Скачать скан электросхемы основных механизмов крана (подъёма, передвижения крана и телеги, поворота), по которой сделана эта работа, можно отсюда (700 килобайт).
Благодарен всем, чьи картинки использовал.
Сначала разберём принцип действия кранового грузоподъёмного электромагнита постоянного тока (а иных я не встречал). Частицы, из которых состоят железо и его сплавы, представляют собой микроскопические магниты (их называют диполями). Однако, если железо не намагничено, направления магнитного поля этих магнитов направлены в разные стороны и магнитные поля нейтрализуют друг друга (их суммарное магнитное поле равно нулю). У катушки электромагнита имеется железный сердечник, кроме того, у электромагнита имеются и другие стальные или чугунные детали - корпус, подошва. Когда через катушку магнита начинает проходить ток, диполи в железе, стали, чугуне поворачиваются так, что их магнитное поле совпадает с магнитным полем катушки. Катушка же расположена так, что её поле направлено перпендикулярно подошве магнита. Общее магнитное поле катушки и повернувшихся под её действием диполей многократно превышает магнитное поле одной катушки. В чём состоит действие этого поля? У каждого магнита имеются два полюса - северный (на рисунке обозначен буквой N) и южный (S). Северный полюс стремится притянуть южные и оттолкнуть северные полюса других магнитов. Магнитное поле тем сильнее, чем меньше расстояние. Если противоположный полюс другого магнита находится ближе, чем одноимённый, сила притяжения превысит силу отталкивания, и этот магнит будет притягиваться.
Что произойдёт, если подошва электромагнита приблизится к железному грузу? Смотрим левую половину рисунка выше. Диполи в грузе повернутся под действием магнитного поля электромагнита, причём повернутся так, что их магнитное поле будет притягивать груз к магниту.
Что будет, если поменять направление тока в катушке электромагнита? Смотрим рисунок, ту половину, что справа. Направление магнитного поля поменяется на противоположное. Диполи под действием изменившегося поля снова повернутся, но уже в противоположном направлении. И в грузе диполи повернутся в противоположном направлении. Однако их магнитное поле будет, как и прежде, притягивать груз к магниту.
Для чего я это так подробно здесь описываю? Чтобы подвести к выводу: действие электромагнита постоянного тока не зависит от направления тока, а следовательно, от полярности подключения. Надеюсь, вам стало понятно, почему не имеет значения и полярность подключения катушек контактров постоянного тока.
Не знаю, как вам, а мне стало понятно, почему грузоподъёмные магниты работают на постоянном токе. Если бы ток был переменным, диполи и в магните, и в грузе поворачивались бы туда - сюда вслед за каждым изменением направления тока. Вместе с положением диполей изменялось бы и направление их магнитного поля. Изменение магнитного поля является причиной возникновения тока. И в магните, и в грузе циркулировали бы токи (их называют блуждающими токами). От них и магнит, и груз нагревались бы. Перемещение диполей, блуждающие токи имели бы следствием бесполезную трату энергии, поэтому расход электроэнергии был бы больше. Кроме того, поскольку направление магнитного поля всё время менялось бы, менялась бы и его сила, проходя через нулевую точку при каждом изменении направления. Поэтому сила притяжения магнита была бы меньше, чем у эквивалентного магнита постоянного тока. Вероятно, в том числе по этим же причинам в кранах чаще используются контакторы постоянного, а не переменного тока.
Что будет, когда подача тока на катушку электромагнита прекратится? Диполи вернутся в своё прежнее разнонаправленное положение. Но не все и не в полной мере. Некоторые сохранят положение, в той или иной степени совпадающее с направлением магнитного поля, которое было у катушки. В результате у магнита будет иметь место "остаточный" магнетизм, то есть он будет продолжать притягивать груз, хотя и не так сильно, как во время прохождения тока. Чтобы остаточный магнетизм исчез, через катушку магнита кратковременно пропускают ток в противоположном направлении.
Кстати, у контактора постоянного тока тоже имеет место остаточный магнетизм, хотя, может быть, незначительный. Но контактор устроен подобно весам, где на одной чашке тяжёлый груз, а на другой лёгкий. Контактор отключается под действием силы тяжести, несмотря на остаточный магнетизм.
Имеет место остаточный магнетизм и у реле РЭВ. На детали, которая притягивается к катушке (не знаю, как её правильно назвать: коромысло? рычаг?), на той её стороне, которая соприкасается с катушкой имеется пластинка из медного сплава, который не намагничивается (диамагнитная пластинка). Поскольку сила остаточного магнитного поля очень невелика, а само поле с расстоянием ослабевает, толщины этой пластинки оказывается достаточно, чтобы реле не "залипало". Эта пластинка от постоянных ударов при срабатывании реле изнашивается. За её целостностью надо следить, при необходимости менять. Посмотреть же на неё удобно с помощью зеркальца.
Привожу здесь схему выпрямителя для питания грузоподъёмных магнитов одного из кранов, которые я обслуживал. Магнитов в нём аж четыре штуки, и он таскает ими длинные стальные балки. Такие выпрямители мне встречались часто, не только в схемах питания магнитов, но и оперативных цепей. В его схеме многое, хотя и не всё очевидно. P3 - это реле максимального тока, защищающее цепь от перегрузки (но не защищающее от того, что груз упадёт при его срабатывании). Конденсатор C4 и последовательно с ним соединённое сопротивление R4 образуют так называемую RC - цепочку. Для чего она нужна? Дело в том, что выпрямленное напряжение, которое получается непосредственно после диодов, не вполне соответствует названию "постоянное". Оно пульсирующее. Конденсатор уменьшает колебания выпрямленного напряжения. Когда напряжение растёт, конденсатор заряжается, когда уменьшается - разряжается и таким образом сглаживает пульсации. Сопротивление же нужно для того, чтобы получить нужную скорость заряда - разряда. Что же касается RC - цепочек и конденсаторов, которые подключены между фазами до диодов, то, признаюсь, я точно не знаю, для чего они нужны. Изложу, однако, одну версию. Когда кран едет, бывает видно, как из-под башмаков токосъёмников вылетают искры. Это происходит из-за неровностей, окислов и загрязнений поверхностей троллей и башмаков, а также ускорений крана. То есть башмаки не в каждый момент движения плотно прилегают к троллеям. Поэтому, когда кран едет, качество напряжения на нём хуже, чем на троллеях. Конденсаторы и сопротивления, возможно, введены в схему, чтобы сгладить резкие скачки переменного напряжения из-за плохого контакта башмаков, и как следствие - повысить стабильность постоянного напряжения. Перейдём теперь к описанию собственно схем питания электромагнитов.
Эта схема часто встречается в интернете под названием "ПМС-50". Когда крановщик замыкает контакт контроллера К, подаётся питание на катушку контактора В. Замыкаются В(1) и В(2). На катушку электромагнита начинает поступать напряжение. одновременно размыкается В(3). Ток идёт не только через катушку электромагнита, но и через сопротивления R1, R2, R3. Однако ток, идущий через сопротивления незначительный, как я думаю.
Крановщик размыкает контакт К. Через катушку В ток больше не идёт. Размыкаются В(1) и В(2). Постоянное напряжение на катушку магнита больше на поступает. Одновременно замыкается В(3). Поскольку в катушке магнита имеется запас индуктивной энергии, через цепочку 1: магнит, R1, R2, контактор Н, В(3), R3, (а также в обход Н и В(3) через R2-R3) начинает течь ток. Направление его в катушке магнита то же, что и было до размыкания В(1) и В(2). Величина его такова, что срабатывает катушка Н и замыкаются контакты Н(1) и Н(2) контактора Н. Это имеет неколько следствий. По цепочке Н(1), R1, магнит, R(3), Н(2) через катушку магнита начинает протекать ток в уже противоположном направлении, который нейтрализует остаточную намагниченность. Одновременно по цепочке Н(1), R2, Н, R(3), Н(2) через катушку контактора Н течёт ток, который препятствует её отключению. Однако сопротивления R2 и R3 настроены таким образом, что ток этот уменьшается, и в конце концов контакты Н(1) и Н(2) размыкаются. Ток в катушке электромагнита прекращается, хотя, как я думаю, не сразу, поскольку в ней накопился запас индуктивной энергии от тока противоположного направления.
В схеме выше используются контакторы с двумя силовыми контактами. Встречается также вариант этой схемы с контакторами, имеющими один силовой контакт. Такие контакторы используются и в схеме ниже.
Вторая схема, которая мне представляется наиболее простой и понятной и с которой я часто встречался на практике, отличается от предыдущей тем, что время подачи размагничивающего тока на обмотку магнита регулируется двумя реле РЭВ. При замыкании контакта контроллера включаются контакторы В1, В2 и реле РВ (типа РЭВ). Как известно, контакты реле РЭВ срабатывают при подаче питания на его катушку без задержки, а при прекращении подачи питания возвращаются в первоначальное состояние с задержкой. Поэтому контакты вышеназваных двух контакторов и реле срабатывают одновременно, и сразу же при замыкании блок-контакта 1В включается реле РП (тоже типа РЭВ). Замыкается контакт РП (он всего один), но это не приводит к срабатыванию Н1 и Н2, поскольку разомкнут нормально замкнутый контакт РВ.
Крановщик размыкает контроллер К. Контакты В1 размыкаются, и здесь вступают в игру реле РЭВ. РВ настроено на небольшую задержку, как пишут, порядка 0,2 сек. По истечении этого времени замыкается его нормально замкнутый контакт, а поскольку РП настроено на гораздо большую задержку (порядка 2 секунд), замыкается цепочка питания Н1 и Н2. Через катушку элекромагнита начинает течь размагничивающий ток, который течёт до тех пор, пока не разомкнётся контакт РП.
Это схема крана, о схеме выпрямителя для магнита которого рассказано выше. Схема эта очень хитрая и интересная. Из-за двух регулируемых сопротивлений, номиналы которых к тому же не указаны, токи могут разделяться весьма сложным образом.
Когда крановщик замыкает контакт контроллера K, включаются контактор В, и ток идёт только через магниты. (Ну, может, в первый момент бывает вcплеск тока через конденсатор C8). Диод Д7, поскольку он в это время оказывается подключенным в обратном направлении, не даёт проходить току через катушку PЭВ.
Самое интересное происходит, когда крановщик размыкает контакт контроллера. Контактор В отключается. В катушках накопился запас индуктивной энергии, и она "стремится" поддерживать ток в том же направлении, что и раньше. А раньше было против часовой стрелки, если считать направление тока от плюса к минусу. Но, поскольку силовые контакты В(1) и В(2) теперь разомкнуты (а блок-контакт В(3), наоборот, замкнут), ток пойдёт другим путём. Ток пойдёт через магниты через резистор R5, диод Д7, катушку РЭВ и обратно к магнитам.
Поскольку через РЭВ пошёл ток, оно включится. Это приведёт к включению контактора Н. Через магниты побежит ток в обратном направлении: Н (1) - R5 - магниты - R6 - Н (2). Ток этот будет слабее рабочего из-за сопротивлений, а также шунта (обходного пути) через блок-контакт В(3) и R6. Сопротивления отрегулированы таким образом, что включение Н мало повлияет на ток через РЭВ. И ток через магниты в обратном направлении побежит не сразу. Ему нужно небольшое время, чтобы "победить" противоположный ток от запаса индуктивности. Сначала ток через магниты упадёт до нуля.
Когда ток через магниты и РЭВ уменьшится, РЭВ отключится. Начнётся отсчёт времени до возврата его контактов в нормальное состояние (такое, когда обесточена катушка), после чего схема снова будет готова к включению магнита.
Зачем нужны конденсатор C8 и реле максимального тока РМТ? Как известно, конденсатор не проводит постоянный ток, но проводит переменный. В начале рабочего цикла, в первый момент после замыкания контакта контроллера К происходит скачок тока от В(1) - катушку РМТ - конденсатор С8 - сопротивление R5 - В(2). В этот момент, если ток слишком большой, реле РМТ может отключить контактор В. Далее ток через катушку РМТ благодаря конденсатору прекращается, и при отсутствии скачков тока оно (реле) не может разомкнуть цепочку питания катушки В. Поэтому груз от магнита (по крайней мере из-за срабатывания РМТ) не отровётся. Таково, на мой взгляд, самое простое объяснение.
Возможно, назначение конденсатора и реле РМТ другое - в начале цикла размагничивания поскорее, ещё до включения РЭВ разорвать цепочку питания катушки контактора В, чтобы не произошло одновременного включения В и Н, и, как следствие, короткого замыкания (не совсем, правда, короткого, а через R5, а также R6). Конденсатор во время рабочего цикла накапливает заряд, который разряжается через РМТ - магниты - R5 и способствует включению РМТ. Далее конденсатор шунтируется блок-контактом В(3), и никакой роли не должен играть. РМТ же оказывается подключеным параллельно РЭВ, дублирует его, и отключаются они, вероятно, одновременно.
Об ошибках сообщайте по электронной почте obuchmat@mail.ru