2

3

Cursul de ECHIPAMENTE ELECTRICE se adreseaz, n special studenilor de la secia de Inginerie Electric, dar i celorlali studeni ai facultilor de profil tehnic care doresc s cunoasc fenomenele de comutaie i protecie electric. Noiunea de echipament electric este foarte larg i se preteaz la numeroase interpretri; de aceea trebuie s precizm c n domeniul Electrotehnicii prin echipament electric nelegem dispozitivele destinate comutaiei electrice, proteciei consumatorilor electrici i unele dispozitive folosite n acionrile electrice. Transferul de energie electric de la locul de producere la locul de utilizare se realizeaz prin intermediul reelelor electrice. Att la productorii de energie electric ct i n reelele de transport, dar mai ales la consumatorii industriali sau casnici sunt utilizate aparate i echipamente electrice de comutaie i protecie. Definind un echipament de comutaie ca un ansamblu de dispozitive electromecanice sau electrice cu ajutorul crora se stabilesc sau se ntrerup circuitele electrice, rezult c din punct de vedere structural echipamentele de comutaie se mpart n dou mari categorii: echipamente de comutaiei mecanic, ce au cel puin un element mobil pe durata efecturii comutaiei. La rndul lor aceste aparate pot fi: a) neautomate, cum ar fi: ntreruptoarele i comutatoarele cu prghie, ntre-ruptoarele i comutatoarele pachet, butoane de acionare, ntreruptoare bascu-lante, separatoare i controlere; b) automate din care amintim: contactoarele, ntreruptoarele de joas i nalt tensiune i separatoare de scurtcircuitare; echipamente cu comutaie static, ce nu au componente n micare iar conectarea sau deconectarea este comandat i realizat electronic. Aceast categorie de aparate de comutaie se realizeaz cu dispozitive semiconductoare de putere ca: diode, tiristoare, triacuri sau tranzistoare de putere. n afara echipamentelor de comutaie exist o categorie larg de echipamente electrice de protecie, cu rolul de a proteja generatoarele electrice, liniile electrice, transformatoarele i consumatorii mpotriva suprasarcinilor, supracurenilor, scurtcircuitelor, supratensiunilor sau a oricror regimuri anormale de funcionare. Din categoria echipamentelor electrice de protecie fac parte: siguranele fuzibile, releele de protecie, declanatoarele, bobinele de reactan, eclatoarele i descrctoarele.

4

n volumul doi alk cursului de Echipamente Electrice sunt prezentate principalele tipuri de aparate i echipamente electrice de comutaie i protecie de joas, medie i nalt tensiune, precum i echipamentele electrice pentru pornirea i reglarea turaiei mainilor electrice. Mulumesc pentru sprijinul primit la realizarea acestui curs din partea colegilor i a colaboratorilor.

Autorul

5

CUPRINS

1. APARATE ELECTRICE NEAUTOMATE 1.1. CLASIFICAREA APARATELOR ELECTRICE

NEAUTOMATE 1.2. CARACTERISTICILE TEHNICE ALE APARATELOR

ELECTRICE NEAUTOMATE1.3. SEPARATOARE DE JOAS TENSIUNE

1.4. NTRERUPTOARE I COMUTATOARE CU PRGHIE 1.5. NTRERUPTOARE I COMUTATOARE TIP PACHET 1.6. NTRERUPTOARE I COMUTATOARE BASCULANTE 1.7. LIMITATOARE DE CURS I MICRONTRERUPTOARE 1.8. BUTOANE, CHEI DE COMAND I LMPI 1.9. PRIZE, FIE, CUPLE I CONECTOARE 1.10. REOSTATE INDUSTRIALE 1.11. APARATE PENTRU COMANDA MANUAL A

MOTOARELOR TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR

2. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE COMUTAIE DE JOAS TENSIUNE

2.1. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE 2.1.1. Clasificarea contactoarelor electromagnetice 2.1.2. Contactoare electromagnetice de curent alternativ 2.1.3. Contactoare de curent continuu 2.1.4. Comanda contactoarelor electromagnetice

2.2. CONTACTOARE STATICE 2.2.1. Contactoare statice de curent alternativ 2.2.2. Contactoare statice de curent continuu 2.2.3. Contactoare hibride

2.3. RELEE INTERMEDIARE 2.3.1. Relee miniaturizate 2.3.2. Relee Reed

2.4. NTRERUPTOARE AUTOMATE DE JOAS TENSIUNE 2.4.1. Clasificarea ntreruptoarelor automate de joas tensiune 2.4.2 Elementele construcxtive ale ntreruptoarelor automate 2.4.3. ntreruptoare automate de c.a. 2.4.4. ntreruptoare automate de c.c.

2.5. DISJUNCTOARE TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR

6

3. APARATE ELECTRICE DE PROTECIE 3.1. SIGURANE FUZIBILE

3.1.1. Principiul de funcionare al siguranelor fuzibile 3.1.2. Mrimile caracteristice ale siguranelor fuzibile 3.1.3. Sigurane fuzibile de joas tensiune 3.1.4. Sigurane fuzibile de medie i nalt tensiune

3.2. RELEE DE PROTECIE 3.2.1. Clasificarea releelor de protecie 3.2.2. Caracteristicile releelor de protecie. 3.2.3. Relee termobimetalice

3.2.3.1. Principiul de functionare al releelor termobimetalice 3.2.3.2. Caracteristica de protecie a releului termobimetalic 3.2.3.3. Variante constructive de relee termobimetalice 3.2.3.4. Calculul lamelei termobimetalice

3.2.4. Relee electromagnetice 3.2.4.1. Relee electromagnetice maximale de curent 3.2.4.2. Relee electromagnetice de tensiune

3.2.5. Relee de inducie 3.2.5.1. Relee de inducie cu rotor disc 3.2.5.2. Relee de inducie cu rotor cilindric

3.2.6. Relee Buchholtz 3.3. DECLANATOARE. 3.4. DESCRCTOARE

3.4.1. Eclatoare electrice 3.4.2 Principiul de funcionare al descrctoarelor electrice 3.4.3. Variante constructive de descrctoare 3.4.4. Mrimile caracteristice ale unui descrctor

3.5. RELEE DE TIMP 3.5.1.Clasificarea releelor de temporizare 3.5.2.Variante constructive de relee electromagnetice de

temporizare 3.5.3. Relee de timp electrice 3.5.4. Relee electronice de temporizare

TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR 4 APARATE DE COMUTAIE DE MEDIE I NALT TENSIUNE

4.1. SEPARATOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.1.1. Clasificarea separatoarelor. 4.1.2. Principalele variante constructive ale separatoarelor de

medie tensiune

7

4.2. SEPARATOARE DE NALT TENSIUNE 4.2.1.Clasificarea separatoarelor de nalt tensiune 4.2.2. Separatoare rotative 4.2.3. Separatoare de translaie 4.2.4. Separatoare pantograf 4.2.5.Separatoare de secionare i punere la pmnt

4.3. CONTACTOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.3.1. Contactoare de medie tensiune n vid

4.4. NTRERUPTOARE DE MEDIE TENSIUNE 4.4.1. ntreruptoare cu vid 4.4.2. Mecanisme de acionare a ntreruptoarelor de medie

tensiune 4.5. NTRERUPTOARE DE NALT TENSIUNE

4.5.1. ntreruptoare cu ulei 4.5.2. ntreruptoare cu hexafluorur de sulf

TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR 5. PROTECIA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

5.1. PROTECIA MOTOARELOR ELECTRICE 5.1.1. Comanda i protecia motoarelor asincrone cu conectare

direct la reea 5.1.2. Comanda cu inversare de sens i protecia unui motor

asincron 5.1.3. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire stea-

triunghi 5.1.4. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire cu

reostate statorice 5.1.5. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu

autotransformator 5.1.6. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu

rezistene rotorice 5.1.7.Protecia minimal de tensiune a motoarelor electrice 5.1.8. Protecia motoarelor asincrone de putere la scurtcircuite

polifazate 5.1.9. Protecia diferenial longitudinal a motoarelor sincrone de

putere 5.2. PROTECIA GENERATOARELOR SINCRONE

5.2.1. Protecia diferenial longitudinal a unui generator sincron 5.2.2. Protecia mpotriva scurtcircuitelor rotorice a generatoarelor

sincrone 5.2.3. Protecia maximal cu tiere de curent a unui generator

sincron

8

5.2.4. Protecia prin bobine de reactan a generatoarelor sincrone 5.3. PROTECIA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

5.3.1. Protecia de gaze a transformatoarelor n ulei 5.3.2. Protecia diferenial longitudinal a unui transformator 5.3.3. Protecia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim a

unui transformator 5.4. PROTECIA REELELOR ELECTRICE

5.4.1. Protecia maximal de curent a liniilor electrice radiale 5.4.2. Protecia maximal de curent temporizat a liniilor electrice

radiale 5.4.3. Protecia maximal de curent direcional a liniilor electrice

cu alimentare bilateral 5.4.4. Protecia de distan a reelelor electrice complexe

5.5. AUTOMATIZAREA SISTEMELOR ENERGETICE 5.5.1. Reanclanarea Automazt Rapid (RAR) 5.5.2. Anclanarea automat a Rezervei (AAR) 5.5.3. Descrcarea Automat a Sarcinii la Scderea Frecvenei 5.5.4. Descrcarea Automat a Sarcinii la Scderea Tensiunii

5.6. PROTECII NUMERICE A REELELOR ELECTRICE 5.6.1. Funciile proteciilor numerice a reelor

5.6.1.1. Funcia protecie de distan 5.6.1.2. Funcia de supraveghere a circuitelor de tensiune 5.6.1.3. Funcia de accelerare a proteciei la conectarea pe defect 5.6.1.4. Funcia de protecie maximal de curent instantanee 5.6.1.5. Funcia de protecie homopolar de curent direcionat 5.6.1.6. Funcia de locator de defecte 5.6.1.7. Funcia de nregistrator secvenial de evenimente 5.6.1.8. Funcia RAR 5.6.1.9. Funcia de protecie maximal de tensiune 5.6.1.10. Funcii de supraveghere sistem 5.6.1.11. Funcia de interfaare cu operatorul

5.7. PROTECIA INTEGRAT A REELELOR ELECTRICE 5.7.1 Protecia integrat a unei linii electrice cu releul DIPA 100 5.7.2. Caracteristici tehnice generale ale DIPA 100

5.8. SISTEME SCADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION

5.8.1. Funciile de baz ale sistemului SCADA 5.8.1.1. Supravegherea i controlul de la distan 5.8.1.2. Alarmarea 5.8.1.3.Analiza post avarie 5.8.1.4.Urmrirea ncrcrii reelelor

9

5.8.1.5.Planificarea i urmrirea reviziilor i reparaiilor n scopul evitrii cderilor

5.8.2. Funcii EMS Energy Management System 5.8.3. Funcii DMS

TEST DE VERIFICARE A CUNOTINELOR BIBLIOGRAFIE

10

1. APARATE ELECTRICE NEAUTOMATE

Aparatele electrice neautomate sunt destinate conectrii i deconec-trii circuitelor electrice de curent continuu sau alternativ de joas tensiune. Ele au urmtoarele caracteristici: acionare manual att la nchidere ct i la deschidere; nu au elemente de protecie, msurare i reglaj; nu pot ntrerupe cureni de serviciu mai mici sau egali cu curentul nominal; nu au rolul i nu pot s ntrerup curenii mari de suprasarcin sau de scurtcircuit; au o manevrare rar, cu o frecven redus de conectare; sunt acionate manual, att la deschidere ct i la nchidere. Din aceast categorie de aparate fac parte: separatoarele, ntreruptoa-rele i comutatoarele cu prghie, ntreruptoarele i comutatoarele pachet, prizele i fiele industriale, conectoarele, limitatoarele de curs; microntreruptoarele; precum i echipamentul electric folosit la pornirea i reglarea manual a turaiei mainilor electrice (inversoare de sens, comutatoare Stea Triunghi, controlere, manipulatoare, limitatoare de curs i reostatele).

1.1. CLASIFICAREA APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE

Aparatele electrice de joas tensiune sunt aparate ce se construiesc pentru tensiuni nominale ce nu depesc 1000V curent alternativ i 1200V curent continuu. Se realizeaz ntr-o mare varietate de tipuri i se folosesc nu numai n centrale i staii electrice, ci i in sectorul casnic pe scara foarte larg. Clasificarea aparatelor neautomate de joas tensiune se poate face dup mai multe criterii: A) Dup funcia de utilizare aparatele electrice se pot clasifica astfel: a) Aparate electrice industriale, destinate instalaiilor electrice industriale de putere: pentru comanda motoarelor electrice: comutator Stea - Triunghi, inversor de sens, comutator de poli, reostat de pornire i reglaj, reostat de excitaie, controlere.

11

pentru acionri: butoane, chei, ntreruptoare, comutatoare. pentru semnalizare avem: lmpi, hupe, sonerii. b) Aparate pentru instalaii, aparate destinate instalaiilor electrice de mic putere: ntreruptoare folosite n circuite de lumin, aparate de nclzit sau motoare mici; comutatoare folosite in circuite de lumin, de capt, de hotel, cruce, scar); prize fixe i mobile; cuple; butoane pentru sonerii i lumin. B) Dup felul curentului: aparate de curent continuu i aparate de curent alternativ, iar cele de curent alternativ pot fi monofazate sau trifazate. C) Dup tensiunea nominal standardizat sub 1000V curent alternativ i 1200V curent continuu sunt: n curent alternativ: 24, 48, 127, 220, 400, 660, 1000 Vc.a. n curent continuu: 24, 48, 125, 400, 800, 1200 Vc.c. D) Dup curenii nominali standardizai sunt: 3, 6, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 160, 200, 315, 400, 630, 1600, 2000, 2500, 3150 A Din punct de vedere al proteciei muncii, aparatele cu tensiunea nominal mai mare de 48 V sunt considerate potenial periculoase i deci trebuie s corespund normelor de protecia muncii. Fiecare aparat din cele enumerate prezint o bogat varietate de tipuri constructive aprute ca urmare a funciilor pe care trebuie s le satisfac, precum i a condiiilor mediului n care va funciona.

1.2. CARACTERISTICILE TEHNICE ALE APARATELOR ELECTRICE NEAUTOMATE

Funcionarea aparatelor electrice neautomate este posibil numai n condiiile tehnice date de parametrii electrici i mecanici nominali, pentru care aceste aparate au fost construite. Dac este necesar modificarea unuia dintre aceti parametrii trebuie ales un aparat cu alte caracteristici electrice i constructive. Valorile pentru care au fost calculate aparatele se numesc valori nominale, iar valorile la care se folosesc aparatele i care sunt mai mici sau egale cu aceste valorile nominale se numesc valori de serviciu. Pentru a se evita ns construirea unei varieti prea mari de aparate, n funcie de valorile

12

necesare s-a standardizat o gam de valori care satisfac cerinele industriei. Cele mai importante caracteristici tehnice ale aparatelor electrice sunt: A. Tensiunea nominal: este tensiunea la care este posibil funcionarea aparatului sau tensiunea maxim a reelei la care funcionarea are loc fr pericol de distrugere a aparatului. Aceast condiie determin materialele electroizolante folosite la construcia aparatului, distana dintre contacte etc. Din acest punct de vedere aparatele vor putea lucra i la tensiuni mai mici, adic la tensiuni de serviciu. Valorile nominale ale tensiunilor sunt: n curent continuu: 24, 48, 110 (125), 230 (250), 440, 600, 800 (750), 1200 Vc.c. n curent alternativ: 24, 36, 48, (42), 110, (127), 230 (250), 400, 660 (500), 1000 Vc.a.. B. Curentul nominal reprezint valoarea intensiti curentului care poate trece prin aparat un timp nedefinit de lung fr deteriorarea acestuia, sau pentru care funcionarea aparatului este optim (n cazul bobinelor de acionare etc.).

Intensitatea curentului determin seciunea conductoarelor i a contactelor aparatului. Din aceast cauz utilizarea aparatului la intensiti ale curentului de serviciu cu mult mai mici dect valoarea nominal este iraional. n standarde se stabilesc urmtoarele valori ale intensitilor curenilor electrici pentru care se construiesc aparatele electrice de joas tensiune: 6, 10, 16, 32, 40, 80, 100, 160, 200, 250, 315, 400, 630, 1000, 1600, 2000, 2500, 3150A. n general aparatele admit o suprasarcin care este limitat valoric (i n timp) de condiiile de rcire. Aceast suprasarcin se numete curent limit termic i se refer la o durat de o secund (sau alt valoare precizat). C. Rezistena la uzur mecanic este o caracteristic pur mecanic i determin numrul de manevrri pentru care funcionarea este garantat, deci i timpul dup care un aparat va trebui s fie nlocuit Rezistena mecanic este indicat sub forma numrului de cicluri sau manevrri (conectare-deconectare). Aceast caracteristic este indicat pentru principalele tipuri de aparate, dup cum urmeaz: ntreruptoare i comutatoare rotative 20.000 cicluri ntreruptoare pachet 10.000 cicluri prize i fie industriale 1.000 cicluri comutatoare stea-triunghi manuale 10.000 cicluri D. Frecvena de conectare reprezint numrul maxim posibil de manevrri la tensiune i intensitatea nominal, n unitatea de timp (or,

13

minut). Aparatele electrice sunt mprite dup frecvena de conectare n 5 clase, dup cum urmeaz: clasa I - pn la 30 acionri pe or; clasa II- pn la 150 acionri pe or; clasa III - pn la 600 acionri pe or; clasa IV - pn la 1200 acionri pe or; clasa V - pn la 3000 acionri pe or. E. Durata de funcionare reprezint timpul, exprimat n procente, din durata total a unui ciclu de lucru n care aparatul se gsete sub tensiune. Aceast durat condiioneaz nclzirea aparatului. Sunt normalizate urmtoarele durate relative de funcionare: 15%, 25%, 40%, 60%, 100%. Din punct de vedere al duratei de conectare deosebim trei servicii de funcionare: serviciul de scurt durat (temporar), corespunztor conectrii pentru scurt timp i deconectrii ndelungate (cazul reostatelor de pornire, butoanele de comand etc.); - serviciul intermitent (conectri i deconectri frecvente);

- serviciul de durat, cnd aparatul este conectat vreme ndelungat (cazul separatoarelor) F. Capacitatea de rupere reprezint valoarea maxim (efectiv) a curentului pe care l poate ntrerupe aparatul fr a se deteriora. Ea poate fi nul (separatoare), egal cu curentul nominal (ntreruptoare cu prghie) sau mai mare dect curentul nominal. G. Capacitatea de nchidere este curentul maxim care se poate stabili prin aparat. Deoarece majoritatea consumatorilor de curent electric absorb la pornire un curent mare, aparatele vor trebui s suporte cureni de scurt durat mai mari dect curenii nominali. Din acest punct de vedere aparatele pot fi:cu capacitate de nchidere mai mic, egal, sau mai mare dect curentul nominal. n general, capacitatea de nchidere este mai mare dect cea de rupere. H. Gradul de protecie n cazul aparatelor electrice, reprezint gradul de siguran mpotriva ptrunderii corpurilor strine sau a apei n interiorul lor. Acest lucru se menioneaz printr-un indicativ format din literele I.P. urmate de trei cifre: prima se refer la protecia contra atingerilor pieselor sub tensiune, a doua la protecia contra ptrunderii apei, iar a treia la protecia mpotriva deteriorrilor mecanice.

n cazul n care utilajul prezint protecie special (de exemplu protecie antiexploziv), se face o meniune special n acest sens. Dac unele pri ale aparatului electric, sau ale mainii electrice se execut la un alt grad de protecie, se indic mai nti gradul de protecie pentru ntregul ansamblu

14

urmat de gradul de protecie pentru partea diferit protejat, menionndu-se i partea constructiv la care se refer aceast indicaie. Cea de-a treia cifr se indic doar n cazul aparatelor electrice (de exemplu I.P.332). Tabelul 1.1. Gradele de protecie mpotriva atingerii pieselor sub tensiune i a ptrunderii corpurilor strine

Simbol Protecia contra atingerilor Protecia contra ptrunderii corpurilor strine

0 Fr protecie Fr protecie 1 Protecie mpotriva atingerii

cu o suprafa mare a minii Fr protecie pentru corpuri strine mari (sub 50 mm)

2 Protecie la atingerea cu degete

Idem pentru mijlocii (sub 12 mm)

3 Protecie contra atingerii cu unelte peste 2,5 mm

Fr protecie la corpuri sub 2,5 mm

4 Protecie contra atingerii cu obiecte peste 1 mm

Fr protecie contra corpurilor sub 1 mm

5 Protecie contra atingerii cu orice fel de mijloace

Protecie parial contra prafului

6 Idem Protecie total contra prafului n tabelele 1.1. i 1.2. sunt prezentate cele mai utilizate grade de protecie mpotriva atingerii i ptrunderii corpurilor strine i a apei, precum i tabelul cu gradele de protecie mpotriva deteriorrilor mecanice (numai pentru aparate electrice). Indicaia referitoare la gradul de protecie se plaseaz ntr-un loc vizibil, de regul pe plcua indicatoare, alturi de alte caracteristici ale aparatului.

Tabelul 1.2. Gradele de protecie contra ptrunderii lichidelor Simbol Gradul de protecie

0 Fr protecie 1 Protecie contra picturilor de ap condensat 2 Protecia contra picturilor de lichide ce cad sub un unghi de maxim

15 fa de vertical 3 Protecie contra ploii 4 Protecia contra stropirii cu lichide 5 Protecia contra apei sub form de jet 6 Protecia mpotriva condiiilor de pe puntea navelor 7 Protecia mpotriva scufundrii n lichid 8 Protecia mpotriva scufundrii n ap sub presiune

15

1.3. SEPARATOARE DE JOAS TENSIUNE

Separatoarele de joas tensiune servesc la separarea vizibil a unui circuit, pentru efectuarea unor operaiuni de revizie sau reparaii ce nu se pot executa sub tensiune. Ele pot ntrerupe doar circuite aflate sub tensiune, dar neparcurse de curent.

Deoarece n poziia nchis separatoarele sunt parcurse de curent nominal, presiunea de contact realizat de contactul fix pe cuitul de contact trebuie s asigure o rezisten de contact ct mai redus. ntruct separatoarele se nchid i se deschid cnd prin circuit nu trece curent, nu se formeaz arc electric ntre contactele separatorului i de aceea nu sunt prevzute cu camere de stingere. Separatoarele nu pot asigura protecia la supracurent a consumatorilor, drept care este necesar un aparat suplimentar (siguran fuzibil sau ntreruptor automat).

Figura 1.1. Separator tip cuit 1 - cadru metalic; 2 - izolatoare suport; 3 - borne de legtur;

4 - contact fix; 5 - contact mobil; 6 - urechea de acionare; 7 ax; 8 born de legare la pmnt.

Separatoarele de joas tensiune sunt de regul de tip interior, se monteaz vertical i se acioneaz manual. Separatoarele lucreaz n poziie nchis n regim de lung durat (adic durata relativ de conectare este 100%), fiind echipate cu contacte inoxidabile de mare presiune. Pentru a compensa forele de repulsie dintre contacte, la valori semnificative ale curentului (n caz de scurtcircuit) unele separatoare sunt prevzute cu mai multe cuite (ci de curent) n paralel. Separatoarele de joas tensiune mono-polare, bipolare i tripolare de construcie romneasc au urmtoarele caracteristici: UN = 500 i 1000V; IN = 200, 350, 600 sau 1000 A.

16

1.4. NTRERUPTOARE I COMUTATOARE CU PRGHIE

ntreruptoarele i comutatoarele cu prghie sunt aparate neautomate care se utilizeaz n circuite de iluminat sau for, de curent continuu i alternativ. Piesa mobil de contact este de forma unui bra de prghie, de unde le provine i numele (se mai numesc i hebluri). Comutaia are loc sarcin i sunt necesare camere de stingere, construite din azbociment i prevzute cu grtare din materiale feromagnetice (care folosesc principiul divizrii arcului, n cazul aparatelor de curent alternativ) sau cu icane electroizolante (care folosesc principiul deion n cazul aparatelor de curent continuu). Cuitele de contact sunt acionate direct sau printr-un sistem de prghii. La ntreruperea curenilor inteni, viteza de deplasare a arcului electric are loc sub aciunea autosuflajului electrodinamic, fora fiind proporional cu ptratul curentului din circuit (i nu este influenat de alungirea mecanic). n cazul curenilor de intensitate redus, viteza de deplasare a pieselor mobile de contact are un rol determinant, pentru c forele electrodinamice au valori reduse. n acest caz, trebuie mrit viteza de ndeprtare a pieselor de contact i se folosesc contacte de rupere, n paralel cu contactele principale. ntreruptoarele cu cureni nominali mai mici de 500 A au piesele mobile ale contactelor de rupere n form de cuit acionate prin resoarte prinse de piesele mobile ale contactelor principale. n figura 1.2. este prezentat un ntreruptor cu prghie i respectiv un comutator cu prghie.

Figura 1.2. ntreruptor i comutator cu prghie 1, 6-bome; 2-piesa fix de contact; 3-cuit principal; 4-ax;

5-portpies de contact; 7-mner; 8-platou; 9-cuit de rupere; 10-resort

17

Dup deschiderea fr arc electric a contactelor principale, resoartele se ntind i determin accelerarea pieselor mobile ale contactelor de rupere. Comutatoarele au dou rnduri de piese fixe de contact, astfel nct deschiderea primului rnd de contacte este urmat de nchiderea celuilalt rnd de contacte i invers. La ntreruptoarele cu prghie tripolare, de multe ori maneta de acionare este poziionat lateral aa cum este prezentat n figura 1.3.

Figura 1.3. ntreruptor cu prghie tripolar: l-piese mobile de contact; 3-piese fixe de contact;

4-portpiese fixe de contact cu ax; 5-platou; 8-maneta de acionare; 9-dispozitiv de stingere a arcului electric.

Acionarea acestor aparate se face manual, putnd fi direct (cnd ntre-ruptorul este aezat n faa tabloului), sau indirect, cnd ntreruptorul este aezat n spatele tabloului. ntreruptoarele se fixeaz pe tablou astfel ca deschiderea circuitului s se fac prin acionarea n jos a manetei. Reeaua de alimentare se leag la bornele de sus, iar receptorul la bornele de jos. ntreruptoarele i comutatoarele cu prghie monopolare, bipolare i tripolare de construcie romneasc au urmtoarele caracteristici:

pentru aparatele de curent alternativ: UN= 400 V, 500 V sau 660 V; IN = 25 A, 63 A, I00A, 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A

pentru aparatele de curent continuu: UN, =175 V, 230 V, 440V; IN = 200 A, 350 A, 600 A, 1000 A. Dup modul de protejare a aparatului, exist urmtoarele tipuri de ntreruptoare cu prghie a. ntreruptoare n execuie neprotejat, utilizate pn la 230 V. b.ntreruptoare n execuie protejat contra atingerilor accidentale, pentru tensiuni de 380 V i 500 V i cureni de peste 400 A. Aceste ntreruptoare sunt protejate printr-un capac de protecie din material electroizolant (carton, prepan sau bachelit).

18

c. ntreruptoare n execuie nchis n cutii metalice, pentru tensiuni de 380 V i 500 V i cureni de pn la 400 A. Cutiile de distribuie pot conine pe lng ntreruptor i sigurane fuzibile, relee, diferite aparate de msur ca ampermetre, voltmetre, wattmetre. d. ntreruptoare n execuie capsulat, care se folosesc n aer liber, n ncperi umede, n atmosfer ncrcat cu diferii vapori combustibili (amoniac, acizi etc.), n ncperi cu praf i murdrie sau cu pericol de ex-plozie. La aceste ntreruptoare, capacele cutiilor i intrrile conductoarelor n cutie sunt etanate ermetic.

1.5. NTRERUPTOARE I COMUTATOARE TIP PACHET

ntreruptoarele i comutatoarele pachet (cu came) sunt aparate neautomate care se utilizeaz n circuitele de comand (n care intensitile curenilor sunt mai mici dect 100 A), de curent continuu sau alternativ i n circuitele de automatizare unde se cer funcii de comutare complexe.

Figura 1.4. ntreruptor pachet tripolar 1- maneta de acionare; 2-ax de acionare; 3-mecanism de sacadare; 4-borne; 5-disc electroizolant; 6-tirani; 7-plac metalic de fixare;

8-piese mobile de contact; 9-izolaie de pertinax; 10-distanor din pertinax.

19

ntreruptoarele i comutatoarele pachet se folosesc la joas tensiune i sunt acionate manual. Ele se caracterizeaz prin faptul c ansamblul aparatului se obine prin niruirea pe acelai ax a unui numr variabil de elemente (pachete) de construcie similar, fiecare element cuprinznd o cale de curent. ntreruptoare i comutatoarele cuprind o serie de discuri de bachelit suprapuse pe care sunt montate contactele fixe.

Contactele mobile din material conductor, sunt aezate pe un ax central i se deplaseaz solidar cu aceasta n timp ce un sistem de sacadare realizeaz ntreruperea brusc, independent de viteza cu care este acionat maneta. Deoarece aceste ntreruptoare au avantajul unei construcii compacte i fiabile sunt folosite pentru comanda circuitelor electrice ale mainilor, ca ntreruptoare i comutatoare pe panouri i pupitre de comand i ca ntreruptoare capsulate mpotriva prafului i umiditii. ntreruptoarele i comutatoarele pachet au urmtoarele caracteristici tehnice: tensiunea nominal i tensiunea de lucru n c.a. 400V i c.c.230V curentul nominal n c.a. i c.c. 6A, 10A, 25A, 40A, 63A i 100A. frecvena reelei n c.a. 50Hz, durata de via mecanic n c.a. i c.c. 20 000 schimbri de poziie. frecvena de conectare n c.a. i c.c. 30 conectri/h. tensiunea de ncercare n c.a. 418 V iar c.c. 242 V. pauzele ntre dou cicluri n c.a. i c.c. 10s. tipul proteciei I.P.000. poziia de montare: oarecare.

Principalele avantaje tehnice ale acestor ntreruptoare sunt: flexibilitatea funciilor de comutaie, puterea de rupere suficient de mare la un gabarit relativ redus, posibilitatea de capsulare, funcionarea n orice poziie, stabilitatea la vibraii i ocuri.

Figura 1.5. ntreruptoare pachet

20

Figura 1.6. Reprezentarea desfurat a unui ntreruptor pachet. 1-maneta de acionare, 2-placa de marcaj, 3-placa raster, 4-placa de acoperire, 5-suport de solidarizare, 6-tift, 7, 8, 9,- dispozitivul de sacadare cu resort i

bil, 10-cilindru de comand, 11-camera de stingere, 12-sfer de sticl, 13-tachet, 14-plac de acoperire, 15- ina de contact, 16-puntea de contact

mobil, 17-resort pentru asigurarea presiunii pe contact. ntreruptoarele i comutatoarele pachet de construcie romneasc (corespund STAS 5414-83) au urmtoarele caracteristici tehnice: pentru aparatele de curent alternativ: UN = 400 V; la IN = 10A, Irup = 6IN; la IN = 25 A, 63 A, Irup = 1,5IN, la cos > 0,4; pentru aparate de curent continuu: UN = 250 V; IN = 10A, 25 A, 63 A, lrup = IN. Aceste ntreruptoare se realizeaz n construcie normal, etan i antiexploziv.

21

1. 6. NTRERUPTOARE I COMUTATOARE BASCULANTE

ntreruptoarele i comutatoarele basculante (cumpn) realizeaz nchiderea sau deschiderea circuitelor (n general de iluminat), prin apsarea pe extremitile unui buton (cumpn) sau pe o mic manet (basculant). Cu aceste aparate se pot realiza diferite scheme de conectare. ntreruptoarele i comutatoarele cumpn montate sub tencuial se utilizeaz n instalaiile electrice interioare de iluminat cu incandescen sau fluorescen. Se monteaz ngropat prin fixare n dozele de aparat. Un astfel de ntreruptor basculant este prezentat n figura 1.7.

Figura 1.7. ntreruptor sau comutator cumpn montat sub tencuial. Caracteristicile tehnice ale ntreruptoarelor i comutatoarelor cumpn sau basculante de fabricaie romneasc sunt prezentate mai jos. curentul nominal n c.a. 10A iar n c.c. 4A, frecvena reelei n c.a. 50Hz, tensiunea nominal n c.a. 250V iar n c.c. 36V, durata de via mecanic i electric n c.a. i c.c. 50.000 manevre, curentul de conectare i deconectare n c.a. 10A iar n c.c. 4A, tensiunea de lucru n c.a. 230V iar n c.c. 36V tensiunea de ncercare n c.a. 242V iar n c.c. 36V, tipul de protecie I.P.301, conductoare de legtur n c.a. min 1mm2 iar n c.c. min 2,5mm2, poziia de montare vertical.

1.7. LIMITATOARE DE CURS I MICRONTRERUPTOARE.

Din categoria aparatelor pentru automatizri unele dintre cele mai des utilizate sunt limitatoarele de curs i microntreruptoarele. Limitatoarele de cursa se folosesc pentru reglarea lungimii cursei organelor mobile ale

22

mainilor-unelte sau ale altor utilaje similare. Ele se monteaz fie n circuitul principal, fie n cel de comand.

Dup forma constructiv a elementului palpator limitatoarele de curs pot fi: cu tij, cu rol, cu bil, cu prghie sau rotative.

Constructiv. ele pot fi de tipul cu contact mobil avnd un contact (NI sau ND) sau dou contacte (NI i ND), ori cu microntreruptor ncorporat, n construcie capsulat sau deschis. De obicei contactele sunt n aer, dar se construiesc i limitatoare de curs pentru puteri mari n ulei. Pentru varianta n aer curentul nominal este de circa 6 A (la 500 V), iar n al doilea caz poate ajunge pn 1a 60 A.

Figura 1.8. Variante constructive ale limitatoarelor de curs.

Dac viteza de deplasare a contacte1or mobile depinde de viteza de deplasare a organului mobil care acioneaz asupra palpatorului atunci limitatorul este simplu. Dac viteza de deplasare a organu1ui care acioneaz asupra palpatorului nu inf1ueneaz viteza de comutare a contactelor, limitatorul este cu aciune instantanee, adic el intr n aciune instantaneu n momentul n care fora exercitat asupra lui atinge o anumit valoare. Toate limitatoarele care au ncorporate microntreruptoare sunt cu aciune instantanee.

Figura 1.9. Limitator de curs cu acionare instantanee. Pentru limitatorul de curs din figura 1.9. acionarea elementului mobil al limitatorului de curs se face direct de ctre organul mobil sau de ctre o cam fixat pe organu1 mobil a crui poziie se poate regla. Unghiu1 este

23

de circa 60 ... 65. Limitatorul este prevzut eu dou perechi de contacte, 1 NI i 1 ND care pot conecta cureni de maximum 6A la o tensiune de 500V. Microntreruptoarele sunt aparate neautomate foarte des utilizate n schemele de automatizare datorit gabaritului redus (adesea sub 20156 mm), vitezei mari de rspuns la comanda primit, numrul mare de manevrri sub sarcin (5 ... 10 milioane), cursei mici a elementului mobil (0,2 ... 1,5 mm), forei mici de acionare (0,5 ... 3,7 N) etc. Microntreruptoarele suport cureni nominali de 2 ... 8 A i tensiuni de 125, 220, 380 V c.a. sau 48, 110 Vc.c.. Din punct de vedere constructiv un microntreruptor se prezint sub forma unei carcase prismatice din material electroizolant n interiorul creia se gsesc contactele fixe i contactul mobil dublu care se afl pe un cadru elastic. Trecerea brusc dintr-o poziie n alta a contactului mobil se face cu ajutorul unui resort.

Figura 1.10. Variante constructive de microntreruptoare.. Acionarea asupra lamelei elastice se face fie direct, fie prin intermediul

unei tije, brae, etc. Microntreruptoarele se realizeaz i n construcie capsulat, n

carcase din silumin sau zamac.

1.8. BUTOANE, CHEI DE COMAND I LMPI

Butoanele de comand sunt aparate neautomate cu o singur poziie de repaus, care se utilizeaz n circuitele de comand ale acionrilor electrice. Ele sunt prevzute cu unul sau mai multe grupuri de contacte normal nchise (de oprire) i normal deschise (de pornire). Butoanele de comand se folosesc n instalaiile de comand i atomati-zare fiind destinate comenzii de la distan n special a contactoarelor i releelor intermediare. Ele pot avea dou butoane care nchid sau deschid

24

contactele normal deschise NI, respectiv normal nchise ND sau un singur buton.

Butoanele care au att contacte NI ct i ND, pot fii astfel folosite ca butoane de pornire sau/i ca butoane de oprire. Butoanele de comand pot fi cu revenire sau cu reinere. Butoanele cu reinere rmn n poziia comandat i dup ncetarea comenzii. Exist o varietate foarte mare de butoane. Dintre acestea cele mai utilizate sunt: buton de comand cu reinere buton cu pip buton ciuperc buton ciuperc cu reinere buton cu lamp etc. Butoanele de comand pot avea contactele neprotejate (vizibile) sau nchise ntr-un corp de forma paralelipipedic. Ultima variant este cea mai des ntlnit. Se construiesc butoane pentru cureni de pn la 6 A i tensiuni pn la 500 V c.a. Butoanele pot avea una din urmtoarele culori: rou, galben, verde, negru i alb (sau albastru deschis). Acelai standard prevede i funciile corespunztoare fiecrei culori (de exemplu: rou-oprire sau oprire rapid, verde-pornire etc.).

Exist variante constructive speciale care au dou poziii de repaus. Starea normal a unui contact este starea n care se afl acel contact n absena forei de acionare. Butoanele de comand se execut n dou variante constructive: pentru montaj aparent i pentru montaj ngropat.

Figura 1.11. Variante constructive de butoane de comand.

25

Din punct de vedere al acionrii se disting urmtoarele construcii: butoane de comand la care acionarea se face prin apsarea unui buton ngropat; butoane tip ciuperc (cu sau fr reinere) la care acionarea se face cu ajutorul unui buton aparent; butoane cu reinere la care acionarea se face prin apsarea unei chei, iar reinerea prin rotirea cheii cu 90; butoane cu pip la care acionarea se face prin apsarea unei manete (de forma unui pipe), iar reinerea prin rotirea pipei cu 90. Exist numeroase alte tipuri de butoane de comand unele prevzute cu o lamp de 24 V care lumineaz prin corpul transparent al butonului. Exist situaii n care funcionarea unei maini-unelte sau a unui agregat ntr-un anumit regim este periculoas sau nu este permis s fie modificat. n aceste cazuri sunt folosite cheile de comand.

Figura 1.12. Chei de comand. Construcie i schema electric. n figura 1.12. este prezentat o astfel de cheie cu trei poziii i diagrama de nchidere a contactelor. Cheia pozate fi folosit pn la 2 A (la 400 V c.a.). Cheia de comand are opt perechi de contacte (exist variante constructive i cu patru perechi) montate n socluri de bachelit, i un mecanism de acionare a contactelor mobile. lntroducnd cheia (tip yalle) n broasca mecanismului i rotind-o spre stnga sau spre dreapta cu 600 se nchide o pereche sau alta de contacte.

Contactele rmn blocate n poziia acionat i dup scoaterea cheii. Revenirea la poziia iniial se poate face numai prin introducerea cheii n broasc i rotirea ei.

Lmpile de semnalizare se monteaz pe panouri i pupitre de comand i se utilizeaz pentru semnalizarea luminoas a poziiei de funcionare a aparatelor de comand, pentru a indica regimurile normale sau anormale (de avarie) din instalaia supravegheat. Lmpile pot fi alimentate la tensiunea reelei (110 - 230 V) sau la tensiune redus (24 V, fiind prevzute ce

26

rezistene sau transformatoare de adaptare a tensiunii).

Figura 1.13. Lmpi de semnalizare

Codul culorilor la lmpile de semnalizare este acelai ca la butoanele de comand i se pot monta pe panouri metalice sau electroizolante n funcie de inelul de gard.

Figura 1.14. Lmpi de semnalizare

a

27

1.9. PRIZE, FIE, CUPLE I CONECTOARE.

Prizele i fiele se utilizeaz pentru conectarea la reelele de joas tensiune a anumitor consumatori mobili. Prizele i fiele bipolare au contact de protecie, atunci cnd sunt destinate racordrii unor aparate care necesit legarea la instalaia de protecie n scopul evitrii pericolului de electrocutare.

Aparatele care sunt prevzute cu contact de protecie au o born n plus, care se leag la conductorul de nul de protecie al instalaiei sau direct la instalaia de legare la pmnt. Piciorul de contact destinat racordrii utilajului la conductorul de protecie este mai lung sau astfel dispus nct, la introducerea fiei n priz, contactul de protecie s se stabileasc naintea contactelor de lucru. Construcia prizelor i fielor corespunztoare este asimetric, astfel nct introducerea fiei s se poat face ntr-o singur poziie.

Figura 1.15. Prize bipolare montate aparent pe tencuial.

Acest tip de priz se utilizeaz n instalaiile electrice interioare n execuie aparent. Capacul aparatului este prevzut cu locauri ce se pot decupa pentru introducerea conductoarelor, a tuburilor I.P. sau a altor tuburi similare (IPY, PEL, etc.).

Figura 1.16. Priz bipolare sub tencuial.

28

Cuplele sunt prize mobile care au o construcie asemntoare cu cea a prizelor fixe, fr a avea ns elementele de fixare ci o carcas nchis. Dintre numeroasele variante constructive de prize, fie i cuple n figurile urmtoarele sunt prezentate cele mai des utilizate.

Figura 1.17. Prize R/TV i R/TV Satelit

Figura 1.18. Fie bipolare

Se utilizeaz pentru racordarea receptoarelor mobile la prize cu contact de protecie; se poate conecta de asemenea i la prizele normale de 10 A (fr contact de protecie).

29

Figura 1.19. Variante constructive de prize i fie tripolare.

Prizele, fiele i cuplele industriale nu sunt prevzute cu dispozitive de stingere a arcului electric i de aceea la cureni nominali de intensitate mare trebuie evitat cu orice pre deschiderea sub sarcin. Din aceast cauz prizele fiele i cuplele sunt prevzute cu dispozitive de blocare mecanic menite s evite deschiderea accidental sub sarcin sau s avertizeze utilizatorul asupra pericolului la care se expune la deschiderea sub sarcin.

Figura 1.20. Prize i fie industriale

Pe lng construciile normale, exist i construcii protejate n carcase de bachelit i carcase metalice. Prizele bipolare protejate n carcas din bachelit, destinate ncperilor cu umiditate sporit sau instalaiilor electrice exterioare realizate aparent i protejate mpotriva ptrunderii corpurilor strine. Intrarea conductelor electrice n manta de cauciuc sau de plumb sau n tuburi etane se face prin presetupe. Partea frontal a prizei este protejat cu un capac rabatabil acionat de un resort. Prizele bipolare protejate n carcas metalic se utilizeaz n instalaiile industriale interioare i exterioare realizate aparent. Carcasa metalic se leag la pmnt. Conductele se

30

protejeaz n tuburi IPE. Partea frontal a prizei este protejat cu un capac rabatabil acionat de un resort.

Conectoarele se folosesc la realizarea legturilor electrice ntre aparatele electrice din panourile de distribuie. Exist variante constructive n funcie de seciunea conductoarelor.

Figura 1.21 Conector de legtur pentru conductoare de 2,5 sau 4 mm.

Figura 1.22 Conector de legtur pentru conductoare de 1,5 mm.

31

1.10. REOSTATE INDUSTRIALE

Reostatele de pornire sunt utilizate pentru a micora curentul absorbit la pornire de motoarele electrice. Din punct de vedere al nclzirii, reostatele de pornire se pot dimensiona pentru o durat scurt de funcionare, caz n care nu pot fi folosite i pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele de pornire, construite pentru regim de scurt durat, pn la 30 s, i reostatele de pornire i reglare, construite pentru regim de lung durat, sunt comandate prin controlere. Exist variante constructive de reostate de pornire n c.c. (pentru 110 Vcc; 1,7 ... 12,5 kW) i de curent alternativ (pentru 500 Vca; 17 ... 200 kW). Exist i variante constructive de reostate de pornire i reglare de curent continuu (pentru 110 Vcc; 2 ... 4 kW) i de curent alternativ (pentru 500 V), construite special pentru anumite tipuri de motoare. Constructiv se deosebesc reostate plane i reostate cu controler. Un reostat plan sau cu ploturi se compune din elemente rezistoare (ca n figura 1.23. a) Borna L se leag la reea, borna M se leag la inductorul motorului direct sau prin intermediul reostatului pentru modificarea curentului de excitaie, iar borna R se leag la indusul motorului. Reostatul este astfel construit nct circuitul de excitaie s nu se poat ntrerupe. n figura 1.23. b) este prezentat schema unui reostat plan pentru pornirea unui motor asincron trifazat cu rotor bobinat. Acesta este format dintr-un rezistor trifazat la care variaia simultan a rezistenelor pe faz se obine prin rotirea manetei. iar n poziia (a, b, c) rezistena are valoarea minim, iar n poziia (x. y, z) rezistena are valoare maxim.

a) b) Figura 1.23. Reostatul plan cu 3 borne.

a)pentru pornirea unui motor de c.c., b)pentru pornirea unui motor asincron cu rotor bobinat.

32

Figura 1.24. Reostate de excitaie pentru generatoare de c.c. a) pentru excitaie derivaie; b) pentru excitaie separat.

1- rezistoare, 2-placa suport; 3, 4, 5-borne; 6-contact glisant; 7-manet; 8-ax; i 9-perie.

Reostatele de pornire pot fi comandate i prin controlere. Reostatele cu controler se folosesc la un numr mai mare de 20 porniri pe or. Reostatele de reglare sunt reostate pentru reglarea tensiunii genera-

toarelor i reostate pentru reglarea vitezei motoarelor. Reostatele pentru reglarea tensiunii generatoarelor servesc la modificarea curentului de excitaie a generatoarelor. Se construiesc ca reostate plane i au dimensiuni relativ mici, fiind parcurse de curentul de excitaie care are intensitate mic. Periile sunt mai late dect distana dintre dou ploturi succesive astfel nct circuitul de excitaie s nu fie niciodat ntrerupt. Reostatele pentru reglarea vitezei motoarelor se utilizeaz la motoarele de curent continuu i alternativ. La motoarele de curent continuu cu excitaie derivaie, reglarea vitezei se face prin modificarea excitaiei i deci reostatul este asemntor cu un reostat pentru reglarea tensiunii generatoarelor. De obicei, se construiesc aparate complexe, care conin att reostatul de reglare a turaiei ct i reostatul de pornire. La motoarele de curent continuu cu excitaie serie i la motoarele asincrone, reostatele de reglare sunt calculate pentru a funciona n regim de lung durat, i se pot folosi i ca reostate de pornire. Pentru asigurarea comutaiilor se utilizeaz controlere. Introducerea unor rezistene de reglare n circuitul rotoric al motorului asincron este nsoit de pierderi de energie i din aceast cauz se limiteaz la durate scurte de timp, n condiii speciale, ca de exemplu la acionarea electric a mecanismelor de ridicat i transportat (macarale i poduri rulante) unde este nevoie de o variaie lin a vitezei de ridicare a sarcinii.

33

1.11. APARATE PENTRU COMANDA MANUAL A MOTOARELOR

Aparatele pentru comanda manual a motoarelor electrice sunt aparate cu contactele n aer sau ulei care servesc la comanda manual a pornirii, schimbrii sensului de rotaie, modificarea vitezei de rotaie i pentru reglarea excitaiei generatoarelor. Cele mai utilizate aparate electrice neautomate folosite n acest scop sunt: comutatoarele stea-triunghi, inversoarele de sens, autotransformatoarele, reostatele de pornire i reglare, controlerele i electromagneii de frnare. Comutatoarele stea-triunghi se utilizeaz pentru reducerea curentului de pornire al motoarelor asincrone mari cu rotorul n scurtcircuit, care au tensiunea nominal a nfurrii statorice conectate n triunghi, egal cu tensiunea de linie a reelei.

Comutatoarele stea-triunghi manuale au trei poziii de funcionare: zero, stea i triunghi, manevra fiind imposibil din poziia zero n poziia triunghi.

n poziia stea, curentul absorbit de la reea este de trei ori mai mic dect cel din poziia triunghi. Din punct de vedere al variantei constructive exist mai multe variante de comutatoare stea-triunghi manuale: de 32 A n aer (utilizate pentru motoare cu puteri pn la 7,5 kW la 230V i pn la 10 kW la 380 V sau 500 V), de 63 A n aer (utilizate pentru motoare cu puteri pn la 10 kW la 230V i pn la 17 kW la 380 V sau 500 V), n ulei pentru cureni nominali de 100 A i 200 A, la tensiunea nominal de 500 V (utilizate pentru motoare de 50 kW i respectiv 100 kW, la 500 V).

Figura 1.25. Variaia curentului i momentului la pornirea stea-triunghi.

34

Comutatoarele stea-triunghi se realizeaz cu comutatoare tip tambur, sau cu came cu controlere sau comutatoare pachet.

Figura 1.26. Schema electric a comutatorului stea-triunghi cu came.

Figura 1.27. Schema electric a comutatorului stea-triunghi cu tambur.

35

Inversoarele de sens se utilizeaz pentru a comanda inversarea sensului de rotaie al motoarelor asincrone trifazate prin inversarea a dou faze sau prin inversarea curentului rotoric sau de excitaie la motoarele de c.c. Inversoarele de sens cu comanda manual direct pot fi realizate n urmtoarele variante constructive: cu came, pachet sau cu tambur. Ele au trei poziii: stnga, zero i dreapta i permit inversarea sensului de rotaie al unui motor aflat n micare, avnd o capacitate de conectare i deconectare de 6IN. Se construiesc pentru cureni nominali de 32 A i se utilizeaz pentru motoare cu o putere pn la 7 kW la 230 V, pn la 10 kW la 400 V i pn la 14 kW la 500 V.

Conform figurii 1.28 pe tambur patineaz periile fixe 1 ... 6 legate la reea i respectiv la nfurrile motorului. Cnd periile se afl n poziia 0 motorul nu este alimentat. Prin rotirea tamburului n poziia I, se realizeaz unul din sensurile de rotaie. Pentru inversarea sensului de rotaie al motorului se aduce maneta de acionare n poziia 0 i apoi n poziia II.

Figura 1.28. Schema electric a unui inversor de sens de tip tambur.

Electromagneii de frnare servesc la decuplarea automat a frnei la pornirea unui motor electric i la cuplarea ei automat la oprirea motorului. Aceti electromagnei de frnare se folosesc la macarale i ascensoare, n special pentru frnarea automat a mecanismului de ridicare a sarcinii la deconectarea motorului sau la dispariia tensiunii de alimentare. Electromagneii de frnare se construiesc n variante monofazate sau trifazate. Cei trifazai se pot conecta n stea sau triunghi i se leag n paralel

36

cu nfurarea statorului motorului electric de antrenare.

37

Pentru a verifica modul de nsuire a cunotinelor prezentate n acest capitol rspundei pe scurt la urmtoarele ntrebri:

1. Definii un aparat electric neautomat. 2. Cum sunt acionate aparatele electrice neautomate? 3. Ce aparate electrice neautomate se folosesc la acionri cu frecven mare? 4. Ce cureni comut aparatele electrice neautomate? 5. Ce tipuri de ntreruptoare neautomate cunoatei? 6. La ce tensiuni se folosesc aparatele electrice neautomate de curent alternativ? 7. La ce tensiuni se folosesc aparatele electrice neautomate de curent continuu? 8. Cum se clasific aparatele electrice neautomate dup domeniul de utilizare? 9. Cu ce dispozitive de protecie sunt dotate aparatele electrice neautomate? 10. Definii curentul de serviciu al unui aparat electric. 11. Ce este frecvena de conectare a unui aparat electric? 12. n cte clase se mpart aparatele electrice neautomate dup frecvena de

conectare? 13. Definii capacitatea de rupere a unui aparat electric. 14. Definii capacitatea de nchidere a unui aparat electric. 15. Explicai codul I.P.45. 16. Explicai codul I.P.334. 17. Definii un separator electric. 18. La ce se folosesc ntreruptoarele i comutatoarele cu prghii? 19. Cum se mai numesc ntreruptoarele cu prghii? 20. Unde se folosesc ntreruptoarele i comutatoarele pachet? 21. Ce rol are mecanismul de sacadare al unui ntreruptor pachet? 22. Ce avantaje prezint ntreruptoarele pachet? 23. Ce funcii pot ndeplini comutatoarele pachet? 24. Ce tipuri de ntreruptoare basculante cunoatei? 25. La ce se folosesc limitatoarele de curs? 26. Ce tipuri constructive de limitatoare de curs cunoatei? 27. Ce este un limitator de curs cu aciune instantanee? 28. La ce se folosesc microntreruptoarele? 29. Ce tipuri de butoane de comand cunoatei? 30. Ce este un contact NI? 31. Ce este un contact ND? 32. Ce culoare are un buton de pornire? 33. Ce culoare are un buton de oprire? 34. Unde se folosesc butoanele tip ciuperc?

38

35. Cnd se folosesc cheile de comand? 36. Ce semnalizeaz o lamp aprins de culoare roie? 37. Ce tipuri de prize i fie cunoatei? 38. Ce tipuri de reostate cunoatei? 39. Ce aparate se folosesc la comanda manual a motoarelor? 40. Cu ce aparate electrice neautomate putei realiza un comutator Y? 41. Cu ce aparate electrice neautomate putei realiza un inversor de sens? 42. Cum se realizeaz inversarea sensului de rotaie a unui motor asincron? 43. Cum se poate realiza inversarea sensului de rotaie a unui motor de c.c.? 44. De ce folosim pornirea Y a unui motor? 45. La ce motoare se poate folosi pornirea Y? 46. De cte ori scade curentul de pornire la pornirea Y? 47. De cte ori scade momentul de pornire la pornirea Y? 48. Cum se clasific reostatele n funcie de durata relativ de funcionare? 49. Ce rol au electromagneii de frnare? 50. Ce rol au irurile de cleme?

39

2. ECHIPAMENTE ELECTRICE DE COMUTAIE DE JOAS TENSIUNE

Aparatele electrice de comutaie servesc la nchiderea i deschiderea circuitelor electrice, realiznd sau suprimnd legturile electrice dintre bornele aparatelor, mainilor sau echipamentelor electrice. Aparatele de conectare se consider automate cnd cel puin una dintre acionri poate avea loc automat. De obicei deschiderea este automat (eventual comandat de ctre protecii) iar nchiderea este fie automat fie comandat manual. Din categoria echipamentelor automate de conectare la joas tensiune fac parte: contactoarele electromagnetice sau statice, ntrerup-toarele automate i releele intermediare.

2.1. CONTACTOARE ELECTROMAGNETICE

Contactorul electromagnetic este definit ca un aparat de comutaie electromecanic, acionat altfel dect manual (de un electromagnet la joas tensiune), cu o singur poziie de repaus, capabil s stabileasc, s suporte i s ntrerup cureni nominali i cureni mai mari dect cei nominali, dar care apar n mod normal (nu cureni de scurtcircuit). Este destinat efecturii unui mare numr de comutaii n sarcin (105 106) i unui numr i mai mare de comutaii fr sarcin (107).

Contactoarele sunt aparate de comutaie care pot realiza operaiile de nchidere, deschidere i comutare a unor circuite ca urmare a unei comenzi date de un releu, de un traductor sau de operatorul uman, la anumii parametri electrici prestabilii. Ele pot fi acionate de un operator, prin utilizarea unui buton de comand montat n apropierea aparatului sau de la distan.

Contactoarele se caracterizeaz prin faptul c ele conecteaz un circuit sub aciunea comenzii i menin nchis circuitul atta vreme ct dureaz aceast comand (adic au contactele principale normal deschise ND). Astfel de aparate au funcia de ruptor. Mai puin utilizate sunt contactoarele cu funcie de conjunctor (care au contactele de for normal nchise NI).

Contactoarele trebuie s poat suporta trecerea prin ele, un timp scurt, a curentului de scurtcircuit i s deconecteze supracurenii de ordinul 4-6 ori curentul nominal. Contactoarele i ruptoarele au capacitatea de rupere redus ns au rezistena mecanic foarte bun, asigurnd un numr mare de manevre

40

cu frecven de comutare ridicat. Aceste aparate pot fi de curent continuu, curent alternativ sau mixte. La

aparatele n regim mixt, contactele principale funcioneaz n curent continuu, iar bobina de excitaie n curent alternativ sau invers.

2.1.1. Clasificarea contactoarelor electromagnetice

Exist mai multe criterii de clasificare a contactoarelor electromagne-tice. Dintre acestea cele mai importante sunt: A. Dup felul curentului comutat (din circuitul cilor principale de curent): -- contactoare de curent alternativ, monofazate sau trifazate. - contactoare de curent continuu. B. Dup felul curentului din circuitul de comand (curent de excita-ie): - comandate n curent continuu; - comandate n curent alternativ monofazat sau trifazat. C. Dup numrul polilor: - monopolare; - multipolare. D. Dup sistemul de acionare: - electromagnetice; - electropneumatice. E. Dup cinematica micrii contactelor: -cu micare de translaie pe orizontal (cazul contactoarelor de c.a. n aer); -cu micare de rotaie (cazul contactoarelor de c.c.); -cu micare combinat, de rotaie i translaie (cazul contactoarelor de c.a. de cureni mari); -cu micare de translaie pe vertical (cazul contactoarelor n ulei). F. Dup tipul sarcinii (conform recomandrii CEI 158/1 i STAS 4479/74): Contactoarele de curent alternativ se clasific n 4 grupe: AC1 pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive AC2 pentru pornirea motoarelor cu inele de contact i la frnarea prin contracurent; AC3 pentru pornirea motoarelor n scurtcircuit i la oprirea acestora n plin mers; AC4 pentru pornirea motoarelor n scurtcircuit la mersul cu locuri i

41

la inversarea sensului de rotaie al motoarelor. Contactoarele de curent continuu se clasific n 5 grupe: DC1 pentru comanda receptoarelor cu sarcini neinductive sau slab inductive; DC2 pentru pornirea motoarelor cu derivaie sau pentru pornirea acestora n plin mers; DC3 pentru pornirea motoarelor derivaie la mersul cu ocuri i la inversarea sensului de rotaie al motoarelor; DC4 pentru pornirea motoarelor serie i oprirea acestora n plin mers; DC5 pentru pornirea motoarelor serie la mersul cu ocuri i la inver-sarea sensului de rotaie n plin mers al motoarelor. G. Din punctul de vedere al rezistenei mecanice la uzur a contacte-lor, contactoarele se clasific n funcie de durata de serviciu n gol (fr sarcin), exprimat prin numrul de acionri minime, astfel:

Tabel 2.1. Numrul minim de acionri. Clasa Numrul de acionri minime

I 250.000 II 1.000.000 II 5.000.000 IV 10.000.000

Din punct de vedere constructiv, contactorul electromagnetic este alctuit din urmtoarele elemente: organul motor (electromagnetul), resortul antagonist, polii principali, cile de curent, camerele de stingere, contacte auxiliare (contacte normal nchise i deschise, necesare automeninerii, semnalizrii i interblocajului) i carcasa aparatului, ca suport material pentru elementele active.

2.1.2. Contactoare electromagnetice de curent alternativ.

Aceste contactoare sunt destinate conectrii motoarelor care lucreaz n regim intermitent (conectri repetate de scurt durat), pentru conectarea reostatelor de pornire i pentru diverse comutaii n reele de for i iluminat de curent alternativ. Au bobina de acionare alimentat n majoritatea cazurilor n curent alternativ i circuitul magnetic se execut din tole de 0,35 ... 1 mm grosime, pentru limitarea curenilor turbionari.

Pentru amortizarea vibraiilor armturii datorit pulsaiei forei de atracie polii miezului sunt parial ecranai cu spire n scurtcircuit.

42

La contactoarele acionate cu electromagnei n curent alternativ, inductivitatea bobinei variind invers proporional cu ntrefierul, curentul absorbit de bobin n momentul anclanrii (cnd inductivitatea are valoarea cea mai redus) poate lua valorii de cca. 10- 15 ori mai mari dect n cazul cnd armtura este complet atras la capt de surs. Acest oc de curent se micoreaz treptat, pe msur ce armtura se deplaseaz i atinge valoarea sa minim cnd ntrefierul =0. Raportul dintre ocul de curent i valoarea minim (de regim permanent) depinde de ntrefierul iniial i de forma circuitului magnetic. Contactoarele cu ocuri mari de curent n momentul anclanrii nu pot fi utilizate la frecvene mari de conectare, de aceea bobinele de acionare se recomand a fi alimentate n curent continuu. Contactoarele de curent alternativ este construiesc n dou variante, i anume: cu simpl micare de translaie i cu dubl micare de translaie. Contactorul cu micare simpl de translaie este reprezentat schematic n figura 2.1.

Figura 2.1 Elementele constructive ale contactorului cu micare de translaie Conform figurii 2.1. organul motor este un electromagnet monofazat cu spir n scurtcircuit (reperele 1, 2, 3). Resorturile antagoniste 4 asigur starea de repaus. Pe calea de curent 5 sunt plasate elementul fix de contact i una din borne. Calea de curent are dou locuri de rupere, n zone plasate ntre plcile feromagnetice 6. Piesele mobile de contact sunt lipite de puntea 7. Resortul 8, asigur foa de apsare pe contacte i este plasat n caseta 9. Camera de stingere are ca principiu efectul de electrod i ni. Prin

43

efectul de ni, arcul dintre piesele de contact este introdus n camera de stingere i apoi este divizat ntr-un numr de segmente egal cu numrul de intervale dintre plcile feromagnetice sub forma literei V. n acest mod apare efectul de electrod, adic de divizare a tensiunii dintre anod i catod.

Figura 2.2. Diagrama forei rezistente n funcie de ntrefier la contactorul cu micare simpl de translaie.

Pentru determinarea numrului de segmeni ai camerei de stingere pornim de la expresia cderii de tensiune pe arcul electric. Pentru un arc electric scurt, tensiunea de ardere este:

Ua = ni (2.1) unde n este numrul de intervale, i 25V tensiunea pe interval, iar Ua este tensiunea arcului electric. Ca urmare trebuie ndeplinit condiia:

Us < ni (2.2) unde Us este tensiunea sursei.

Procesul de stingere este n realitate uurat de faptul c n curent alternativ curentul trece prin valoarea 0 i, pe de alt parte, ngreunat de apariia tensiunii de restabilire care are o amplitudine mai mare dect tensiunea sursei. Pentru a se aprecia valoarea tensiunii de restabilire este necesar s se cunoasc momentul trecerii prin 0 a curentului deoarece n acest moment apare tensiunea de restabilire.

Pentru ca ntreruperea s fie reuit este necesar ca tensiunea de refacere a rigiditii electrice Ud sa fie mai mare dect tensiunea de restabilire Ur, adic: Ud > Ur (2.3)

44

Numrul de intervale dintre plcile feromagnetice se calculeaz cu relaia:

ni = 0,866knksUn/Udi (2.4) n care s-a notat: kn factorul de neuniformitate a repartizrii tensiunii de restabilire, ` kn1,1; ks coeficient de siguran, ks1,1; Udi tensiunea pe interval n funcie de curentul limit ntrerupt; Un tensiunea nominal a reelei (ntre faze). Contactorul cu micare dubl de translaie. Pentru intensiti mari ale curentului nominal (100... 400A), masele n deplasare fiind mai mari, energia cinetic corespunztoare este important. n aceste cazuri este necesar micorarea vitezei de nchidere a contactelor, iar cinematica aparatului comport o micare de translaie dubl: a contactelor i a electromagnetului.

Schema cinematic este prezentat n figura 2.2. Conform figurii 2.3. un pol al aparatului este reprezentat prin conductoarele 1, 2 pe care sunt plasate contactele fixe i bornele aparatului A, B. Pe puntea conductoare 3 sunt plasate contactele mobile. n caseta 4 se afl resortul precomprimat 5. Electromagnetul de acionare este figurat prin armtura mobil 7, bobina 8 i armtura fix 9. Transmiterea micrii de la armtura mobil 7 la puntea 3 cu contactele mobile se realizeaz cu sistemul de prghii 10, 11, 12. Resortul precomprimat 6 asigur fora necesar meninerii contactorului deschis.

Figura 2.3. Cinematica contactorului cu micare dubl de translaie

45

Figura 2.4. Diagrama forei rezistente n funcie de ntrefier la contactorul cu micare dubl de translaie.

Dup cum se observ n figura 2.5. calea de curent este contorsionat n zona contactelor, n vederea formrii unei bucle la dispariia arcului electric i deci n vederea mpingerii acestuia din urm n camera de stingere.

Figura 2.5. Calea de curent i camera de stingere cu efect de electrod i ni

Aceast camer de stingere este format din plci feromagnetice cu nie simple sau cu nie multiple. n execuie normal, contactorul nu este aparat de protecie. Dac ns n serie cu polii principali se conecteaz un bloc de relee termice, contactorul ndeplinete i funcia de protecie mpotriva suprasarcinii.

46

Contactoarele de curent alternativ au vitez de acionare mult mai mare dect la cele de curent continuu, deoarece la nceputul micrii curentul i fluxul cresc foarte rapid. n ipoteza unei variaii sinusoidale a fluxului acesta produce fora maxim dup T/4 adic dup un timp de 0,005 s (la 50 de Hz) de la conectarea bobinei. Durata conectrii depinde mai ales de masa echipajului mobil, rezultnd o temporizare proprie la nchidere ntre 0,05 0,1 s i la deschidere ntre 0,02-0,1 s. n conformitate cu recomandarea CEI 158/1 fiecrei categorii de utilizare a contactoarelor de c.a. i corespund condiii tehnice prin care se stabilete sarcina comutat (tabelul 2.2.). Standardele mai prevd i clasa de uzur prin care se precizeaz durata relativ de conectare i numrul de conectri pe or. Semnificaia, mrimilor din tabel: I curent stabilit msurat ca valoare efectiv; Ic curent stabilit i ntrerupt msurat ca valoare efectiv; Ie curent de folosire; U tensiune aplicat; Ur tensiune de restabilire la frecvena industrial; Ue tensiunea de folosire la frecven industrial.

Tabelul 2.2. Condiiile tehnice ale contactoarelor de c.a. Condiii de nchidere i deschidere Cate-

goria Ur/Ue Cos Durata trecerii

curentului [s] Durata de pauz [s]

Numrul de ciclu-ri de manevr

AC1 1,5 1,05 0,8 0,05 * 50 AC2 4,0* 1,05 0,65* 0,05 * 50

AC3* 8,0 1,05 * 0,05 * 50 AC4* 10,0 1,05 * 0,05 * 50 AC5a 3,0 1,05 0,45 0,05 * 50 AC5b 1,5* 1,05 * 0,05 60 50 AC6a * * * * * * AC6b * * * * * * AC7a 1,5 1,05 0,8 0,05 * 50 AC7b 8,0 1,05 * 0,05 * 50 AC8a 6,0 1,05 * 0,05 * 50 AC8b 6,0 1,05 * 0,05 * 50

47

2.1.3. Contactoare de curent continuu

Contactoarele de curent continuu au circuitul magnetic de tip clapet, cu armtura mobil de tip clapet i cu armtura mobil sprijinit pe o prism pentru asigurarea unei rezistene la uzur mai mare. Uneori aceste contactoare sunt prevzute cu rezistene economizoare, legate n serie cu bobina de acionare. n poziia deschis aceste rezistene sunt scurtcircuitate de un contact auxiliar (normal nchis NI) i curentul care parcurge bobina de acionare are o valoare mare, fiind limitat numai de rezistena bobinei. n poziia nchis a contactorului, se deschide contactul auxiliar i curentul se micoreaz, deoarece n acest caz el este limitat de rezistena bobinei i de rezistena economizatoare, legate n serie pe surs. Circuitele magnetice ale contactoarelor de curent continuu au ntrefier de lucru la poziia nchis foarte mic, pentru micorarea solenaiei necesare obinerii forei portante dorite. ntrefierul este de cca 4-10 mm. Contactorul de curent continuu este folosit n traciunea electric i n instalaiile de acionri electrice.

Din punct de vedere constructiv, exist dou variante, n funcie de principiul de stingere a arcului electric i anume:

A. Contactorul cu micare de translaie cu ntrerupere dubl, la care se folosete efectul de electrod pentru stingerea arcului electric. Acesta este introdus n camera de stingere prin efectul de bucl al cii de curent i efectul de ni B. Contactorul cu micare de rotaie, ntrerupere simpl, la care se folosete principiul contactului arcului electric cu perei reci n vederea rcirii i stingerii lui (efectul deion). Arcul electric este introdus n camera de stingere cu ajutorul suflajului magnetic. Contactorul cu micare de translaie folosete ruperea arcului electric n dou locuri iar camera de stingere este identic cu aceea a contactorului de curent alternativ. Principiul de stingere a arcului electric este cel al efectului de ni asociat cu efectul de electrod. Contactorul cu micare de rotaie este prezentat n figura 2.6. Acest tip de contactor se realizeaz n trei variante de camere de stingere i anume: -cu perei reci de azbociment; -cu perei reci din azbociment sau material ceramic, cu fant ngust; -cu perei reci din ceramic cu fant ngust icanat. Dup separarea pieselor de contact 1, 2, se formeaz arcul electric ce se dezvolt ntr-o zon n care este dirijat fluxul magnetic al bobinei de suflaj 4 cu ajutorul tlpilor polare 5. Fluxul magnetic dezvoltat de bobina de suflaj

48

este dirijat transversal pe direcia arcului electric.

Figura 2.6. Contactorul cu un loc de rupere i micare de rotaie, de c.c. 1-element fix de contact; 2-element mobil de contact;

3-miezul magnetic al bobinei de suflaj; 4-nfurarea bobinei de suflaj; 5-pol magnetic; 6- resort pentru asigurarea

Sub aciunea forei Lorentz: F=JxB arcul electric este dirijat n camera de stingere alungit apreciabil ntre rampele 8 i 10, pus n contact cu pereii reci i apoi stins. n figurile urmtoare sunt prezentate cteva variante constructive de contactoare de curent alternativ i curent continuu.

Figura 2.7. Contactor CRF1 AC3.

Contactor cu acionare magnetic tri i tetrapolar pentru comanda motoarelor (circuitul de comand este alimentat in c.a. i c.c.).

Imax=150A, tensiunea 48V, frecvena 40.. 400Hz.

49

Figura 2.8. Contactor LP4 D (DC, AC3)

Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 9-25A (comanda n curent continuu). Contactorul, alimentat n curent continuu nu necesit nici o interfa, consumul redus l recomand la comanda direct a prilor statice. Este ideal pentru coexistena circuitelor de putere i cele electronice.

Contactor tripolar de larg consum pentru comanda motoarelor 115-800A (comanda n curent alternativ).

Figura 2.9. Contactor LP4 K (DC, AC3) 6-12A

Minicontactor tripolar pentru comanda motoarelor (circuit de comand n curent continuu)

50

Figura 2.10. Contactor pe bar tripolar LC1 B (AC, AC3) 750-1800A pentru comanda motoarelor.

2.1.4. Comanda contactoarelor electromagnetice

Pentru comanda contactoarelor electromagnetice se folosete de obicei un buton dublu de acionare, cu revenire (format din nserierea a dou contacte unul NI i unul ND). Alimentarea bobinei contactorului se face de la o surs de curent alternativ, de la o surs de curent continuu sau de la un redresor. Dac butonul de comand este cu revenire trebuie s se foloseasc un contact auxiliar ND a contactorului pentru memorarea comenzii (contact de automeninere). Acest contact este n paralel cu contactul ND al butonului de pornire. Rezult c pentru comanda cu butoane cu revenire a contactoarelor electromagnetice, Acestea vor fi prevzute cu cel puin un contact auxiliar (ND). Reprezentarea grafic a schemelor electrice se poate face conform stan-dardelor naionale prin: - scheme de lucru (complet), n care aparatele electrice i prile lor componente sunt reprezentate aa cum sunt plasate n realitate (conform legturilor lor fizice), -scheme electrice desfurate (funcionale) n care elementele componente ale aparatelor sunt reprezentate n mod logic, separnd circuitele de for i cele de comand i control. Deoarece sunt mai sugestive i mai uor de utilizat se recomand utilizarea n documentaiile tehnice a schemelor

51

electrice desfurate.

Figura 2.11. Schema de lucru (complet) de alimentare i comand u unui contactor trifazat cu electromagnet de c.a.

n figura 2.11. este prezentat schema de comand a unui contactor tri-fazat acionat de un electromagnet de c.a..

Comanda contactorului se face printr-un buton dublu sau prin dou butoane simple (S1, S2). Prin apsarea butonului de pornire S2 se alimenteaz bobina contactorului K (0-1) de la faza R i nulul reelei O, ceea ce duce la nchiderea contactelor principale K (2-4, 6-8, 10-12), ceea ce duce la alimentarea consumatorului conectat la bornele A, B, C, cu tensiunile fazelor R, S, T. Concomitent se nchide contactul auxiliar K (14-16), de automeninere care asigur meninerea sub tensiune a bobinei contactorului dup ce butonul de comand (cu revenire) revine la starea iniial. ntreruperea alimentrii consumatorului se face de la butonul de oprire S1, care ntrerupe alimentarea bobinei contactorului ceea ce conduce la deschiderea contactelor principale. Aceeai schem de comand a contactorului este reprezentat sub forma unei scheme electrice desfurate (funcional) n figura 2.12. Din aceast reprezentare a schemei electrice, mai clar i mai simpl reiese justeea afirmaiei c reprezentarea desfurat a schemelor electrice este recomandabil.

52

Figura 2.12. Schema electric desfurat de alimentare i comand a unui contactor trifazat cu electromagnet de c.a.

Pentru cazul contactoarelor de c.c. acionate de electromagnei de c.c., alimentarea se face de la o surs de c.c.. n figura 2.13. este prezentat att schema electric desfurat ct i cea de lucru pentru alimentarea i comanda unui contactor de c.c.. Funcionarea schemei este similar celei precedente. La acionarea butonului S2 este alimentat bobina contactorului K (0-1) i se nchid contactele principale K (2-4, 6-8) alimentndu-se cu de la sursa de tensiune continu consumatorul racordat la bornele A, B.

Comanda de pornire este memorat de contactul de automeninere K (10-12). Oprirea se face de la butonul S1 care ntrerupe alimentarea bobinei contactorului. La electromagnei de acionare de c.c. se poate dimensiona economic bobina electromagnetului deoarece n poziia nchis a contactorului fora dezvoltat de electromagnet este maxim i mult superioar celei necesare asigurrii presiunii pe contacte. Se poate deci folosi o rezisten economizatoare R, nseriat cu bobina contactorului i scurtcircuitat de contactul auxiliar NI al acestuia K (3-5).

La acionarea butonului de pornire S2 bobina va fi parcurs de un curent mare, limitat doar de rezistena bobinei iar dup acionarea contactoru-lui contactul K (3-5) deschizndu-se rezistena R este nseriat cu bobina contactorului reducnd mult valoarea curentului ce parcurge bobina. Scade astfel solicitarea termic a bobinei i consumul.

53

Figura 2.13. Schema complet (de lucru) i Schema electric desfurat (funcional) pentru alimentarea i comanda unui contactor bipolar de c.c.

acionat de un electromagnet de c.c.

Pentru contactoare de c.a. care alimenteaz consumatori cu ocuri mari de curent n momentul anclanrii nu se pot face conectri la frecvene mari i de aceea se recomand acionarea cu electromagnei de c.c. alimentai prin puni redresoare.

Figura 2.14. Schema complet i Schema electric desfurat pentru alimentarea i comanda unui contactor trifazat acionat de un electromagnet

de c.c.

54

n figura 2.14. este prezentat schema de lucru i schema electric des-furat pentru alimentarea i comanda unui contactor trifazat acionat de un electromagnet de c.c.. Funcionarea schemei este similar schemei precedente doar c alimentarea bobinei de c.c. a electromagnetului de acionare se face prin puntea redresoare V de la tensiunea de faz a reelei trifazate. Rolul rezistenei economizatoare R este acelai ca la schema precedent.

Toate schemele prezentate pot fi completate cu circuite de semnalizare formate din becuri nseriate cu contacte auxiliare NI sau ND ale contactorului i care semnalizeaz poziia acionat sau neacionat a contactorului.

2.2. CONTACTOARE STATICE

Odat cu dezvoltarea unor componente semiconductoare pentru cureni inteni i la preuri accesibile, a aprut posibilitatea introducerii lor n tehnica comutaiei ca nlocuitoare pentru contactoarele electromagnetice.

Contactoarele statice folosesc dispozitive semiconductoare de putere cum sunt dioda, tiristorul diacul sau triacul. Structura circuitului energetic al contactoarelor statice de c.c. i c.a. este asemntoare cu a variatoarelor, diferind doar dispozitivul de comand ce are de regul o structur mai simpl n concordan cu regimul de comutaie. Contactoarele statice pot ntrerupe i conecta sarcini la comenzi individuale sau periodice. Deoarece contactoarele statice pot fi privite ca variatoare ce funcioneaz n regim nchis-deschis, funcionarea lor poate fi dedus prin analogie cu funcionarea variatoarelor statice.

2.2.1. Contactoare statice de curent alternativ

Pentru analiza fenomenelor ce au loc n cazul comutaiei statice de c.a. considerm un contactor static de c.a. monofazat cu tiristoare ideale, legate n antiparalel alimentat cu o tensiune sinusoidal. Considerm parametrii sarcinii R, L constani. Pentru ca circuitul consumatorului (R, L) s fie parcurs de curent se comand cele dou tiristoare T1 i T2 fiecare semiperioad, n mod alternativ. La ntreruperea comenzilor se va ntrerupe i curentul din circuit.

55

Figura 2.15. Schema de principiu a unui contactor static de c.a. monofazat

Dac se ia ca origine momentul trecerii prin 0 spre valori pozitive a tensiunii de alimentare, ecuaia diferenial a circuitului din figura 2.15. este:

tsinU2RidtdiL =+ (2.5.)

Soluia acestei ecuaii este suma dintre termenul corespunztor regimului permanent i cel corespunztor regimului tranzitoriu.

tp iii += (2.6.) unde:

( ) ( )+

= tsinLR

U2i22p

(2.7.)

n care: RL

tg = (2.8.)

Soluia pentru it se deduce din ip lund n considerare condiiile iniiale. Astfel, dac comanda tiristorului T1 se face la momentul t = , datorit inductivitii circuitului n primul moment, curentul total este 0.

Rezult:

( ) ( ) ( )+

==

sineLR

U2eii T

t

22T

t

pt (2.9.)

Am notat cu T constanta electric a circuitului:

RLT = (2.10.)

Soluia general are deci forma urmtoare:

56

( ) ( )( ) ( )

+

=

sinetsinLR

U2it

LR

22 (2.11.)

Se observ c n cazul particular =, termenul tranzitoriu din soluia general (2.11.) dispare i deci n circuit se stabilete de la nceput regimul permanent. n cazul n care situaia este invers. Se mai constat c la un circuit puternic inductiv pi /2 i la = 0, primul maxim al curentului are valoarea dubl fa de valoarea maxim din regimul permanent ce are loc pentru t = pi / 2. Schema prezentat n figura 2.15. dei simpl prezint urmtoarele dezavantaje: necesit dou dispozitive de comand izolate galvanic ntre ele iar n cazul apariiei unei supratensiuni dinspre reea sau datorate sarcinii tiristoarele se pot distruge. Dac la apariia unei supratensiuni tiristorul care este polarizat direct nu amorseaz cellalt tiristor se poate strpunge.

Figura 2.16. Contactor static de c.a. cu punte redresoare semicomandat

Pentru eliminarea acestui defect se poate folosi schema din figura 2.16. n care catozii tiristoarelor sunt legai direct la o punte redresoare semicomandat i n antiparalel cu fiecare tiristor s-a montat cte o diod care nu permite apariia unor tensiuni inverse (se asigur astfel protecia la supratensiuni.

Schema din figura 2.16. utilizeaz un singur dispozitiv de comand deoarece tiristoarele au catodul comun. Dac dorim s reducem numrul de tiristoare putem utiliza schema unui contactor static cu un singur tiristor montat n braul unei puni cu diode prezentat n figura 2.17.

57

Figura 2.17. Contactor static de c.a. cu un singur tiristor.

n aceast schem folosim patru diode i facem economie de un tiristor. Tiristorul trebuie ns s conduc n ambele alternane ale curentului alternativ, de aceea comanda lui trebuie s fie permanent sau sincron la nceputul fiecrei semiperioade, ceea ce face ca solicitarea termic a tiristorului T s fie chiar mai mare dect dubl (lipsete pauza de curent pe o semiperioad) fa de schemele anterioare. Un dezavantaj al schemei este acela c, la funcionarea contactorului cu sarcin rezistiv-inductiv, n momentul ieirii din conducie a tiristorului, pe tiristor apare brusc tensiunea sursei ceea ce poate duce la pierderea controlului asupra comenzii tiristorului, acesta rmnnd n conducie tot timpul. Contactoarele statice de curent alternativ se pot realiza i cu ajutorul unui triac care nlocuiete cele dou tiristoare montate n antiparalel. O astfel de schem este prezentat n figura 2.18.. Triacul ndeplinete funcia a dou celor dou tiristoare n antiparalel iar grupul R, C realizeaz o reducere a vitezei de cretere a tensiunii pe triac, fiind indispensabil n cazul sarcinilor puternic inductive.

Figura 2.18. Contactor static de c.a. cu triac.

Dintre schemele de contactoare statice de c.a. prezentate cea mai mare cdere de tensiune pe tiristor este n cazul schemei din figura 2.17. Structura dispozitivelor de comand ale contactoarelor de c.a. depinde de natura ventilelor semiconductoare folosite (tiristoarele sau triacuri) i de

58

regimul de funcionare. Dac trebuie s comutm o sarcin trifazat vom folosi contactoare statice trifazate. n cazul consumatorilor trifazai se pot folosi contactoare statice monofazate pentru fiecare faz, sau contactoare statice cu o structur proprie specific contactoarelor statice trifazate. n figura 2.19. am prezentat schema electric a unui contactor trifazat. Schema prezentat n figura 2.19. utilizat n cazul conectrii motoarelor asincrone cu puteri mici (200-1000 W), cu o frecven de conectare mare (2000-10.000 conectri/h) i durata relativ de acionare DA = 25 - 60%.

Figura 2.19. Schema unui contactor trifazat ce utilizeaz triacuri.

n aceast schem ventilul semiconductor este triacul. Protecia mpotriva scurtcircuitelor este asigurat de siguranele fuzibile F1, F2, F3, iar inductivitile L1, L2, L3 au rolul de reducere a pantei di/dt a curentului de scurtcircuit. Filtrele RC asigur protecia mpotriva supratensiunilor. Acionarea contactorului este comandat de un releu reed K trifazat excitat la 24 V c.c., iar semnalizarea nchiderii se face prin dioda luminiscent D2.

2.2.2. Contactoare statice de curent continuu

Spre deosebire de contactoarele de c.a. la care stingerea tiristoarelor are loc n mod natural la trecerea prin zero a curentului comutat, contactoarele de c.c. funcioneaz cu comutaie forat fiind necesare circuite speciale pentru

59

stingerea tiristorului care a condus curentul. n schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor.

Deoarece tiristoarele nu pot fi blocate prin intermediul comenzii pe grila, n structura contactoarelor de c.c. este existena prezena unei ramuri de comutaie. La majoritatea contactoarelor de c.c. folosite n industrie, blocarea tiristorului principal se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse pe tiristorul principal obinute de la un condensator.

n momentul n care se dorete blocarea tiristorului principal, ramura de comutaie este conectat n paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel nct tensiunea condensatorului s foreze prin tiristorul principal un curent invers care anuleaz curentul iniial blocnd tiristorul. n funcie de modul n care se realizeaz ncrcarea condensatorului din ramura de comutaie, deosebim mai multe scheme de contactoare statice de c.c. prezentate schematic n figurile urmtoare. n figura 2.20. este prezentat schema unui contactor static de curent continuu, cu circuit de ncrcare R, C. Aplicnd un impuls de comand polarizat pozitiv pe poarta tiristorului principal T1, aceasta intr n conducie i curentul alimenteaz consumatorul Zs. Tiristorul auxiliar T2 fiind blocat, condensatorul C se ncarc prin rezistena R cu tensiunea sursei i polaritatea pozitiv. Pentru a ntrerupe alimentarea sarcinii se comand intrarea n conducie a tiristorului auxiliar T2, care descarc condensatorul C peste tiristorul principal T1. Prin anularea curentului prin tiristorul principal T1 (polarizat invers de condensatorul C) acesta se blocheaz, iar condensatorul C se ncarc prin impedana sarcinii Zs i tiristorul T2 la polaritatea invers fa de situaia anterioar (polaritatea prezentat n parantez). Tiristorul T2 continu s conduc un curent mic, limitat de rezistena R de valoare mare. La o nou comand a tiristorului principal T1, acesta intr din nou n conducie, condensatorul C este legat n paralel pe tiristorul T2 polarizndu-l n sens invers i determinnd ieirea lui din conducie.

Figura 2.20. Contactor static de c.c. cu circuit de ncrcare R, C.

60

Prin tiristorul T1 se alimenteaz consumatorul Zs i prin rezistena R condensatorul C se ncarc cu polaritatea iniial, schema revenind la situaia iniial. Acest contactor de c.c. se folosete la frecvene de comutaie reduse datorit timpului necesar ncrcrii condensatorului.

Pentru a asigura blocarea tiristoarelor este necesar ca valoarea condensatorului C s fie suficient de mare, astfel ca procesul de ncrcare al condensatorului s aibe o durat suficient de mare, asigurnd polarizarea invers a tiristorului care se blocheaz pe un interval de timp mai mare dect timpul de revenire a tiristorului. Din teoria variatoarelor de c.c., (contactorul de c.c. fiind un caz particular al unui variator de c.c.) rezult c pe rezistena i inductivitatea de sarcin, dup comanda de blocare a tiristorului principal, apare o tensiune tranzitorie ce poate atinge valoarea 2U, motiv pentru care se folosete dioda de mers n gol D pentru amortizarea supratensiunilor ce apar.

Figura 2.21. Contactor static de c.c. cu circuit de ncrcare L, C.

Pentru frecvene mari de comutaie se utilizeaz contactoare statice de c.c., cu circuit de ncrcare L, C,. Un exemplu de contactor static de c.c. folosit la frecvene mari de comutaie este prezentat n figura 2.21.. Funcionarea acestui contactor este condiionat de aplicarea primului impuls de comand, tiristorului auxiliar T2. n caz contrar funcionarea contactorului nu este posibil, deoarece la comutarea direct a tiristorului principal, con-densatorul este descrcat. Astfel prin comanda lui T2 condensatorul C se ncarc la tensiunea sursei i polaritatea din figura 2.21.. Conducia este asigurat prin sarcina Zs. La sfritul procesului de ncrcare a condensatorului curentul ia valoarea 0, iar conducia prin tiristorul T2 nceteaz. Condensatorul C fiind ncrcat la tensiunea de la borne U, la comutarea tiristorului T1, circuitul de sarcin Zs este legat la sursa de alimentare, iar n

61

circuitul oscilant T1, D2, L, C, curentul variaz sinusoidal conform relaiei:

tsinL

Ui c

= (2.12.)

unde: LC2T;LC1

c pi== (2.13.)

Deoarece dioda D2 nu permite trecerea curentului n sens invers, curentul se anuleaz dup o semiperioad (T/2), iar tensiunea pe condensator i schimb polaritatea (conform polaritii din parantez). Pentru deconectarea consumatorului se aplic un impuls de comand tiristorului auxiliar T2, care conecteaz n paralel peste tiristorul T1 condensatorul C cu polaritatea invers fa de sensul de conducie al tiristorului T1. Curentul principal este anulat prin tiristorul principal T1, iar condensatorul se descarc i se ncarc apoi cu polaritatea iniial. Dup terminarea procesului de ncrcare tiristorul T2 se blocheaz, iar schema este pregtit pentru o nou conectare. Dioda D1 are rolul de a elimina supratensiunile de comutaie, n cazul sarcinilor inductive. La frecvene de comutaie mici exist pericolul descrcrii condensatorului prin rezistena invers a ventilelor semiconductoare i prin rezistena dielectricului. Descrcarea condensatorului are ca urmare imposibilitatea blocrii tiristorului principal. Pentru evitarea acestui fenomen s-a introdus n circuit rezistena R. Urmtoarea schem de contactor static de c.c. prezentat n figura 2.22. folosete un condensator montat n braul unei puni de tiristoare.

Figura 2.22. Contactor static de c.c. cu condensatorul montat n braul unei puni cu tiristoare.

La nceput se comand tiristoarele auxiliare T1 si T2 i condensatorul C se ncarc la polaritatea din figur, dup care cele dou tiristoare se blocheaz.

Prin comanda tiristorului principal T, consumatorul Zs este strbtut de curentul de sarcin. Oprirea funcionrii consumatorului se face prin comanda

62

tiristoarelor auxiliare T3 si T4, cnd condensatorul C se polarizeaz invers tiristorul principal T provocnd blocarea lui.

Un timp circuitul se nchide prin T3, C i T4, ncrcnd condensatorul cu polaritatea invers (din paranteze). Dup ncrcarea condensatorului, tiristoarele T3 i T4 se blocheaz.

Pentru o nou acionare se comand tiristorul T, iar pentru o nou oprire se comand tiristoarele auxiliare T1 si T2. Procesul se reia la fiecare comutaie. Din analiza modului de funcionare a contactoarelor statice de c.a. i a celor de c.c. rezult avantajele i dezavantajele folosirii lor n aplicaiile industriale i domeniile n care este recomandat utilizarea lor. Subliniem cteva caracteristici ale regimului de funcionare a contactoarelor statice. Recapitulnd cele mai importante aspecte legate de funcionarea contactoarelor statice de c.a. i c.c. rezult c spre deosebire de contactoarele de c.a., contactoarele de c.c. funcioneaz cu comutaie forat fiind necesare circuite speciale pentru stingerea tiristorului principal, n schimb nu sunt necesare circuite speciale pentru comanda grilelor tiristoarelor. La majoritatea contactoarelor de c.c. n structura lor este necesar pre-zena unei ramuri de comutaie. La contactoarele de c.c. blocarea tiristorului principal se realizeaz prin aplicarea unei tensiuni inverse obinute de la un condensator. n momentul n care se dorete blocarea tiristorului principal, ramura de comutaie este conectat n paralel cu tiristorul principal, cu ajutorul unui tiristor auxiliar, astfel nct tensiunea condensatorului s foreze un curent invers prin tiristorul principal pentru al stinge. Pentru frecvene mari de comutaie se utilizeaz contactoare statice de c.c., cu circuit de ncrcare L, C.

La frecvene de comutaie mici existnd pericolul descrcrii condensatorului prin rezistena invers a ventilelor i prin rezistena dielectricului se introduce o rezisten suplimentar pentru evitarea acestui fenomen. Contactoarele statice de c.c. se pot realiza i cu punte redresoare comandat pentru evitarea fenomenului de blocare a tiristorului principal. n acest sens, se utilizeaz un condensator montat n braul unei puni de tiristoare. Contactoarele statice de c.a. se pot realiza cu punte redresoare semico-mandat, la care catozii tiristoarelor sunt legai direct, iar fiecare tiristor are montat n antiparalel cu cte o diod care nu permite apariia unor tensiuni in-verse pe tiristoare i deci asigur protecia la supratensiuni. La contactoarele statice de c.a. cu doua tiristoare n antiparale