, осуществляемая при помощи реле максимального тока; тепловая — при помощи электротепловых реле; температурная — при помощи термореле.
При больших перегрузках или коротких замыканиях в цепи якоря двигателя постоянного тока максимальное реле, срабатывая, лишает катушку линейного контактора, а последний отключает двигатель от сети. Для того чтобы максимальные реле не отключали двигатели при пусках, уставки реле должны быть большими, чем пусковые токи двигателей.
Тепловая защита выполняется посредством электротепловых реле, которые включаются в две или три фазы асинхронного трехфазного двигателя.
Минимальная защита обеспечивает отключение электродвигателей при чрезмерном понижении или исчезновении напряжения в питающей сети. Эта защита предотвращает также повторное самопроизвольное включение двигателей при восстановлении исчезнувшего напряжения. Аппаратами минимальной защиты служат контакторы и реле напряжения.
В схемах включения магнитных пускателей при значительном уменьшении или исчезновении напряжения контактор отпускает свой якорь и отключает двигатель от сети. При восстановлении напряжения самопроизвольного включения двигателя не произойдет, так как замыкающий вспомогательный контакт контактора, шунтирующий кнопку, разомкнётся, и для повторного пуска двигателя необходимо вновь нажать эту кнопку.
В схемах управления с командоконтроллерами минимальная защита осуществляется с помощью реле напряжения. В нулевом положении командоконтроллера через его контакт, замкнутый только в нулевом положении (нулевой контакт), получает питание катушка реле, которое через свой замыкающий контакт подает питание всей цепи управления. В других положениях командоконтроллера его нулевой контакт разомкнут, и катушка реле получает питание через собственный контакт. При уменьшении или исчезновении напряжения реле отключает всю цепь управления и, следовательно, двигатель.
Рис. 1. Принципиальная схема температурной защиты на позисторах
Температурная защита осуществляется на основе непосредственного контроля температуры обмоток двигателя. Защита позволяет наиболее полно реализовать тепловые возможности электродвигателя во всех режимах, при любых нагрузках. Исполнение защиты унифицировано для асинхронных машин любой мощности. Наиболее простыми элементами температурной защиты являются биметаллические термореле, непосредственно встраиваемые в лобовые части статорных обмоток. В качестве чувствительных элементов температурной защиты электродвигателей применяются терморезисторы, которые монтируют в лобовых частях обмоток.
Схема температурной защиты на позисторах (рис. 1) выполнена в виде несимметричного триггера на транзисторах VI и V2 с выходом на реле К. В исходном состоянии транзистор VI открыт, V2— закрыт. Позистор R является одним из плеч делителя напряжения Rl — R. При повышении температуры обмотки машины, а следовательно, и позистора до порога срабатывания происходит опрокидывание триггера. Транзистор VI закрывается, V2 — открывается, реле К срабатывает, осуществляя свои защитные функции. Преимуществом схемы является ее простота, универсальность, отсутствие необходимости в дополнительных регулировках, системах компенсации и настройки. Уставка срабатывания защиты зависит от типа позистора, который подбирают в соответствии с классом изоляции машины. Более чем десятикратное изменение сопротивления позистора в интервале температуры уставки позволяет последовательно соединять до трех термодатчиков, контролируя нагрев машины одновременно в нескольких точках.
