4. Пускозахисна апаратура та елементи автоматики. Пристрої для запуску електродвигунів.

Для запуску електродвигунів пускові елементи (пускову обмотку чи пусковий конденсатор) короткочасно підключають до джерела живлення. Після розгону електродвигуна їх необхідно відключити, оскільки вони не розраховані на тривалий режим роботи. Тривалість підключення пускових елементів до джерела живлення становить зазвичай не більш десятих часток секунди. Включення і відключення пускових елементів здійснюють за допомогою спеціальних пристроїв, що поділяють на ручні й автоматичні. До пристроїв з ручним включенням і відключенням належать різні пускачі, з автоматичним – відцентрові вимикачі і пускові струмові реле.

Пускачі мають три пари контактів і дві кнопки «Пуск» і «Стоп». Дві пари контактів включають послідовно з виводом від робочої обмотки і загальним виводом електродвигуна, а третю – послідовно з виводом від пускової обмотки чи пускового конденсатора. При натисканні на кнопку «Пуск» замикаються всі три пари контактів пускача, що відповідає включеному стану електродвигуна і підключенню його пускових елементів до джерела живлення. Відбувається розгін електродвигуна. При відпусканні кнопки «Пуск» контакти в колі пускових елементів розмикаються, а контакти в колі спільного виводу і виводу від робочої обмотки залишаються замкнутими. Пусковий елемент (обмотка, конденсатор) відключається від джерела живлення, а двигун продовжує працювати тільки з включеною робочою обмоткою. Відключають електродвигун натисканням на кнопку “Стоп”; при цьому розмикаються контакти в колі спільного виводу і виводу від робочої обмотки, унаслідок чого ця обмотка відключається від джерела живлення. Тривалість включення пускових елементів визначається проміжком часу між моментом натискання і відпускання кнопки «Пуск», який цілком залежить від оператора. Це недолік ручного способу запуску, оскільки існує імовірність того, що за зазначений проміжок часу нагрівання пускової обмотки перевищить гранично допустиме значення, що може привести до виходу обмотки з ладу.

Для побутових приладів вітчизняного виробництва найбільше поширення одержали пускачі ПНВ і ПНВС, що застосовувалися раніше в пральних машинах. Пускачі ПНВ призначені для керування трифазними асинхронними короткозамкнутими електродвигунами, а ПНВС – однофазними асинхронними електродвигунами. Пускачі ПНВ-Т і ПНВС-Т призначені для роботи й умовах тропічного клімату.

Довкілля – невибухонебезпечне, не містить струмопровідного пилу у кількості, що порушує роботу реле, а також агресивних газів і пар у концентраціях, що руйнують ізоляцію і метали.

Пускачі ПНВ і ПНВ-Т витримують 50 циклів включень і відключень при струмі 75 А и напрузі 500 В змінного струму частоти 50...60 Гц і cosj = 0,35 з 10-секундними інтервалами, при керуванні електродвигуном найбільшої потужності – не менше 100 000 циклів включень і відключень. Пускачі ПНВС і ПНВС-Т витримують 50 циклів включень і відключень при струмі 30 А і напрузі 380 В змінного струму частоти 50...60 Гц і соsj= 0,35 з 10-секундними інтервалами і 50 000 циклів включень і відключень електродвигунів з пусковою обмоткою потужністю до 0,6 квт. Пускачі ПНВ, ПНВ-Т, ПНВС і ПНВС-Т витримують 1 000 000 циклів включень і відключень без струму в колі контактів.

При використанні як пускового пристрою відцентрового вимикача, розташованого на валу електродвигуна, відключення пускових елементів відбувається в залежності від частоти обертання ротора електродвигуна. Якщо ротор нерухомий, то в період запуску контакти відцентрового вимикача замкнуті, пусковий елемент підключений до джерела живлення. Коли частота обертання ротора електродвигуна досягає значення, рівного приблизно 75% від номінального, контакти відцентрового вимикача під дією відцентрових сил розмикаються і відключають пусковий елемент.

Робота відцентрового вимикача не залежить від коливання напруги живлення мережі і параметрів електродвигуна, що є перевагою. Однак процес виготовлення його складний, що збільшує вартість електродвигуна. У побутових приладах вітчизняного виробництва електродвигуни з відцентровими вимикачами практично не застосовуються.

Пускове струмове реле являє собою електромагніт соленоїдного типу з нормально розімкнутими контактами. Основні параметри, що характеризують пускове струмове реле: струм спрацювання (замикання) і струм відпускання контактів. Струм спрацювання – мінімальний струм, що протікає через котушку реле, при якому відбувається замикання контактів. Струм відпускання – максимальний струм, що протікає через котушку реле, при якій відбувається розмикання контактів.

Обмотку пускового реле включають послідовно з робочою обмоткою електродвигуна, а контакти – у коло пускового елемента. Якщо електродвигун відключений від джерела живлення, струм, що протікає через робочу обмотку, а отже, і через обмотку реле, дорівнює нулеві, і контакти реле розімкнуті. Пусковий елемент відключений від джерела живлення, і ротор електродвигуна нерухомий. При підключенні електродвигуна до мережі по його робочій обмотці протікає пусковий струм, що значно перевищує номінальний. Під дією пускового струму, що протікає через обмотку електромагніта, пускова реле спрацьовує і втягує осердя, з яким зв'язані рухомі контакти, що при цьому замикаються. При їхньому замиканні пусковий елемент підключається до джерела живлення і електродвигун запускається. Зі збільшенням частоти обертання ротора електродвигуна струм, що протікає через обмотку, зменшується. При деякому значенні струму відбувається розмикання контактів і відмикання пускового елемента. Двигун продовжує працювати тільки з включеною робочою обмоткою.

Характеристика пускового реле повинна бути відповідним чином узгоджена з параметрами електродвигуна. Струм замикання реле повинен бути меншим від струму робочої обмотки двигуна при нерухомому роторі, а струм відпускання – меншим від струму робочої обмотки при роботі електродвигуна в сталому режимі з включеним пусковим елементом. При цьому варто враховувати залежність струму електродвигуна від напруги живлення і ступеня його нагрівання. Струм робочої обмотки електродвигуна при нерухомому роторі, понвженій напрузі живлення і нагрітому стані мінімальний. У сталому режимі роботи при підвищеній напрузі джерела живлення і холодному стані електродвигуна струм робочої обмотки максимальний. За вказаними мінімальним і максимальним значеннями струмів робочої обмотки електродвигуна підбирають параметри пускового реле.

Пускові струмові реле як самостійні елементи у побутових приладах практично не застосовують. Їх використовують як складову частину комбінованих пускозахисних реле.

ПУСКОЗАХИСНА АПАРАТУРА Й ЕЛЕМЕНТИ АВТОМАТИКИ

Правильний вибір потужності приводного електродвигуна на стадії проектування побутового приладу багато в чому визначає тривалу і безперебійну роботу цього приладу при нормальних умовах експлуатації без перевищення гранично припустимого нагрівання для прийнятого класу ізоляції. Однак у практиці експлуатації побутових електроприладів можуть виникнути умови, при яких температура нагрівання обмоток перевищить гранично допустиму, що приведе, з одного боку, до скорочення терміну служби, а з іншого боку – до небезпеки виникнення пожежі, ураження електричним струмом і порушення працездатності електродвигуна. Скорочення терміну служби електродвигуна при високих температурах нагрівання зумовлено інтенсивним старінням ізоляції: при збільшенні температури нагрівання ізоляції на кожні 8...10°С понад допустиму термін служби скорочується вдвічі. Для кожного класу ізоляції існує також критична температура нагрівання, при якій відбувається загоряння матеріалів ізоляції і з'являється небезпека виникнення пожежі. Тривалий вплив високих температур негативно позначається на властивостях ізоляції, що за певних умов може призвести до пробою ізоляції, появи потенціалу па корпусі і, як наслідок цього, до небезпеки ураження електричним струмом обслуговуючого персоналу.

Надмірне підвищення температури нагрівання обмоток електродвигуна може бути викликано різними причинами, основні з яких: неправильна експлуатація приладу споживачем, несправності робочих органів і керування приладом, несправності електродвигуна, порушення вентиляція, низька якість електроенергії й ін.

Неправильна експлуатація приладу споживачем виражається найчастіше в недотриманні номінального режиму роботи приладу, зазначеного на маркіруванні чи в інструкції з експлуатації, чи використанні у тривалому режимі приладу короткочасного чи повторно-короткочасного номінального режимів, перевищенні навантаження понад номінальне й ін.

Типовим прикладом несправностей робочих органів приладу є їхнє заклинювання (активатор пральної машини при попаданні білизни між ним і стінкою бака, шнек м'ясорубки). Заклинювання робочих органів приводить до різкого зростання струму приводного електродвигуна, а отже, і температури нагрівання його обмотки.

До несправностей приводного електродвигуна належать: заклинювання, обрив робочої чи допоміжної обмотки, робота двигунів з робочим конденсатором тільки на робочій обмотці в усталеному режимі, пошкодження пускових пристроїв у двигунах з пусковою обмоткою й ін.

Порушення вентиляції електродвигунів у процесі експлуатації може відбутися в таких приладах, як пилососи, у яких при наповненні пилозбірника пилом різко скорочується кількість повітря, що охолоджує електродвигун.

Якість електроенергії джерела живлення (напруга і частота) впливає на нагрівання електродвигуна по-різному в залежності від характеру навантаження на валу електродвигуна і ступеня насичення його магнітної системи. При підвищеній напрузі джерела живлення, постійному моменті опору приладу і ненасиченій магнітній системі нагрівання асинхронних електродвигунів, як правило, зменшується, тому що зменшується ковзання і. отже, втрати в колі ротора. Однак при насиченій магнітній системі зі зростанням напруги джерела живлення різко зростає струм намагнічування електродвигуна. Втрати, викликані ним, і втрати від вихрових струмів і на гістерезис у сталі осердя статора і ротора можуть виявитися більшими від втрат у колі ротора, зумовлених зменшенням ковзання, унаслідок чого температура нагрівання обмоток електродвигуна зростає. При зменшенні напруги джерела живлення, постійному моменті опору приладу і ненасиченій магнітній системі нагрівання обмоток електродвигуна, як правило, зростає, тому що зменшення втрат від вихрових струмів і на гістерезис не компенсує збільшення втрат, викликаних зростанням ковзання.

Вплив частоти напруги джерела живлення на нагрівання обмоток електродвигуна визначається в основному зміною втрат на гістерезис і вихрові струми в магнітопроводі і зміною намагнічувального струму. Зі збільшенням частоти джерела живлення втрати на гістерезис і вихрові струми зростають. Однак магнітна індукція і струм намагнічування зменшуються. Навпаки, при зменшенні частоти джерела живлення втрати на гістерезис і вихрові струми зменшуються, а магнітна індукція і струм намагнічування збільшуються. Остаточний результат впливу зміни частоти на нагрівання обмоток електродвигуна залежить від багатьох факторів: матеріалу магнітопроводу, ступеня насичення магнітної системи, діапазону зміни частоти й ін.

5. Основні характеристики, матеріали виготовлення та параметри електроустановчих виробів: розеток, вимикачів, перемикачів. 

Розетки і вимикачі бувають двох - і трехконтактными, розрахованими на різні (європейські і американські) стандарти, із захисними кришками і без них. Однак принципово нових розробок в цій області не з'явилося, за винятком сервіс-розеток, у яких при легкому натисканні на важіль сама вилка "вистрибує" з розетки. Залежно від способу кріплення проводів вимикачі мають гвинтовий або безгвинтовий затискачі. З допомогою гвинта провід фіксується між контактними пластинами, що дуже зручно при підключенні алюмінієвих проводів. Мідні дроти можна приєднувати без гвинта, за допомогою клеми - стабільність і надійність контакту гарантує пружинний затискач. Для різних типів проводки використовують різні вимикачі. Наприклад, для відкритих проводок вимикачі монтують прямо на стіну з попередньо встановленим дерев'яним або пластмасовим подрозетниками. Для монтажу вимикачів прихованої проводки передбачають стіни спеціальну порожнину, в якій закріплюють коробку. Раніше вимикачі кріпилися тільки за рахунок розпірних "лапок", зараз їх пригвинчують до посадочних місць в монтажній коробці. Так як настановні коробки бувають різних розмірів, то при купівлі розеток і вимикачів треба дивитися, щоб всі складові мали єдиний стандарт. Вимикачі найчастіше бувають одне - і двох-, рідше трехклавишными. Якщо необхідна більша кількість клавіш, можна об'єднати в групу одно - або двох-клавішні вимикачі загальної рамкою (європейський спосіб) або придбати виріб американських або південнокорейських виробників. Вони випускають вимикачі навіть з шістьма клавішами, причому на кожній поміщають лампочку-індикатор (у європейських вимикачах індикатори встановлюють тільки на одноклавишных вимикачах). Вимикачі з підсвічуванням і контрольною лампочкою, незважаючи на зовнішню схожість, працюють за різними принципами. На вимикачі з підсвічуванням встановлена індикаторна лампочка, що вказує на його місцезнаходження при вимкненому світлі. Горить індикатор на контрольному вимикачі показує, що світло в приміщенні вже включений. І якщо, скажімо, біля входу в підвал індикатор на вимикачі не горить, значить там темно і не потрібно спускатися вниз, щоб це перевірити. Вимикачі призначені для установки в приміщеннях з нестандартними умовами (висока температура, підвищена запиленість або вологість), випускають в спеціальному захисному виконанні. Між декоративної кришкою і корпусом такого вимикача встановлений пластиковий або гумовий кожух, що оберігає контактну групу від шкідливих впливів. Диммери - вимикачі з вбудованими світлорегуляторами дозволяють регулювати яскравість освітлення від сліпучого до приглушеного. При підборі світлорегулятора потрібно знати сумарне навантаження, яка буде на нього прикладатися. Для цього диммери маркуються. Наприклад, маркування W 300 означає, що на даний світлорегулятор можна подавати навантаження в 300 Вт. Перемикачі відрізняються від вимикачів схемою підключення. За допомогою цих настановних виробів можна в одному приміщенні включити світло, а в іншому його вимкнути, що дуже зручно при переходах з одного поверху на інший або при підході до будинку, коли виникає необхідність включити світло біля хвіртки, а вимкнути його вимикачем, розташованим в будинку. До електроустановочних виробів відносять цілий ряд електричних пристроїв (вимикачі, з’єднувачі, розетки, патрони, датчики руху, перемикачі, світлорегулятори і т.д.). При цьому до всіх цих виробів пред’являється ряд вимог: вони повинні бути функціональними, міцними, надійними, відповідними за стилем та дизайну до всього інтер’єру. Електроустановочні вироби мають досить просту конструкцією. У кожному з таких пристроїв виділяють три основні частини: суппорт (плата, на якій кріпиться механізм), сам механізм, лицьова частина. Головна функціональна відміна подібних виробів полягає в механізмі. Відмінність же в супортах і особових панелях є скоріше естетичними. Різні країни мають різні стандарти для електроустановочних виробів, у зв’язку з чим однотипні пристрої можуть не збігатися з розмірами та формами. На даний момент існують американський, європейський і азіатський стандарт електроустановочних виробів. У нашій країні довгий час застосовувався німецький стандарт. Всі електроустановочні вироби класифікують по: Способу установки: — Вироби прихованого монтажу, — Вироби відкритого монтажу. Вироби прихованого монтажу володіють додатковою деталлю — пластиковою або сталевою коробкою, яка вмуровується в стіну, після чого в неї монтують вимикач або розетку. Вироби відкритого монтажу застосовують при прокладці відкритого типу електричної проводки. Такі вироби монтують до поверхні стіни за допомогою пластини на задній стороні корпусу. Як правило, в квартирах монтують електроустановочні вироби прихованого типу. Місця використання електроустановочних виробів: — Пристрої для сухих приміщень, — Пристрої для приміщень з підвищеним рівнем вологості (сауни, басейни, ванні кімнати). Другий тип пристроїв оснащений спеціальним гумовим кожухом, який захищає їх від впливу вологи. Випускається величезна різноманітність такого типу електроустановочних пристроїв, як розетки. В залежності від країни, в якій була виготовлена ​​розетка, виділяють 13 типів розеток, які використовуються найбільш часто. Їх позначають буквами від М до А. З проблемою розбіжності конструкцій розеток із різних країн справляються за допомогою таких електроустановочних пристроїв, як адаптери та перехідники. Також випускають і універсальні розетки, які дозволяють під’єднувати електричні прилади з різним типом вилками. Ще одним найбільш широко використовуваним в побуті електроустановочних пристроїв є вимикачі. При виборі якісного вимикача необхідно керуватися такими критеріями, як гарантоване число включень, а також максимальна потужність, здатна комутуватися вимикачем. Якщо вимикач малопотужний, то його не можна використовувати для включення прожекторів і потужних освітлювальних приладів — він моментально вийде з ладу. Також дуже корисними в побуті електронастановними пристроями є датчики руху. Завдяки тому, що вони автоматично включають / виключають світло там, де тривалий час не знаходиться людина (на сходах, у коридорах і т.д.), економиться електроенергія і зберігається всі знаходяться в будинку електроустановочні вироби.