Лабораторная работа

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ СХЕМ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить устройство нереверсивного и реверсивного магнитных пускателей.

2. Приобрести практические навыки в сборке, проверке и чтении простейших схем контакторного управления пуском и реверсом асинхронного электродвигателя.

1. Ознакомиться с действием нулевой защиты.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

а) Аппараты управления

Электрическим приводом называется устройство, предназначенное для приведения в движение исполнительного механизма и состоящее из электрического двигателя, аппаратуры управления, защиты и механической передачи, необходимом для осуществления связи двигателя с рабочей машиной.

В процессе работы электропривода необходимо включать и выключать двигатель, изменять скорость вращения и ее направление (реверсирование), осуществлять торможение и т.п., т.e. осуществлять управление электроприводом.

Управление электроприводом производится с помощью аппаратов ручного (неавтоматического) и автоматического управления. К первым, действие которых зависит только от воли оператора, от носятся выключатели и переключатели, пусковые и регулирующие реостаты, командоконтролеры, кнопочные и пакетные выключатели и т.д. Ко вторым, управляемым дистанционно или действующим автоматически в зависимости от режима работы электрической цепи или машины, либо от изменения параметров технологического процесса, относятся плавкие предохранители, защитные реле, реле управления, контакторы, магнитные пускатели, автоматы, бесконтактные логические элементы.

В настоящее время наибольшее распространение получили аппараты дистанционного или автоматического управления, представляющие собой электромагнитные устройства, подвижные контакты которых замыкаются под действием силы тяги электромагнита.

Автоматическое управление трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором обычно осуществляется с помощью магнитных пускателей.

Магнитный пускатель представляет собой комплектное устройство управления, состоящее из электромагнитного контактора, тепловых реле и кнопок управления. Основной частью магнитного пускателя является трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока, представляющий собой электромагнит прямоходового или клапанного типа с магнитопроводом М из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга и стянутых шпильками Ш, расклепанными на торцах. Включение катушки К на номинальное напряжение приводит к срабатыванию контактора, в результате чего якорь Я притягивается к полюсам магнитопровода, где укреплены короткозамкнутые витки В, каждый из которых охватывает часть своего полюса и способствует устранению вибрации якоря. Амортизационные пружины П снижают силу удара якоря, вследствие чего расклепывание поверхностей полюсов магнитопровода уменьшается.

Притяжение якоря приводит к соединению мостиковыми контактами главных замыкающих контактов с зажимами Л1 и С1, Л2 и С2, Л3 и СЗ и блокировочных замыкающих контактов с зажимами 1 и 2,5 и 6, а также к размыканию мостиковыми контактами блокировочных размыкающих контактов с зажимами 3 и 4,7 и 8.

При разрыве цепи катушки подвижная система контактора под действием силы тяжести возвращается в исходное положение, а все контакты — в прежнее коммутационное состояние.

Главные контакты предназначены для коммутации силовой цепи и рассчитаны на определенный номинальный ток, зависящий от величины контактора.

Блокировочные контакты рассчитаны на небольшой ток и используются в цепях управления, блокировки и сигнализации. Они отличаются от главных контактов меньшими размерами. В контакторах на малый номинальный ток размеры главных и блокировочных контактов могут быть одинаковы.

Работа контактора протекает удовлетворительно при напряжении на зажимах катушки U= (0,85 .. 1,1) U_ном .Длительное повышение напряжения свыше 1,1U_ном нежелательно из-за опасного перегрева катушки. Снижение напряжении ниже 0,85U_ном нежелательно, т.к. оно уменьшает силу, удерживающую якорь, что при некотором назначении напряжения — напряжении отпадания — приводит к отрыву якоря от полюсов магнитопровода и размыканию силовой цепи.

Автоматическое выключение контактора при значительном снижении или полном исчезновении напряжения в питающей сети обеспечивает защиту по минимальному напряжению.

Протекание тока по обмоткам двигателя, больше чем номинальный (перегрузка двигателя), приводит к дополнительному старению изоляции. Каждые дополнительные 8 градусов сверх номинальной температуры нагрева в 2 раза ускоряют физические и химические процессы старения изоляции. Поэтому, чем больше перегрузка, тем кратковременное она допустима.

Для защиты двигателя от недопустимого перегрева, вызванного длительной перегрузкой (1,2 – 1,3)I_ном, применяются тепловые реле.

Б) Схемы управления электродвигателями

На схеме 1 представлена простейшая схема управления трехфазным асинхронным двигателем в толчковом (или импульсном) режиме, применяемая при наладочных операциях, связанных с опробованием производственного механизма. В данной схеме при нажатии кнопки SВ2 «ПУСК» подается напряжение на катушку КМ контактора. Контактор КМ включается и своими замыкающими главными контактами КМ1, KМ2, КМ3 подключает статор двигателя М к сети. Двигатель пускается в ход. При отпускании кнопки «ПУСК» происходит размыкание цепи катушки KМ контактора, отключение контактора и выключение двигателя. Для повторного включения необходимо снова нажать на кнопку «ПУСК».

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности производится чаще всего путем непосредственного включения статора двигателя в сеть.

Для схемы 1 приняты следующие обозначения (по ГОСТу 2.710—75).

Q1F — автоматический выключатель, с помощью которого установка вручную подключается к сети трехфазного переменного тока. Он же защищает установку от больших перегрузок (токов короткого замыкания), автоматически выключая ее (на что указывается знак I ).

KМ — контактор переменного тока, предназначенный для включения обмотки двигателя в трехфазную цепь переменного тока (КМ — катушка контактора, KМ1—KМ3 главные контакты контактора).

SВ2 — кнопка, предназначенная для ручного катушки КМ контактора.

При дистанционном управлении для включения двигателя обязательно используются контакторы. Если в процессе работы не требуется изменять направление вращения приводного механизма, то применяется одна из обычных схем управления двигателем (схема 2).

Приведенная схема 2 отличается oт предыдущей схемы 1 наличием кнопки SВ1 «СТОП» с размыкающим контактом, двух тепловых реле КК1 и КК2 с размыкающими контактами в цени управления и замыкающего блок-контакта КМ4, включенного параллельно кнопке SВ3 «ПУСК».

При срабатывании контактора блок-контакт KМ4 шунтирует контакты кнопки SВ3, что позволяет отпустить эту кнопку, не прерывая питания катушки КМ. Остановка двигателя осуществляется разрывом цепи катушки КМ при нажатии кнопки SВ1 — «СТОП».

Электротепловые реле КК1 и КК2 защищают двигатель от перегрузок, превышающих номинальную нагрузку более чем на 10-20%. При перегрузках реле КК1 и КК2 отключают питание катушки КМ своими размыкающими контактами.

Управление двигателем производится дистанционно от кнопочной станции, состоящей из двух кнопок — «ПУСК» и «CTOП».

Схема 2 находит широкое применение для управления электродвигателями таких нереверсивных механизмов, как насосы, вентиляторы и т. д.

В случаях, когда по условию технологического процесса необходимо изменять направление вращения производственного механизма (например, грузоподъемных механизмов, транспортеров и др.), применяется схема 3.

Известно, что для изменения направления вращения ротора двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного потока статора. Для этого необходимо изменить последовательность чередования фаз асинхронного двигателя. В приведенной на схеме 3 изменение направления вращения (реверсирование) ротора осуществляется переключением двух фаз статора двигателя путем выключения контактора КМ1 и включения контактора КМ2 с помощью реверсивного пускателя, состоящего из двух обычных пускателей.

При нажатии кнопки SB4 «ВПЕРЕД» включается контактор KМ1 и ротор двигателя будет вращаться в условном направлении «ВПЕРЕД»,

Для изменения направления вращения необходимо предварительно отключить двигатель нажатием кнопки SВ1 «СТОП» и лишь после этого нажать кнопку SВ5 «НАЗАД» (схема 3).

Размыкающие блок-контакты КМ2.5 и KМ1.5. включенные соответственно в цепях катушек контакторов КМ1 и КМ2, осуществляют электрическую блокировку контакторов, т.е. исключают возможность одновременной работы контакторов КМ1 и КМ2. При отсутствии подобной блокировки контакторы КМ1 и КМ2 могут быть включены независимо друг от друга, что приведет к короткому замыканию двух фаз сети главными контактами контакторов.

При снижении напряжения на 20—30% (и более) включающая катушка контактора оказывается не в состоянии удержать его во включенном состоянии, контактор и электродвигатель отключаются, чем предупреждается недопустимое перегревание электродвигателя. При снижении или снятии напряжения сети и при его последующем восстановлении до номинального значения самозапуск двигателя не происходит, так как цепь катушки контактора окажется разомкнутой, следовательно будут разомкнуты и главные контакты.

В этом состоит сущность нулевой защиты по напряжению. Она имеет место во всех установках, где имеется магнитный пускатель. Напряжение на катушке контактора, при котором он отключается, называют напряжением отпадания U_ном а наименьшее напряжение, при котором контактор включается, называют напряжением включения U_вкл.

Их отношение называется коэффициентом возврата контактора, т. е. k=U_отп/U_вкл.

Схема для определения коэффициента возврата приведена на схеме 4. Уменьшение напряжения на катушке контактора КМ1 осуществляет введение реостата R, включенного последовательно с ней.

Кроме обеспечения дистанционного управления и защитных функций магнитный пускатель исключает возможность ошибок оператора при включениях и повышает производительность электрифицированных механизмов.

Испытательная установка состоит из асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа А031-4, магнитного пускателя типа ПМЕ-211 (ПА-312) и трех кнопочных станции, состоящих из одной, двух и трех кнопок, смонтированных на общей панели.

Питание установки производится от трехфазной сети переменного тока, напряжением 220 В через автоматический выключатель АП50-ЗМТ. Каждый контактор имеет три замыкающих главных контакта и два - блок-контакта, из которых один — замыкающий и один размыкающий.

Установка содержит реостат 5000 Ом, 0,2 А и вольтметр типа Э421 (Э8021), служащие для определения параметров работы контактора.

ВНИМАНИЕ! Перед включением каждой схемы необходимо дать проверить правильность ее сборки преподавателю. Убедившись в правильной работе каждой схемы в соответствии с описанием, необходимо продемонстрировать ее работу преподавателю.

1. Ознакомиться с аппаратурой, применяемой в схемах и записать технические данные электродвигателя, всей аппаратуры и измерительных приборов схем 1, 2, 3, 4.

2. Собрать схему 1 и убедиться, что двигатель работает только при нажатой кнопке SВ2 «ПУСК». Произвести 2—3 пуска и остановки двигателя.

1. Собрать схему 2 и убедиться, что необходимость удерживать кнопку «ПУСК» в нажатом состоянии здесь отпадает. Осуществить несколько (2—3) пусков и остановок двигателя с помощью кнопок управления.

2. Собрать схему 3 и проверить ее работу путем пуска, остановки и реверса двигателя. Убедиться в действии блокировки, исключающей одновременную работу контакторов KМ1 и КМ2.

3. Собрать схему 4 и испытать действие нулевой защиты, для чего:

а) включить автомат QIF; нажав на кнопку SВ3, запустить двигатель. Пользуясь реостатом R, уменьшить напряжение на зажимах катушки контактора до величины, при которой происходит отключение электродвигателя;

б) оставив реостат в том же положении, нажать на кнопку SВ3 и убедиться, что не происходит самозапуска двигателя при пониженном напряжении;

в) отключить автомат Q1F, вывести полностью реостат.

Включить автомат QIF. Нe нажимая кнопки SВ3 убедиться, что не происходит самозапуска двигателя при нормальном напряжении сети. Двигатель может быть запущен только нажатием кнопки SВ3. В этом состоит суть нулевой защиты.

1. Определение коэффициента возврата контактора выполняется по схеме1 из лабораторной работы 26. Для этого при включенной схеме, пользуясь реостатом R и вольтметром PU, определить поочередно по три значения напряжения включения U_вкл и напряжения отпускания U_отп. Результаты записать в табл. 1.

Таблица 1

Вычислить коэффициенты возврата k_{в 1}, k_{в 2}, k_{в 3}, по формуле k=U_отп/U_вкл.

За действительную величину коэффициента возврата принять среднее значение

k_{в ср}=( k_{в 1}+k_{в 2}+k_{в 3})/3

Примечание. Значения величин U_omп определить в момент отключения двигателя при введении реостата R, значения величин U_вкл – в момент включения двигателя при выведения реостата. Кнопка SВ3 «ПУСК» при этих операциях должна быть нажата.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Составить отчет установленной формы, в котором:

1. Вычертить схемы, приведенные в работе.

2. Дать краткое описание работы каждой схемы с указанием цепей прохождения тока и объяснить назначение каждого элемента схемы и особенности каждой схемы.

1. Описать действие нулевой защиты. Привести таблицу опытных и расчетных данных определения коэффициента возврата k_в.

2. Сделать выводы о роли магнитного пускателя в схемах электропривода.