Электрооборудование строительных кранов и подъемников

ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КРАНОВ И ПОДЪЕМНИКОВ

7.1.  Особенности работы электрооборудования грузоподъемных машин

К грузоподъемным машинам, наиболее часто используемым в строительстве и на предприятиях строительной индустрии, отно­сятся стреловые, башенные, козловые, мостовые и другие краны, шахтные, струнные, канатные и мачтовые подъемники. Электро­оборудование этих машин имеет одинаковые конструктивные осо­бенности и назначение.

Особенности работы электрооборудования грузоподъемных машин: повторно-кратковременный режим работы; частые изменения направления вращения (реверс); необходимость регулирования частоты вращения привода; значительные перегрузки, вибрация; затрудненный доступ для обслуживания и ремонта; работа в условиях загрязненности, влажности, значительного перепада температур.

Поэтому электрооборудование должно обладать повышенной прочностью, высококачественной изоляцией и надежной защи­той от действий окружающей среды. Этому требованию отвечают машины и аппараты специального кранового исполнения. Элек­трооборудование башенного крана по назначению подразделя­ется на основное (оборудование электропривода) и вспомога­тельное (оборудование рабочего и ремонтного освещения и ото­пления).

К основному электрооборудованию относятся: электродвигатели;

аппараты управления электродвигателями — контроллеры, ко — мандо-контроллеры, контакторы, магнитные пускатели, реле уп­равления;

аппараты регулирования частоты вращения электродвигателей — пускорегулирующие реостаты, тормозные машины;

аппараты управления тормозами — тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели;

аппараты электрической защиты — защитные панели, автома­тические выключатели, максимальные и тепловые реле, предо­хранители, распределительные ящики и аппараты, обеспечиваю­щие максимальную и нулевую защиту электродвигателей;

аппараты механической защиты — конечные выключатели и ограничители грузоподъемности, обеспечивающие защиту крана и его механизмов от перехода крайних положений и перегрузки;

полупроводниковые выпрямители (селеновые, германиевые и кремниевые), являющиеся преобразователями переменного тока в постоянный, которым питаются обмотки возбуждения тормоз­ных машин, обмотки магнитных усилителей, а также силовые цепи и цепи управления некоторых типов башенных кранов;

генераторы переменного и постоянного тока, применяемые на некоторых типах башенных кранов в качестве источников питания для всего электрооборудования или электрооборудования приво­дов отдельных механизмов;

аппараты и приборы, используемые для различных переключе­ний и контроля в силовых цепях и цепях управления, — кнопки, рубильники, выключатели, переключатели, измерительные при­боры.

К вспомогательному оборудованию относятся: осветительные приборы (светильники, прожекторы); приборы электрообогрева (электропечи, нагреватели); приборы звуковой сигнализации (звонки, сирены); аппараты управления и защиты (трансформаторы, выключате­ли, предохранители и т. д.), установленные в цепях освещения и отопления.

Крановые электродвигатели. Электродвигатели специального кра­нового типа предназначены для работы как в помещении, так и на открытом воздухе. Поэтому их выполняют закрытыми, с самовен — тиляцией (асинхронные двигатели) или с независимой вентиля­цией (двигатели постоянного тока) и с влагостойкой изоляцией. Так как двигатели рассчитаны на тяжелые условия работы, их из­готовляют повышенной прочности. Крановые электродвигатели допускают большие кратковременные перегрузки и имеют боль­шие пусковые и максимальные моменты, которые превышают номинальные в 2,3…3,0 раза. При этом двигатели имеют относи­тельно небольшие пусковые токи и малое время разгона. Крановые электродвигатели рассчитаны на кратковременные и повторно­кратковременные режимы работы.

Крановые асинхронные электродвигатели имеют обозначение, состоящее из букв и цифр:

МТ — с фазным ротором, МТК — с короткозамкнутым ротором; первая цифра трехзначного числа (0…7) характеризует возрас­тающий наружный диаметр статорных листов, вторая цифра в трех­значном числе (1) указывает, что двигатель относится к модерни­зированной серии;

третья цифра (1 …3) — длину сердечника статора данного габа­рита;

цифра, стоящая после дефиса, обозначает число полюсов ма­шины.

Двигатели с индексом В (МТВ и МТКВ) имеют нагревостойкую изоляцию класса В с допустимой температурой нагревостойкости 130°С. Двигатели с индексом F (MTF и MTKF) имеют нагревос­тойкую изоляцию класса F с температурой нагревостойкости 155°С. Двигатели МТ и МТК выполняют с изоляцией класса Е, с допус­тимой температурой нагревостойкости 120 °С.

Например, MTF-411-8 — крановый электродвигатель с фаз­ным ротором, 4-й величины, 1-й длины, восьмиполюсный, с изо­ляцией класса F.

Контроллеры. Контроллеры служат для управления работой элек­тродвигателя, т. е. его включения, регулирования частоты вращения, остановки и изменения направления движения (реверсирования). Кон­троллеры, применяемые для управления электродвигателями кра­новых механизмов, по принципу работы разделяются на два вида:

непосредственного управления, или силовые, замыкающие или размыкающие силовые цепи двигателя при помощи контактных устройств контроллера с ручным приводом;

дистанционного управления, или магнитные, управляемые при помощи командоконтроллеров, переключающих цепи управления.

Силовыми контроллерами, применяемыми на башенных кранах, служат кулачковые контроллеры переменного тока ККТ (рис. 7.1).

Основными узлами кулачкового контроллера являются контак­тные элементы и вал 5 с кулачковыми шайбами 4. Каждый контак­тный элемент состоит из основания /, подвижного рычага 2 с роликом и подвижным контактом и приводной пружины 3, обес­печивающей замыкание подвижного и неподвижного контактов. Контактные элементы крепятся к корпусу 8 контроллера. Вал с кулачковыми шайбами (кулачковый барабан) вращается в под­шипниках, закрепленных в корпусе контроллера. Поворот кулач­кового барабана осуществляется с помощью рукоятки 6, насажен­ной на выступающий конец вала.

Контроллеры выпускают двух видов: контроллеры для управле­ния одним и двумя двигателями.

Магнитные контроллеры представляют собой панель в откры­том или защищенном исполнении, на которой размещены кон­такторы, реле управления, плавкие предохранители и другие ап­параты управления и электрической защиты.

Для управления катушками контакторов и реле магнитного кон­троллера обычно служит командоконтроллер. Командоконтроллер имеет такой же принцип работы, как и кулачковый контроллер ККТ, но количество переключаемых цепей у него меньше, а кон­такты серебряные, мостикового типа.

Магнитные контроллеры обладают рядом преимуществ по срав­нению с силовыми:

магнитным контроллером любой мощности управляют с помо­щью малогабаритного аппарата — командоконтроллера без при­менения значительного мускульного усилия машиниста;

магнитные контроллеры могут быть установлены вне кабины, в любом месте на кране;

контакторы магнитных контроллеров более износоустойчивы, чем контакты кулачковых контроллеров.

Применение магнитных контроллеров позволяет автоматизи­ровать операции пуска и торможения двигателя, что упрощает управление приводом и предохраняет двигатель от перегрузок.

Однако магнитные контроллеры имеют значительно более слож­ную схему и большее количество электроаппаратов, чем силовые, и поэтому требуют более тщательного ухода.

Контакторы и магнитные пускатели. Контакторы. Контактором называется электрический аппарат для замыканий и размыканий силовых электрических цепей, приводимый в действие при помо­щи электромагнита.

В зависимости от рода тока различают контакторы постоянного и переменного тока. По числу одновременно переключаемых цепей контакторы разделяют на однополюсные и многополюсные. Кон­такторы постоянного тока выпускаются одно — и двухполюсными, а контакторы переменного тока — двух-, трех- и четырехполюсными.

Главные контакты делают массивными, рассчитанными на боль­шую силу тока, а блок-контакты — небольшими, так как в цепи управления сила тока не превышает 5… 10 А.

При размыкании электрических цепей, находящихся под на­грузкой, между силовыми контактами контактора возникает элек­трическая дуга, которая вызывает ускоренный износ контактов и даже их разрушение. Для сокращения времени горения дуги при­меняются различные системы принудительного дугогашения.

Контакторы используют в магнитных контроллерах башенных кранов в качестве линейных контакторов цепи защиты и в ревер­сорах.

Магнитные пускатели. Магнитным пускателем называется ма­логабаритный контактор специального исполнения, предназначен­ный для пуска, остановки и реверсирования асинхронных корот­козамкнутых электродвигателей, а также для коммутации (замы­кания и размыкания) других электрических цепей. Магнитный пус­катель может иметь встроенные тепловые реле для защиты элект­рической цепи от перегрузок.

На башенных кранах пускатели применяют для управления ко­роткозамкнутыми двигателями, в магнитных контроллерах и для коммутации других силовых цепей.

Реле управления и защиты. Реле времени. Реле времени применя­ют в магнитных контроллерах кранов для автоматического замы­кания и размыкания цепей управления с заданной выдержкой вре­мени.

Промежуточное реле. Промежуточное реле применяют в крановых схемах в качестве вспомогательного аппарата, если основной аппа­рат не обладает достаточным количеством контактов, требуемых для работы схемы, а также если мощность контактов основного аппарата недостаточна для размыкания или замыкания цепи управления.

Реле минимального тока. Реле применяют в схеме привода грузо­вой лебедки с тормозной машиной для контроля силы тока об­мотки возбуждения.

Реле максимального тока. Реле максимальной силы тока (макси­мальное реле) — электромагнитное токовое реле мгновенного дей­ствия. Реле применяют для защиты электродвигателей от повреж­дения при резком возрастании силы тока, например, при боль­шой перегрузке, резком включении, коротком замыкании.

Тепловое реле. Тепловое реле служит для защиты электродвига­теля от небольших, но длительных перегрузок, при которых сила тока двигателя на 30% и более превышает номинальное значение. Тепловое реле срабатывает при определенном значении силы тока в течение некоторого интервала времени.

Резисторы. Применяемые в электрооборудовании башенных кра­нов резисторы делятся на пускорегулирующие, включаемые в си­ловую сеть электродвигателей, и резисторы, используемые в це­пях управления и сигнализации.

Пускорегулирующие резисторы (реостаты) включаются в цепь ротора электродвигателя и служат для плавного разгона, торможе­ния и регулирования частоты вращения электродвигателя, а также для торможения его в режиме противовключения.

В проволочных резисторах на металлические держатели, изоли­ рованные по граням фар­форовыми изоляторами, намотана константановая проволока.

Элементы ленточных резисторов (рис. 7.2) вы­полняются из намотанной на ребро ленты 3, укреп­ленной на стальном дер­жателе с помощью фар­форовых изоляторов 1. Эти элементы собираются в ящике аналогично прово­лочным резисторам.

Пускорегулирующий реостат в зависимости от мощности и на­значения электродвигателя состоит из одного или нескольких ящи­ков резисторов.

Включают реостаты в цепь ротора двигателя или выключают (закорачивают) их в процессе работы с помощью контроллеров. Резисторы рассчитаны, как правило, только на кратковременное включение при пуске или торможении двигателя. Длительная ра­бота электродвигателей с включенными реостатами (рукоятка кон­троллера не установлена в крайнее положение) недопустима, так как при этом резисторы сильно перегреваются.

Тормозные машины. Тормозные машины применяют в электро­приводе грузоподъемных лебедок для получения пониженных ско­ростей перемещения груза.

На башенных кранах устанавливают тормозную машину пере­менного тока ТМ-4А, представляющую собой короткозамкнутый асинхронный электродвигатель специального исполнения, имею­щий малую частоту вращения.

Тормозная машина рассчитана на кратковременную работу с ПВ = 15 % и должна использоваться только для небольших переме­щений грузов.

Тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели.

Тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели применяют для растормаживания колодочных тормозов в меха­низмах крана.

Тормозные электромагниты. Тормозные электромагниты имеют две основные части: магнитопровод и обмотку возбуждения (ка­тушку). Магнитопровод состоит из неподвижного ярма и подвиж­ного якоря. При прохождении тока через укрепленную на ярме ка­тушку возникает магнитное поле, под действием которого якорь при­тягивается к ярму и через систему рычагов растормаживает тормоз.

Тормозные электромагниты разделяют по роду питания на элек­тромагниты переменного и постоянного тока.

Электрогидравлические толкатели. Электрогидравлические тол­катели — это машины, преобразующие электрическую энергию в механическую и имеющие прямолинейно перемещающийся ис­полнительный орган (шток).

По сравнению с тормозными электромагнитами электрогид­равлические толкатели обладают рядом преимуществ:

размеры и масса их меньше по сравнению с аналогичными по рабочим параметрам электромагнитами, потребление электроэнер­гии также в несколько раз меньше;

величина напорного усилия гидротолкателя не зависит от по­ложения поршня, в то время как у электромагнита усилие резко изменяется в зависимости от величины воздушного зазора между ярмом и якорем;

с повышением внешней нагрузки до величины максимального упорного усилия толкателя поршень останавливается. При этом не происходит ни перегрузки двигателя, ни механических поврежде­ний элементов толкателя.

Полупроводниковые выпрямители. Полупроводниковые выпрями­тели служат для выпрямления переменного тока в постоянный, который применяют на башенных кранах для питания обмоток возбуждения тормозных машин и тормозных электромагнитов, цепей управления катушек контакторов и цепей управления маг­нитных усилителей, для динамического торможения асинхронных двигателей, а также для питания цепей ограничителей грузоподъ­емности и анемометров.

Конечные выключатели. Конечные выключатели служат для ог­раничения действия механизмов крана, включения цепей сигна­лизации, а также используются в качестве выключателей блоки­ровки.

По принципу работы конечные выключатели подразделяют: на рычажные (рис. 7.3), срабатывающие при действии на них отключающих устройств;

приводные (шпиндельные), которые жестко связаны с валом механизма и срабатывают после поворота вала выключателя на определенный угол.

Плавкие предохранители. Плавкие предохранители предназначе­ны для защиты электрооборудования и электрических сетей от боль-

ших токов, возникающих при коротких замыканиях, и значитель­ных (50% и более) перегрузках.

В предохранителе помещается проводник с низкой температу­рой плавления (плавкая вставка), через который проходит ток за­щищаемой цепи. При увеличении силы тока выделяется большое количество тепла, под действием которого проводник расплавля­ется и размыкает цепь. На башенных кранах применяют трубчатые предохранители без наполнения ПР-2 и с наполнением ПН2, НПР, НПН.

Рубильники. Силовые распределительные ящики. Рубильники и си­ловые распределительные ящики служат для нечастой коммута­ции (замыкания и размыкания) электрических цепей переменно­го и постоянного тока напряжением до 500 В. На башенных кранах рубильники применяют в защитных панелях и в силовых распре­делительных ящиках. Силовые распределительные ящики исполь­зуют на башенных кранах в качестве вводных (портальных) ру­бильников, устанавливаемых в нижней части металлоконструкции крана, на портале или на ходовой раме.

Рубильник (рис. 7.4, а) имеет один или несколько подвижных ножей 1, шарнирно укрепленных в контактных стойках 6. Ножи связаны траверсой 3 из изолирующего материала. При включении рубильника ножи вводятся в контактные губки 2. К губкам присо­единяют провода от источника питания, а к контактным стойкам ножей — провода включаемой рубильником цепи. Рубильником управляют (включают и отключают) с помощью рукоятки 4.

По числу размыкаемых цепей различают одно-, двух — и трехпо­люсные рубильники.

Силовой распределительный ящик (рис. 7.4, 6) представляет со­бой шкаф 7 со встроенными в него рубильником 8 и предохрани­телями 10. Рубильник управляется с помощью рычажного привода боковой рукояткой 9. Рукоятка имеет блокировочное устройство, благодаря которому нельзя открыть крышку шкафа при включен­ном рубильнике и включить рубильник при открытой крышке. В корпусе предусмотрен зажим для крепления заземляющего провода.

В некоторых конструкциях силовых распределительных ящиков вместо отдельно устанавливаемых рубильника и плавких предо­хранителей применяют встраиваемый блок предохранитель—вы­ключатель (рис. 7.4, в). Блок состоит из контактных губок И, уста­новленных на изоляционной панели, и подвижных ножей 14, вы­полненных вместе с предохранителями. Блок включается и отклю­чается рукояткой 13, связанной с ножами при помощи рычажной системы 12.

На всех распределительных ящиках, которые установлены в ка­честве портального рубильника на кране или в качестве рубильника

на подключательном пункте у подкранового пути, предус­матривается устройство для запирания ящика с рукоят­кой, установленной в поло­жение «Выключено». Оно дол­жно быть выполнено так, что­бы в запертом положении нельзя было включить руко­ятку, а при включенной ру­коятке — запереть устройство.

Автоматические выключа­тели. Автоматические выклю­чатели (автоматы) предназ­начены для автоматического отключения электрических цепей в случае нарушения нормальных условий их рабо­ты (например, при перегруз­ке или коротком замыка­нии), а также для нечастой коммутации.

Автомат (рис. 7.5, а) состо­ит из кожуха, коммутирующе­го устройства, дугогаситель­ных камер, механизма управ­ления и расцепителей макси­мального тока. Он отключает­ся при срабатывании расцепителей максимальной силы тока. По прин­ципу действия расцепители бывают: тепловыми, электромагнитны­ми и комбинированными, состоящими из последовательно вклю­ченною теплового и электромагнитного расцепителей. Основным эле­ментом теплового расцепителя является биметаллическая пластина.

Электромагнитный расцепитель состоит из катушки 14 и сер­дечника 13. При возникновении тока короткого замыкания сер­дечник мгновенно втягивается в катушку. При этом рычаг И пово­рачивается, освобождает от зацепления с зубом фигурную деталь 6 и автомат отключается без выдержки времени.

Аппаратура ручного управления. Для нечастых переключений це­пей управления и освещения в схемах башенных кранов применяют кнопки управления, выключатели управления, пакетные выключа­тели и универсальные переключатели.