1387

При помощи реле РЭВ-880 может быть получена выдержка времени до 1 2 с.

Напряжение втягивания реле регулируют изменением воз­ душного зазора при помощи упорного винта и натяжением воз­ вратной пружины при навинчивании гайки. Для регулирования отпадания реле напряжения или тока имеют достаточно толс­ тую немагнитную прокладку, так как в противном случае из-за ее деформации уставка в эксплуатации быстро изменится. Грубая регулировка напряжения отпадания выполняется под­ бором латунных прокладок, тонкая — изменением натяжения пружины. Применяя съемные дополнительные демпферы из меди или алюминия, получают различные диапазоны выдержек вре­ мени.

Реле МКУ-48 (малогабаритное многоконтактное) применя­ ется в электрических схемах управления в качестве промежу­ точного. Напряжение втягивающих катушек реле 12, 24, 36, 48, 60, 110, 127 и 220 В переменного и постоянного тока. Длитель­ ная сила тока контактов 5 А. Магнитная цепь реле состоит из сердечника Ш-образной формы и плоского якоря. Сердечник реле согнут из полосовой электротехнической стали. В средней части расположена катушка с пластмассовым каркасом. Свобод­ ный конец средней части сердечника разделен пазом на два полюса. На правом полюсе помещен короткозамкнутый виток. Для реле постоянного тока короткозамкнутый виток изготовля­ ется из стали и служит в качестве полюсного наконечника для увеличения магнитной проводимости, а также для удержания катушки реле.

К левой части корпуса двумя винтами прикреплено основа­ ние с контактной группой и якорем, а к правой — ограничитель хода якоря.

Реле постоянного тока имеет на якоре пластину «отлипа­ ния». Сверху к якорю прикреплена рамка, предназначенная для переключения контактных пружин. Реле постоянного тока надежно работает при изменениях напряжения (тока) от 0 , 8 до 1,1, а реле переменного тока — от 0,85 до 1,1 номинального зна­ чения.

В схемах управления регуляторов подачи долота и других механизмов буровых установок находят применение бесконтак­

в пазах которого уложена обмотка синхронизации 2. Обмотка возбуждения 3, состоящая из двух катушек, также расположена на статоре. Два тороидальных магнитопровода 4, которые маг­ нитно замыкаются между собой пакетами внешнего магнито­ провода 5, запрессованы в цилиндрический корпус сельсина 6.

Основной и тороидальный магнитопроводы / и 4 набраны из изолированных листов электротехнической стали, шихтованных

201

по поперечной оси сельсина. Для того чтобы каждый лист не представлял собой короткозамкнутый виток, пронизываемый пульсирующим потоком возбуждения, он имеет в одном месте радиальный разрез. Веерная сборка листов в пакет обеспечи­ вает одинаковую магнитную проводимость по любой оси. Па­ кеты внешнего магнитопровода 5 шихтованы по продольной оси сельсина.

Ротор сельсина 7 состоит из двух пакетов, разделенных не­ магнитным слоем 8. Каждый пакет собран из изолированных листов электротехнической стали, причем плоскости листов ро-

Рис. 5.10. Бесконтактный сельсин

тора параллельны продольной оси сельсина. Немагнитный про­ межуток— обычно пластмасса, в которую запрессованы оба пакета ротора.

Рассмотрим магнитную цепь бесконтактного сельсина и про­ следим путь магнитного потока. Предположим, что в какой-то момент направление тока в обмотке возбуждения соответствует тому, которое показано на рис. 5.10. Тогда магнитный поток бу­ дет направлен слева направо (пунктирные линии). Благодаря немагнитному слою 8 между пакетами ротора поток в некоторой точке А меняет свое направление и из левого пакета ротора че­ рез воздушный зазор 6 i входит в пакет основного магнитопро­ вода 1 статора и проходит по нему путь 180° Далее через воз­ душный зазор 6 2 поток вновь входит в ротор, но в его правый пакет. В точке В поток раздваивается и через воздушные за­ зоры 6 3 входит в правый тороидальный магнитопровод 4, а по внешнему магнитопроводу 5 проходит в левый тороидальный магнитопровод 4. Далее через воздушные зазоры 6 4 поток вновь входит в левый пакет магнитопровода ротора и замыкается в точке А. Переменный во времени поток, пульсируя в основном магнитопроводе, где уложена обмотка синхронизации, наводит

202

в ней э. д. с. Потокоскопление обмотки синхронизации зависит от положения ротора и изменяется с поворотом ротора. Поэ­ тому и э. д. с. в обмотке синхронизации изменяется в зависи­ мости от угла поворота ротора.

На базе бесконтактных сельсинов БД-404А выпускаются сельсинные комапдоаппараты ручного управления типов СКАР и СКАЗ (рис. 5.11), являющиеся задатчиками напряжения. При

Рис. 5.11. Габаритный чертеж (а), монтажная схема (б) и диаграмма пере­ ключений микропереключателя (в) сельсинного командоаппарата типа СКАР-42-ФНЛ

повороте рукоятки командоаппарата ротор сельсина поворачи­ вается на соответствующий угол. На выходе сельсина, работаю­ щего в режиме поворотного трансформатора, появляется пере­ менное напряжение, фаза которого зависит от направления по­ ворота рукоятки, а амплитуда прямо пропорциональна синусу угла поворота ротора сельсина. Однофазная обмотка возбужде­ ния С1—С2 сельсина подключена к сети переменного тока ПО В, 50 Гц; напряжение на выходе аппарата (зажимы PI, Р2 и РЗ) при угле поворота ротора сельсина на 60° составляет 43 В. Ток, потребляемый командоаппаратом, равен 0,44 А при мощ­

ности 15 Вт.

Ротор сельсина вращается с помощью рукоятки через пере­ дачу, состоящую из двух конических шестерен. В нулевом поло­

203

жении рукоятка фиксируется пружинным фиксатором. Угол по­ ворота рукоятки ограничен упорами, причем в любом промежу­ точном положении рукоятка удерживается фрикционом. На рукоятке имеется рычаг для воздействия на кнопку управления, а также кулачок, воздействующий на микропереключатели МП-1 и МП-2. Диаграмма переключений микропереключателей показана на рис. 4.11, в. Ладонные кнопки ЛКБ-31 предназна­ чены для аварийных отключений электроприводов. Сельсинные командоаппараты других типов отличаются конструктивным ис­ полнением, количеством микропереключателей, схемой и пр.

Для непрерывного управления двигателями переменного и постоянного тока, синхронными генераторами и электромагнит­ ными муфтами применяют магнитные усилители.

Магнитный усилитель — устройство, в котором используется дроссель насыщения 1 в сочетании с другими элементами (ре­ зисторами, диодами) для усиления и преобразования электри­ ческих сигналов.

Действие магнитных усилителей основано на уменьшении индуктивного сопротивления дросселя при увеличении напря­ женности магнитного поля в его стальном сердечнике. Если пропускать по одной из обмоток дросселя постоянный ток, то изменится напряженность магнитного поля в магнитопроводе, а следовательно, и индуктивное сопротивление второй обмотки переменному току. Мощность, необходимая для подмагничивания постоянным током, незначительна по сравнению с мощно­ стью, пропускаемой обмоткой переменного тока (главной). Включая в цепь переменного тока сопротивление нагрузки, можно с помощью малых управляющих сигналов постоянного тока изменить силу тока (и мощность) в цепи нагрузки.

Простейший магнитный усилитель (рис. 5.12) имеет два дросселя с подмагничиванием. Магнитопровод усилителя может быть выполнен в виде двух кольцевых или одного трехстержне­ вого сердечника. В первом случае обмотка постоянного тока охватывает оба сердечника, а в последнем — она помещается на среднем сердечнике. Обмотки переменного тока соединяются между собой так, чтобы в каждый момент времени постоянный

При этом в обмотке постоянного тока не будет индуктироваться переменная э. д. с. от действия обмоток переменного тока.

Основная характеристика магнитного усилителя представ­ ляет собой зависимость тока нагрузки /н от тока управления /у.

При отсутствии подмагничивания сопротивление обмоток магнитного усилителя переменному току максимально, так как

204

подмагничивании в каждую половину периода попеременно на­ сыщается один из крайних стержней и соответствующие участки ярма магнитопровода. Сопротивление обмоток магнитного уси­ лителя переменному току уменьшается, и ток в цепи нагрузки увеличивается.

Если подмагничивание настолько велико, что магнитопровод остается насыщенным и тогда, когда постоянный и переменный потоки направлены навстречу, дальнейшее увеличение перемен­ ного тока прекращается. При изменении направления тока в об­ мотке подмагничивания направление тока нагрузки не изменя­

ется, поэтому характеристика простейшего магнитного усили­ теля симметрична относительно оси ординат.

Отношение приращения тока нагрузки к вызвавшему его приращению тока в обмотке подмагничивания называется коэф­ фициентом усиления магнитного усилителя по току. Этот коэф­ фициент определяется наклоном характеристики усилителя. Простейшие схемы магнитных усилителей имеют сравнительно небольшой коэффициент усиления, поэтому для его увеличения применяется положительная обратная связь по току нагрузки. Схема подобного магнитного усилителя показана на рис. 5.13. Магнитные потоки, создаваемые обмотками переменного тока при протекании тока нагрузки, одинаковы по направлению и имеют постоянную составляющую, подмагничивающую сердеч­ ник. Вентили В обеспечивают двухполупериодное выпрямление тока нагрузки. Изменение коэффициента усиления магнитного усилителя с внутренней обратной связью достигается измене­ нием числа витков обмоток переменного тока.

В тех случаях, когда при изменении знака тока подмагничи­ вания магнитного усилителя необходимо изменять направление тока нагрузки, применяют двухтактные магнитные усилители,

205

состоящие из двух одинаковых магнитных усилителей с началь­ ным подмагничиванием, включенных по дифференциальной или по мостовой схеме.

Для выпрямления переменного тока и получения нерегули­ руемого или регулируемого напряжения постоянного тока при­ меняются полупроводниковые приборы: диоды и тиристоры. Принцип действия полупроводниковых приборов основан на яв­ лении односторонней проводимости границы раздела двух полу­

Рис. 5.13. Схема (а) и характеристики (б) магнитного усилителя с внутренней положительной обратной связью по току нагрузки

При непосредственном контактировании таких двух полупро­ водников образуется р — п переход, сопротивление которого за­ висит от полярности приложенного напряжения. Это свойство р — п перехода обусловливает его вентильное действие, т. е. од­ ностороннюю проводимость тока.

У неуправляемых вентилей (диодов) при малых значениях прямых токов (от р к я-слою) вентиль имеет достаточно высо­ кое сопротивление. При увеличении прямого напряжения сопро­ тивление вентиля резко уменьшается, а сила тока возрастает до значений, определяемых сопротивлением нагрузки. При из­ менении полярности приложенного напряжения через вентиль течет обратный ток, сила которого не превышает ЮН—1 0 - 6 но­ минального прямого тока. При некотором обратном напряже­ нии, называемом пробивным, сила обратного тока резко возрас­ тает и наступает необратимый пробой вентиля. Если диоды включены последовательно, то, чтобы выравнять обратные на­ пряжения на них, параллельно каждому диоду включают ре­ зистор: сила тока, протекающего через него, в 3— 4 раза больше силы обратного тока диода.

Тиристоры (рис. 5.14) представляют собой четырехслойную кремниевую структуру р—п—р—п с выводами от двух край­

206

них областей (анод и катод) и от одной внутренней, базовой области (управляющий электрод). Когда на анод подан поло­ жительный потенциал относительно катода, при возрастании напряжения ток через управляемый диод будет очень неболь­ шим. Это соответствует отключенному состоянию тиристора (участок 1). При достижении напряжения переключения резко уменьшается внутреннее сопротивление тиристора (участок от­ рицательного сопротивления 2) и он переходит во включенное состояние (участок 3). Падение напряжения на тиристоре ока­ зывается очень небольшим (единицы вольт и ниже) и сила тока

i практически определяется сопротивлением внешней нагрузки, включенной в анодную цепь.

Напряжение переключения имеет максимальное значение при отсутствии тока в цепи управляющего электрода (£Уэ = 0 ). В этом случае оно составляет несколько сотен вольт. При уве­ личении тока управления величина Uumax снижается. Практи­ чески при силе тока iy 3 порядка 1 0 0 мА она уменьшается до нескольких десятков вольт. Выключенное состояние тиристора при обратном смещении (участок 4) характеризуется допусти­ мым обратным напряжением £/0бр, равным нескольким сотням вольт. Естественно, что указанные значения U0бР, Unmax» ^"Уэ ДЛЯ разных типов тиристоров различны и что здесь указаны лишь приблизительные их значения. Тиристор может оставаться включенным длительное время даже при отсутствии тока в цепи управляющего электрода. Тиристоры открываются при токах в несколько десятков миллиампер, а номинальные токи их оп­ ределяются сотнями ампер. Тиристор обычно выключается по току в анодной цепи; он переходит в выключенное состояние при анодном токе, равном нулю. Однако при небольшом анодном

207

токе можно выключить прибор и по цепи управления. Тирис­ торы относятся к быстродействующим приборам. Время их пе­ реключения определяется единицами — десятками микросекунд.

§25. Классификация схем управления

испособы их изображения

Схемы автоматического управления электроприводами вы­ полняют следующие основные функции: пуск двигателей в ход, регулирование частоты вращения, реверсирование, торможение, защиту двигателей и приводимых механизмов от различных пе­ регрузок и аварийных режимов, сигнализацию о состоянии ра­ бочих частей машины, осуществление определенной последова­ тельности операций, автоматическое поддержание постоянства скорости или других параметров электропривода, синхрониза­ цию движения отдельных органов производственных механиз­ мов, слежение за определенными и случайными сигналами, по­ даваемыми на вход схемы.

Сочетание тех или иных функций в одной схеме зависит от технологических требований, предъявляемых к исполнитель­ ному механизму, от принятой системы электропривода и от сте­ пени автоматизации управления. Чем разнообразнее, сложнее требования, предъявляемые к системе, и чем выше степень ав­ томатизации, тем сложнее, как правило, схемы автоматического управления.

Как и ко всякому устройству, к схемам управления электро­ приводами предъявляются определенные требования. Схема управления должна как можно более полно удовлетворять за­ данному технологическому режиму работы и обеспечивать вы­ полнение всех технических требований, предъявляемых к дан­ ному производственному механизму или объекту и его электро­ приводу. Так, большая часть автоматизированных схем управ­ ления должна обеспечить надлежащее протекание процессов пуска, реверса, торможения и обязательную защиту при ава­ рийных режимах. В более сложных случаях предъявляются до­ полнительные требования по обеспечению взаимной координа­ ции движений отдельных узлов производственного механизма, дополнительной автоматизации, точного поддержания регули­ руемых величин и др. Чтобы выполнить указанные требования, необходимо правильно выбрать и использовать отдельные эле­ менты, а также составить схему управления.

Схема управления не должна быть сложной. Наиболее прос­ той можно считать такую схему, которая позволяет выполнить технологическое задание при наименьшем количестве простых элементов, аппаратуры и других устройств.

Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности работает в очень тяжелых условиях. Большая часть установок устанавливается снаружи и имеет лишь легкие укрытия. Частый

208

демонтаж, монтаж и транспортировка, во время которых элект­ рооборудование подвергается ударам и воздействию влаги, при­ водят к выходу его из строя. Поэтому основное требование к схемам управления является их надежность, определяемая надежностью работы применяемых электрических машин, ап­ паратов и других элементов. Надежность достигается путем ис­ пользования правильно выбранных машин, аппаратов других устройств, обладающих достаточной прочностью и долговечно­ стью, легко переносящих возникающие в работе перегрузки в определенных пределах и допускающих необходимое число включений и отключений.

Вместе с тем надежность схемы в большой степени зависит от ее сложности. Чем проще схема управления и чем меньше в ней цепей блокировок с большим числом контактов, тем больше вероятность ее надежной работы.

В зависимости от назначения к устройствам управления мо­ гут предъявляться те или иные требования относительно их массы, габаритов и стоимости. Однако стремление к снижению массы устройства управления может противоречить требова­ ниям надежности, поэтому в каждом конкретном случае рас­ сматривают несколько вариантов схемы управления и выби­ рают вариант, обеспечивающий максимальную производитель­ ность установки при минимуме затрат.

Электроустановки нефтяной и газовой промышленности яв­ ляются источниками повышенной опасности в отношении пора­ жения обслуживающего персонала током. Вместе с тем они мо­ гут быть причиной взрывов и пожаров. Поэтому обычно цепи управления питают пониженным напряжением 24, 36,110,127 В; в схемах предусматривают применение аппаратов, обеспечиваю­ щих полное отключение электрических машин при остановках привода. Там, где это необходимо, предусматривают световую или звуковую сигнализацию, предупреждающую об опасности или сигнализирующую о состоянии работы отдельных узлов и механизмов схемы. Обычно станции и пульты управления стре­ мятся разместить вдали от устья скважин, резервуаров и дру­ гих мест, в которых может образоваться опасное скопление го­ рючих и взрывчатых газов. Если этого недостаточно, то аппа­ ратуру управления монтируют в отдельных помещениях, про­ дуваемых чистым воздухом.

В схемах автоматического управления электроприводами применяют в различных сочетаниях электрические машины, контакторы и реле сопротивления, кнопочные станции, магнит­ ные пускатели, командоконтроллеры, путевые и конечные вы­ ключатели, разнообразную аппаратуру защиты и другие уст­ ройства. Все это оборудование называется элементами электри­ ческих схем и изображается при помощи графических условных обозначений, которые регламентируются Единой системой кон­ структорской документации.

209

Всхемах управления все обозначения элементов изобра­ жаются в их нормальном положении.

Электрические машины и аппараты, входящие в автомати­ зированную систему, их части и элементы соединяют в электри­ ческую схему.

Вэлектрических схемах различают силовые (или главные) цепи и цепи управления (или вспомогательные).

Главной цепью называют электрическую цепь, назначением которой является подача электрической энергии для преобразо­ вания ее в механическую или в электрическую энергию других параметров или в какой-либо другой вид энергии. Цепью уп­ равления называется электрическая цепь, состоящая из различ­ ных соединений катушек и контактов реле, контакторов и дру­ гих аппаратов управления, позволяющая осуществлять управ­ ление главной цепью.

Кглавным цепям относятся цепи двигателей, генераторов, электромагнитов и резисторов, включаемых в эти цепи. Главные цепи, а также элементы, находящиеся в этих цепях, вычерчи­ вают более толстыми линиями, чем цепи управления и находя­ щиеся в них элементы.

Кцепям управления относятся все остальные цепи схемы, обычно содержащие катушки контакторов и реле, вспомогатель­

ные контакты контакторов, различные элементы автоматики, контакты реле и других аппаратов управления. К цепям управ­ ления относятся также цепи сигнализации и цепи возбуждения электрических машин.

На рис. 5.15 показана принципиальная схема пуска асин­ хронного двигателя, на которой четко выделены силовая цепь, цепи управления и сигнализации.

§ 26. Типовые узлы и схемы управления электродвигателями

Типовые узлы схем

Рассмотрим узлы, встречающиеся в схемах управления дви­ гателями нефтепромысловых механизмов.

В реверсивных электроприводах недопустимо одновременно включать контакторы вперед и назад, так как это приводит к коротким замыканиям в силовой цепи. С этой целью в схемах для управления этими контакторами используют сдвоенные кнопки с самовозвратом, имеющие по одному замыкающему и одному размыкающему контакту. Они включаются по схеме, представленной на рис. 5.16. При нажатии кнопки В (рис. 5.16, а) одним ее контактом включается катушка контактора В , а другим разрывается цепь питания катушки контактора Я, не позволяя включиться последнему, что в нормальных условиях

210