Для обеспечения пуска, реверсирования, торможения и регулирования скорости вращения применяется аппаратура ручного и автоматического управления. Но напряжению ее классифицируют на аппараты до 1 кВ и выше 1 кВ. По виду защиты от воздействия окружающей среды – на открытые, защищенные, закрытые, герметические, взрывобезопасные и специальные. Современные аппараты управления и защиты отличаются высокой износоустойчивостью, но без надлежащего ухода и своевременного выявления дефектов утрачивают свои качества.
Для ручного управления используются: рубильники и переключатели – для включения и отключения цепей постоянного и переменного тока до 1500 А в одно-, двух- и трехполюсном исполнении; предохранители – для защиты сетей от перегрузок и коротких замыканий; пакетные выключатели и переключатели – для включения и отключения цепей постоянного и переменного тока от 10 до 100 А при напряжении 220 В и от 6 до 60 А при 380 В; универсальные переключатели – для пуска электродвигателей небольшой мощности и переключения электрических цепей, катушек контакторов, реле; контроллеры – для переключения цепей постоянного и переменного тока, создания схем торможения, реверсирования.
При автоматизированном управлении применяется более сложная аппаратура.
Кнопки управления – для замыкания и размыкания цепей дистанционного управления аппаратами. Их разновидности – путевые и концевые выключатели, на которые воздействуют не люди, а сами механизмы во время передвижения.
Автоматические выключатели (автоматы) – для включения и отключения электрических цепей и электрооборудования, для автоматического отключения их при перегрузках и коротких замыканиях. Широко применяются автоматы АК-50 (на силу тока до 63 А) и А-3100, рассчитанные на ток от 15 до 600 А. А-3100 автоматически отключается с помощью расцепителя – специального устройства с тепловым (для защиты токов от перегрузки) или электромагнитным (от короткого замыкания) элементом. Они также могут быть комбинированными. Выпускаются также автоматы единой универсальной серии А-3700, которые по конструкции аналогичны А-3100, но имеют более высокую отключающую способность и снабжены механизмом дистанционного включения. В настоящее время все более широко применяются автоматы серии Э. Контактная система каждого полюса автомата состоит из трех параллельно включаемых пар контактов: главных, предварительных и разрывных (рис. 3). При включении вначале замыкаются разрывные, затем предварительные и, наконец, главные контакты. Размыкание происходит в обратной последовательности.
Рис. 3. Контактная система автоматического выключателя (во включенном положении): 1 - предварительные контакты; 2 - разрывные контакты; 3 - главный контакт; 4 - фасонный винт; 5 - стакан; 6 - штифт динамометра; 7 - ручка.
Контактор приводится в действие электромагнитом, включение и отключение которого выполняются на расстоянии от кнопки управления, релейной аппаратуры и др. На рис. 4 показан трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока, у которого включение втягивающей катушки приводит к притягиванию якоря с короткозамкнутым витком к неподвижному ферромагнитному сердечнику. В результате валик, поворачиваясь замыкает три главных подвижных контакта с неподвижными. Главные контакты закрываются асбестоцементными камерами с дугогасительными стальными решетками. К неподвижным контактам подведены провода от трехфазной сети, к подвижным – провода от электроприемника. Замыкание главных контактов происходит одновременно с замыканием блокировочных контактов, которые используются в цепях автоматического управления, блокировки, защиты и сигнализации.
Рис. 4. Трехполюсный электромагнитный контактор переменого тока: 1 - замыкающий блок-контакт; 2 - дугогасительная камера; 3 - решетка камеры; 4 - главные (силовые) контакты неподвижные; 5 - неподвижный магнитопровод; 6 - катушка; 7 - демпфер; 8 - подвижный магнитопровод; 9 - главные (силовые) контакты подвижные; 10 - гибкая связь; 11 - поворотный валик; 12 - траверса блок-контактов; 13 - размыкающий блок-контакт.
Магнитные пускатели представляют собой трехфазные контакторы переменного тока с замыкающими главными контактами. Используются для дистанционного и автоматического управления, обеспечивают частые включения и отключения двигателей, реверсирование трехфазных асинхронных двигателей. Управляют ими с помощью отдельно расположенных кнопочных станций. Некоторые типы магнитных пускателей имеют встроенное тепловое реле, защищающее электродвигатель от недопустимого перегрева при длительной перегрузке. Промышленность выпускает несколько типов магнитных пускателей. Наибольшее распространение получили пускатели серий ПМЕ и ПА (табл. 3, 4). Для электродвигателей следует выбирать соответствующие пускатели (табл. 5).
Для блокировки и защиты применяют: плавкие предохранители, электромагнитные реле максимального тока и автоматы с электромагнитными расцепителями – для защиты электродвигателей от короткого замыкания в силовых цепях; электротепловые реле и автоматы с тепловыми расцепителями (табл. 6) – для защиты двигателей от перегрузки при длительной работе; линейные контакторы в агрегатах, управляемых с помощью командоконтроллера, и реле напряжения в агрегатах с кнопочным управлением – для нулевой блокировки; реле времени и реле обрыва поля – для защиты синхронного двигателя от затянувшегося пуска; конечные выключатели предохраняют механизмы от перемещения за границу конечного положения; пусковая кнопка – для пуска оборудования в работу, а также исключения возможности как одновременного, так и ложного включения контакторов «В» («Вперед») и «Н» («Назад»).
Исключая возможность ложных и аварийных включений аппаратов, устройств и машин, блокировки повышают надежность работы системы электропривода. Они делятся на контактные и бесконтактные электрические и механические. По назначению блокировки классифицируются на защитные – для защиты двигателей и механизмов, обеспечивания безопасности людей; путевые – для ограничения хода механизмов; разрешающие – для соблюдения заданной последовательности работы схем (например, контакты пускателя маслонасоса токарного станка дают возможность в нужный момент включить главный привод).
Защита асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором от перегрузок. Такие двигатели при пуске потребляют от сети в течение нескольких секунд ток, превышающий номинальный в 5 – 7 раз. Для их защиты от коротких замыканий применяют автоматические выключатели и плавкие предохранители. Номинальный ток плавкой вставки предохранителей для двигателей с нормальным пуском (не дольше 5 с) выбирают по формуле:
где In – пусковой ток электродвигателя, А.
Для двигателей с тяжелыми условиями пуска (длительный разгон, частые пуски) номинальный ток выбирают по формуле:
Токовая уставка для тепловых реле и максимальных защит расцепителей выбирается по формуле:
Плавкие вставки предохранителей рассчитаны на стандартные номинальные токи – 15, 20, 25, 35, 80, 125, 160, 200 А, которые указываются в паспортных табличках двигателей.
Сведения о допустимых токовых нагрузках на провода и кабели и количестве жил в кабелях приведены в табл. 7 и 8.