Особенностью контакторов является то, что при большой мощности коммутируемой силовой цепи мощность, необходимая для питания электромагнита, несоизмеримо мала.

Контактор постоянного тока (рис. 44) состоит из втягивающей катушки, Г-образного ярма, подвижного якоря, подпружиненного подвижного главного контакта, неподвижного главного контакта, дугогасительной катушки и асбоцементной дугогаси- тельной камеры. На кронштейне (полностью на рисунке не показан) крепится система замыкающих или размыкающих блок-контактов, которая приводится в движение толкателем.

Рис. 44. Контактор постоянного тока

Если втягивающую катушку контактора подключить к сети постоянного тока, то катушка образует магнитное поле, вследствие чего якорь притянется к сердечнику, а подвижный главный контакт прижмется к неподвижному контакту. Одновременно замкнутся или разомкнутся замыкающие или размыкающие блок-контакты. При отключении втягивающей катушки от сети подвижный якорь под действием силы тяжести и усилия пружин контактора возвратится в исходное положение, что приведет к размыканию главных контактов.

Контакты контактора так же, как и контакты кулачкового контроллера, подпружинены, а их соприкосновение происходит с притиранием и перекатыванием. Поэтому электрическая дуга, возникающая при замыкании и размыкании главных контактов, воздействует на нерабочую часть контакторов. Дугогасительная катушка способствует быстрому гашению дуги.

Контактор переменного тока срабатывает при подключении втягивающей катушки в цепь переменного тока. Неподвижный сердечник намагничивается и притягивает якорь, который связан с валом, размещенным в опорах на основании контактора. При этом вал с укрепленными подвижными главными контактами S поворачивается, и главные контакты замыкаются. Одновременно с валом поворачивается укрепленная на нем траверса, что приводит к размыканию блок-контактов и замыканию блок-контактов. Подвод тока к подвижным главным контактам осуществляется медными гибкими проводниками.

В отличие от контакторов постоянного тока, в которых якорь и сердечник выполнены монолитными, сердечник и якорь контакторов переменного тока набирают из отдельных изолированных друг 6т друга листов тонкой электротехнической стали. Это способствует уменьшению потерь на вихревые токи при перемагничивании магнитной системы контактора.

Для уменьшения вибрации и связанного с ней «гудения» контактора, обусловленных переменным магнитным потоком, в магнитной системе на якорь 7 устанавливают короткозамкнутый виток 6. При изменении основного магнитного потока в короткозамкнутом витке наводится ЭДС и появляется ток, который в свою очередь создает магнитный поток, не совпадающий по фазе с основным магнитным потоком. В тот момент, когда основной магнитный поток будет отсутствовать, поток короткозамкнутого витка не равен нулю. Поэтому в магнитной системе контактора всегда существует магнитный поток, якорь надежно удерживается в притянутом состоянии, а вибрация и «гудение» становятся незначительными.

Для интенсивного гашения дуги при размыкании главных контактов в контакторах переменного тока установлены дугогасительные камеры с встроенными в них металлическими пластинами. Эти пластины способствуют разделению дуги и быстрому ее охлаждению.

При включении контактора переменного тока в катушке возникает повышенная сила тока, превышающая в 10—15 раз силу тока при втянутом якоре, что приводит к значительному нагреву контактора. Поэтому для снижения нагрева контакторы переменного тока допускается эксплуатировать с пониженным числом включений в час по сравнению с контакторами постоянного тока.

Контакторы постоянного и переменного тока выпускают различных типоразмеров. Время срабатывания контакторов колеблется от 0,04 до 0,35 с.

Втягивающие катушки контакторов переменного тока изготовляют на напряжение 127, 220, 380 и 500 В при частоте тока 50 Гц, а постоянного тока напряжением 24, 48, 110, 220 и 440 В.

Контакторы постоянного и переменного тока коммутируют цепи постоянного или переменного тока. В этом случае втягивающие катушки. рассчитаны на питание только постоянным током.

Реле управления и защиты предназначены для контроля и управления работой электропривода механизмов крана.

Реле — автоматически действующий аппарат, замыкающий и размыкающий контакты при определенном управляющем воздействии (электрическом, магнитном, механическом, тепловом и др.).

По принципу действия различают электромагнитные, индукционные, тепловые, центробежные и другие реле.

По роду управляющего воздействия, на которые реагируют реле, различают реле времени, напряжения, тока, температуры, скорости и др.

Кроме реле управления и защиты в электрических цепях управления широко применяют вспомогательные реле, к которым относят промежуточные, времени и сигнальные.

Промежуточные реле используют в том случае, когда для управления электрическими цепями у основного реле, например реле тока, нагрузочная способность контактов или число их недостаточны.

Реле времени служит для обеспечения необходимой в системах автоматического управления, например, электродвигателями механизмов крана, выдержки времени.

Реле напряжения предназначены для защиты электро- двигателей от пониженного напряжения, а также от самопроизвольного пуска после перерыва в энергоснабжении (нулевой защиты). Реле напряжения представляют собой электромагнитные аппараты и по принципу действия подобны контакторам. Реле напряжения можно использовать в цепях постоянного и переменного тока.

Реле максимального тока (рис. 46) служит для защиты электродвигателей постоянного и переменного тока от недопустимо большой силы тока и токов короткого замыкания. Оно состоит из двух токовых катушек, выполненных из провода большего диаметра, навитого на латунные гильзы с прорезями. Внутри каждой гильзы может свободно перемещаться сердечник, который опирается на гайку со стопорным винтом. Гайка может перемещаться винтом с накатной головкой.

Регулируя положение сердечника винтом и гайкой, можно настраивать реле на соответствующую силу тока, при которой срабатывает реле. Эта сила тока обычно на 25% больше силы пускового тока. Силу тока, при которой срабатывает реле, иногда называют током уставки реле. Таким образом, чем выше расположена гайка на винте, тем меньший ток потребуется для срабатывания реле. Ток уставки выставляется с помощью шкалы. Сверху катушек расположено поворотное коромысло с подвижным контактом. Каждая катушка включается с помощью клемм последовательно с одной фазой электродвигателя. Одно реле контролирует ток в двух фазах. При превышении допустимого значения силы тока в одной из фаз электродвигателя сердечник мгновенно втягивается в катушку и толкает коромысло вверх. При этом подвижный контакт отходит от неподвижного контакта и разрывает цепь питания катушки контактора, управляющего электродвигателем. Контакты реле разрываются, независимо от того, в какой из катушек сила тока будет больше допускаемой. После отключения электродвигателя коромысло и сердечник иод действием сил тяжести займут исходное положение.

Реле максимального тока выполняют также однока- тушечными и используют их в крановых защитных панелях.

Тепловое реле (рис. 47) служит для защиты электродвигателей от перегрузки при длительных действующих токах силой, составляющей НО—120% номинальной силы тока. Основной частью теплового реле является нагревательный элемент с расположенной внутри биметаллической пластинкой.

Нагревательный элемент в электрических цепях трехфазного переменного тока подключают в две фазы, что позволяет также использовать реле для защиты : лектродвигателя при обрыве одного из проводов питающей линии. В этом случае даже при недостаточно загруженном двигателе в неповрежденных фазах сила тока будет выше номинальной. При силе тока в нагревателе, не превышающей номинального значения, биметаллическая пластинка нагревается незначительно, поэтому прогиб ее свободного конца мал, и реле не срабатывает. Если сила тока в нагревателе превысит допустимые значения, то биметаллическая пластинка, изгибаясь, нажимает на винт и поворачивает планку, которая освобождает рычаг. Под действием пружины рычаг говорачивяется и размыкает подпружиненный контакт, включенный в цепь катушки линейного контактора, который в свою очередь отключит электродвигатель от сети. После остывания биметаллической пластинки реле возвращают в исходное положение с помощью кнопки. Из описанного принципа действия видно, что тепловое реле срабатывает не мгновенно при возникновении перегрузки двигателя, а спустя некоторое время, которое необходимо для нагрева биметаллической пластинки. Тепловые реле выпускаются в различных исполнениях контактной группы (с одним замыкающим или одним размыкающим контактом) и с передним или задним присоединением приводов цепи главного тока. Некоторые реле имеют регулятор силы тока уставки, которая для асинхронных электродвигателей составляет 2,25 В и соответствует силе тока, превышающей максимальную силу пускового тока на 25%. В последнее время чаще применяют комбинированные реле, объединяющие функции реле максимального тока и теплового реле.

Рис. 46. Реле максимального тока

Рис. 47. Тепловое реле

Наибольшее распространение в схемах автоматического управления приводами мостовых кранов получили электромагнитные реле времени серии РЭВ 80 и РЭВ 800.

Электромагнитные реле времени работают на постоянном токе и отличаются от реле напряжения тем, что параллельно катушке установлена медная гильза или алюминиевое основание. При отключении катушки реле под действием ослабевающего основного магнитного потока в медной гильзе наводится ЭДС самоиндукции, которая в свою очередь создает дополнительный магнитный поток, препятствующий быстрому ослаблению основного потока. Якорь реле остается притянутым некоторое время, по истечении которого контакты реле вернутся в исходное положение. Выдержка времени реле зависит от времени отпадания якоря. Время отпадания якоря регулируют установкой прокладок из немагнитных материалов между якорем и сердечником или натяжением пружины с помощью регулировочного винта. Реле данного типа обеспечивают выдержку времени в пределах 0,2—3,8 с.

Реле скорости (рис. 48) служит для автоматического управления электродвигателями в зависимости от частоты вращения. Использование таких реле позволяет, например, осуществлять электрическое торможение электродвигателя противовключением до полной остановки без разгона в обратном направлении. Реле состоит из якоря, выполненного в виде постоянного магнита и соединенного с валом электродвигателя, поворотного статора с короткозамкнутой обмоткой, рычага, контактных пружин и контактной системы. При вращении якоря в обмотке статора индуцируется ток, взаимодействующий с вращающимся магнитным полем якоря, в результате чего на статор воздействует вращающий момент, стремящийся повернуть его в направлении вращения якоря. При определенной частоте вращения якоря статор, преодолевая усилие контактной пружины, повернется на угол, достаточный для переключения контактной системы. При остановке электродвигателя контактная система возвращается в исходное положение. Индукционное реле скорости срабатывает при соответствующем регулировании в пределах частот вращения 80—450 об/мин.

Командоконтроллеры служат для дистанционного одновременного включения и отключения электрических цепей питания катушек контакторов и реле при контакторном управлении электродвигателями. Их можно использовать для цепей управления постоянного и переменного тока.

Командоконтроллеры имеют различное конструктивное исполнение, но у них много общего по конструктивному исполнению с кулачковыми контроллерами. Небольшие размеры командоконтролле- ров по сравнению с кулачковыми контроллерами обусловлены тем, что они рассчитаны на коммутирование только токов небольшой силы в цепях управления. В крановых электроприводах находят применение командоконтроллеры серии КП-1000.

Кулачковый командоконтроллер типа КП-1000 (рис. 49) состоит из корпуса, крышки и квадратного изолированного вала, на котором укреплены кулачковые шайбы. При вращении вала ролики, перемещаясь по шайбам, осуществляют замыкание подвижных мостиковых и неподвижных контактов. Причем замыкание контактной системы происходит в порядке, определенном диаграммой включения контактов.

Для управления механизмами подъемно-транспортных машин в настоящее время применяют командоконтроллеры серии КП-1000, встроенные в кресло крановщика. По конструктивному исполнению они могут быть одинарными и сдвоенными. Сдвоенными командо- контроллерами управляют одной рукояткой. Их используют для одновременного управления двумя механизмами крана, что позволяет повысить производительность благодаря совмещению рабочих движений.

Рис. 48. Индукционное реле скорости

Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления защиты от перегрузок и самопроизвольного пуска корот- козамкнутых асинхронных электродвигателей при перерыве в энергоснабжении. Магнитные пускатели в зависимости от типоразмера могут быть использованы в силовых цепях с силой тока до 150 А при напряжении до 500 В для управления электродвигателями мощностью менее 75 кВт. Магнитные пускатели выполняют неревер- сивными и реверсивными.

Рис. 49. Кулачковый командоконтроллер КП-1000

Нереверсивный магнитный пускатель состоит из трехполюсного контактора, встроенного двухэлементного теплового реле с кнопкой возврата и двухкнопочной станции. Реверсивный магнитный пускатель имеет два контактора: один для прямого, а другой — для обратного направления вращения электродвигателя, и два тепловых реле.

В магнитных пускателях защита от токов короткого замыкания и больших перегрузок осуществляется плавкими предохранителями, а от относительно небольших длительных перегрузок — тепловыми реле. Нулевая защита при внезапном исчезновении и последующем появлении напряжения осуществляется самим контактором.

В крановых электроприводах наибольшее применение получили пускатели серий П-6-100, ПМЕ-200 и ПАЕ-300.

Первая цифра в маркировке пускателя означает значение номинального тока, вторая — исполнение (1—открытое; 2 защищенное; 3 — пылеводозащищенное; 4 — пылебрызгонепроницаемое), третья цифра—» реверсивность и наличие теплового токового реле (1 —нереверсивный без реле; 2 — нереверсивный с реле; 3 — реверсивный без реле) 4 — реверсивный с реле).

Плавкие предохранители служат для предохранения электрических цепей или приемника тока, например электродвигателя от токов короткого замыкания. Промышленность выпускает пробочные, пластинчатые, трубчатые и другие предохранители. В крановых установках обычно используют трубчатые предохранители (рис. 50, а). Основным элементом трубчатого предохранителя является плавкая вставка, которая помещена в трубчатый патрон, закрываемый с двух сторон обоймами. Предохранитель контактами 1 вставляется в пружинящие стойки, закрепленные на панели.

Плавкие вставки (рис. 51,6) изготовляют из легкоплавких сплавов в виде плоских листов с выемками, которые уменьшают сечение. При прохождении по вставке токов силой, превышающей номинальную, в месте сужения выделяется большое количество тепла. Это приводит к расплавлению вставки в суженном месте и разрыву электрической цепи. Для гашения электрической дуги при разрыве электрической цепи патрон предохранителя выполняют из фибры или из фарфора с наполнением кварцевым песком. При сгорании плавкой вставки фибра под действием высокой температуры выделяет газ, способствующий быстрому гашению дуги.

Автоматические выключатели служат для коммутации тока и защиты электрических цепей, схем управления электродвигателей от перегрузок и коротких замыканий. Их выполняют одно-, двух- и трехполюсными.

Рис. 50. Предохранитель и плавкие вставки:
а — общий вид; б — плавкие вставки

Рис. 51. Автоматический выключатель

На рис. 51 показан воздушный автоматический выключатель со снятой предохранительной крышкой. Каждый полюс автомата имеет один разрыв. Включение и отключение производятся рукояткой, а возникающая при включении и отключении полюса дуга гасится с помощью решетки из стальных пластин, помещенных в фибровом каркасе. Для автоматического отключения использован комбинированный расцепитель, состоящий из токового электромагнитного реле с рычагом и теплового реле (двух биметаллических пластин) с регулируемым винтом-толкателем. Эти реле, воздействуя на рычаг, поворачивают его и через механизм свободного расцепления отключают автомат. Токовое реле осуществляет защиту при значительных перегрузках или коротком замыкании, а тепловое — при небольших, но длительных перегрузках. При помощи автоматических включателей можно осуществлять пуск электродвигателя (до 3—15 включений в час).

Магнитные контроллеры предназначены для пуска, регулирования частоты вращения, торможения и отключения краново-метал- лургических двигателей постоянного и переменного тока. Они представляют собой сложные комплектные коммутационные устройства, состоящие из контакторной панели, командоконтроллера и пускоре- гулировочного резистора. В отличие от силовых контроллеров (барабанных или кулачковых) в магнитных контроллерах крановщик, воздействуя на командоконтроллер, подает команды не в цепь главного тока, а в слаботочную цепь управления катушками контакторов, главные контакты которых управляют цепью главного тока.

По сравнению с силовыми контроллерами магнитные контроллеры обладают рядом преимуществ, к которым можно отнести следующие: малая затрата энергии со стороны оператора при управлении командоконтроллером; малые габариты командоконтроллеров, позволяющие размещать их на специальном пульте или встраивать в кресло крановщика и тем самым обеспечить удобство управления и хороший обзор рабочего пространства из кабины; высокие надежность в работе и срок службы благодаря применению электромагнитных контакторов; значительная коммутационная способность, позволяющая размыкать ток силой до 1000% номинальной; автоматизация пуска и торможения, позволяющая без увеличения мощности электродвигателя повысить производительность приводного механизма и упростить работу крановщика; при этом пуск и торможение осуществляются в минимально допустимое время; возможность защиты электродвигателей от перегрузки и токов короткого замыкания (при наличии встроенной защиты).

В связи с явными преимуществами магнитных контроллеров при управлении электродвигателями металлургические краны, работающие в тяжелом и весьма тяжелом режиме, а также краны, работающие непрерывно с нагрузками, близкими к номинальным, рекомендуется оборудовать только магнитными контроллерами.

Магнитные контроллеры изготовляют в открытом исполнении. В зависимости от схемы компоновки на кране и размеров они состоят из одной или нескольких вертикально расположенных контакторных панелей (рис. 52), каждая из которых представляет ряд изоляционных плит, закрепленных на двух вертикальных стойках. На плитах расположены главный рубильник, рубильник и предохранители цепи управления, реле максимального тока, реле блокировки, контакторы статоров управляемых электродвигателей, контакторы подключения пускорегулировочных резисторов и контактор управления противовключением.

Рис. 52. Контакторная панель

Соединения аппаратов управления главной цепи выполнены шинами, а в цепи управления — изолированными проводами. Все соединения расположены с задней стороны панели.

Обычно магнитные контроллеры устанавливают на фермах или главных балках моста крана и в редких случаях — в кабине крановщика. Имеются также балочные конструкции магнитных контроллеров переменного тока, выполняемые на горизонтальных рамах, которые позволяют устанавливать их в нишах балок крана.

Магнитные контроллеры подразделяют по допускаемой мощности коммутируемой цепи, числу электродвигателей, управляемых одним контроллером, и исполнению схемы.

Для., управления электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением в приводе механизма передвижения применяют магнитные контролеры серии П, а в приводе механизма подъема контроллеры серии ПС.

Магнитные контроллеры серии ТА, ТСА, К, КС предназначены для управления асинхронными электродвигателями с фазовым ротором типа МТ и МТН, причем контроллеры К и КС используют для электроприводов металлургических кранов, а контроллеры ТА и ТСА —для электроприводов кранов общего назначения.

Контроллеры серий ТА и К применяют для управления механизмами передвижения, а контроллеры ТСА и КС — для управления механизмом подъема.

В нормальном исполнении отдельный контроллер постоянного и переменного тока рассчитан на управление одним электродвигателем. Для одновременного управления двумя двигателями, например механизма передвижения крана с раздельным приводом, промышленность выпускает так называемые дуплексные магнитные контроллеры. Эти контроллеры имеют обозначения ДП, ДТА, ДК для механизмов передвижения и ДПС, ДКС — для механизмов подъема.

Дуплексные контроллеры позволяют осуществлять одновременную работу двух электроприводов, поскольку катушки контакторов управления электродвигателями соединены параллельно и управляются одним комплектом реле от общего командоконтроллера. В аварийном случае эти контроллеры допускают кратковременную работу с одним приводом. Для этого контакторные панели каждого электродвигателя снабжены рубильниками отключения контакторов каждого электродвигателя.

Защитные панели предназначены для подачи и отключения питания, максимальной и нулевой защиты электроприводов крана, управляемых при помощи кулачковых контроллеров или магнитных контроллеров, не имеющих встроенной защиты.

В соответствии с п. 184 Правил защитные панели снабжены запирающим устройством, которое открывается индивидуальным ключом-маркой, после чего может быть включен главный рубильник или автомат и проведены работы по подготовке электроприводов к работе. Блокировка главного рубильника индивидуальным ключом-маркой позволяет проводить работу на кране только лицам, имеющим право на управление краном. При этом ключ может быть вынут из замка только при отключении главного рубильника.

Защитная панель размещена в металлическом шкафу, который установлен в кабине крановщика. Внутри шкафа на задней стенке расположены главный рубильник, линейный контактор, предохранитель цепи управления, комплект максимальных реле и пакетный переключатель для цепей управления. Ручка рубильника, замок для ключа-марки и кнопка «возврата» выведены на боковую стенку шкафа.

Панели типа ППЗБ рассчитаны для питающей сети постоянного тока напряжением 220 или 440 В, а панели типа ПЗКБ —для сети переменного тока напряжением 220, 380 или 500 В. В зависимости от общей мощности электроприводов крана через главные цепи защитной панели получают питание либо все электродвигатели, либо при недостаточной коммутационной способности защитной панели —. только часть электродвигателей. При этом наиболее мощный электропривод оборудуют собственным узлом защиты, и он получает питание непосредственно от питающей сети, а через защитную панель питание получают его цепи управления. В этом случае защитная панель также выполняет функцию блокирования работы электропривода, хотя через нее и не проходит питание главных цепей. Максимальная защита электродвигателей, управляемых кулачковыми или магнитными контроллерами без собственных средств защиты, осуществляется групповым реле максимального тока, которое состоит из комплекта реле максимального тока, установленных на общем основании. При срабатывании любого из реле они воздействуют на общую контактную систему, что позволяет одновременно осуществлять защиту двигателей разной мощности. Из схем включения цепей управления защитных панелей при управлении электроприводами кулачковыми и магнитными контроллерами (рис. 53) видно, что при перегрузке или частичном коротком замыкании контакты группового реле MP 1, MP 2 обесточивают катушку линейного контактора Л, который контактами отключает от сети двигатели, получающие питание через защитную панель,, а также двигатели, цепи управления которых питаются через панель.