Исследование контактора переменного тока и магнитного пускателя на его основе
 Скачать 0.79 Mb.
|
3 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И МАГНИТНОГО ПУСКАТЕЛЯ НА ЕГО ОСНОВЕ 3.1 Цель работы Ознакомиться с работой контакторов, исследовать электрические ха- рактеристики контактора, ознакомиться с назначением, устройством, принципом действия, параметрами и схемами включения электромагнит- ных пускателей. 3.2. Предмет изучения Контактор — это электрический аппарат, предназначенный для частых коммутации силовых электрических цепей при нормальных режимах их работы. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего под воздействием электромагнитного привода. Можно классифицировать контакторы по следующим признакам: 1. по роду тока коммутируемой цепи — различают контакторы посто- янного тока и контакторы переменного тока. Род тока катушки управления не обязательно совпадает с родом тока главных контактов; 2. по номинальному току главной цепи: от 1,5 до 4800 А; 3. по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В посто- янного тока и от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10000 Гц; 4. по номинальному напряжению катушки управления: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц; 5. по числу главных полюсов — от 1 до 5; контакторы постоянного то- ка выполняют с одним или с двумя полюсами, контакторы переменного тока — в основном трехполюсные; 6. по наличию дополнительных контактов — с дополнительными кон- тактами, без дополнительных контактов; 7. по наибольшей частоте включений в час в повторно- кратковременном режиме работы контакторы делят на классы 0,3; 1; 3; 10; 30, что соответствует частоте 30; 120; 300; 1200; 3600 включений в час; 8. по коммутационной способности контакторов, которая определяется и регламентируется условиями работы, обусловливаемыми, прежде всего, характером коммутируемой нагрузки. В зависимости от коммутационной способности контакторы делят на категории применения (табл. 3.1). Основные технические характеристики контакторов: номинальный ток главных контактов, предельный отключаемый ток, номинальное напряже- ние коммутируемой цепи, механическая и коммутационная износостой- кость, допустимое число включений в час, собственное время включения и отключения. Примеры конструктивного исполнения контакторов показаны на рисунках 3.1 3.3. 4 Таблица 3.1 Категории применения контакторов Контакторы переменного тока АС–1 активная и малоиндуктивная нагрузка АС–2 пуск электродвигателей с фазным ротором, торможение противовключением АС–3 пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вра- щающихся двигателей при номинальной нагрузке АС–4 пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей, торможение противовключением Контакторы постоянного тока ДС–1 активная и малоиндуктивная нагрузка ДС–2 пуск электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения ДС–3 пуск электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуждени- ем и их отключение при неподвижном состоянии или медленном вращении ротора ДС–4 пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения ДС–5 пуск электродвигателей с последовательным возбуждением, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение про- тивовключением Рис. 3.1. Контактор постоянного тока серии КПВ 600 Номинальным током контактора называют ток, который можно про- пускать по замкнутым главным контактам в течение восьми часов без коммутаций, при этом превышение температуры частей контактора не должно быть больше допустимого. В продолжительном режиме работы, когда время нахождения контактора во включенном состоянии превышает восемь часов, допустимый ток снижают примерно на 20%. Номинальный ток контакторов, расположенных в шкафах, снижают примерно на 10%. 5 а) б) Рис. 3.2. Контакторы переменного тока: а) серии КТ7000, б) серии КМИ Рис. 3.3. Контакторы переменного тока фирмы «ABB» Номинальным напряжением контактора называют наибольшее напряжение коммутируемой цепи, на работу с которым рассчитан контак- тор. Механическая износостойкость контактора определяется числом циклов замыкания-размыкания контактов контактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи главных контактов при этом равен нулю. Механическая износостойкость современных контакторов составляет (10..20)10 6 циклов. Коммутационная износостойкость определяется числом включений- отключений цепи с током, после которого требуется замена контактов. 6 Коммутационная износостойкость современных контакторов — около (2..3)10 6 циклов. Собственное время включения контактора — это время с момента подачи команды на включение до момента замыкания главных контактов. Собственное время отключения — время с момента обесточивания электромагнита контактора до момента размыкания его главных контак- тов. Время включения и отключения мощных контакторов, катушки кото- рых питаются постоянным током, составляет несколько сот миллисекунд. Для контакторов с электромагнитом переменного тока собственное время включения и выключения составляет несколько десятков миллисекунд. Важным параметром контактора является коэффициент возврата: 𝑘 в = 𝑈 отп 𝑈 ср Для катушек контакторов постоянного тока коэффициент возврата со- ставляет примерно 0,2–0,3, что не позволяет использовать контактор для защиты нагрузки от понижения напряжения питания, коэффициент возвра- та при питании катушки контактора переменным током несколько выше и составляет 0,6–0,7, что позволяет реализовать такую защиту. Основные части контактора: система главных контактов, дугогаситель- ная, электромагнитная системы и вспомогательные контакты. При подаче напряжения на обмотку электромагнита контактора его якорь притягивается к сердечнику. Подвижный контакт, связанный с яко- рем электромагнита, замыкает или размыкает главную цепь. Отключение контактора происходит после обесточивания обмотки электромагнита под действием возвратной пружины и собственного веса контактной системы. Дугогасительное устройство предназначено для быстрого гашения дуги, что уменьшает износ контактов. Вспомогательные контакты служат для согласования работы контактора с другими устройствами. Магнитный пускатель — комплектное устройство, предназначенное для дистанционного управления электродвигателями переменного тока малой и средней мощности. Иногда пускатели используют для коммутации других электроустановок, требующих дистанционного управления. Внеш- ний вид некоторых пускателей показан на рисунках 3.4, 3.5. Пускатель, позволяющий изменять направление вращения двигателя путем изменения последовательности фаз, называется реверсивным. В со- став магнитного пускателя обычно входят один или два контактора, кно- почный пост, тепловые реле. Контакторы служат для коммутации силовых цепей, тепловые реле осуществляют защиту двигателя от длительных токовых перегрузок, кноп- ки предназначены для управления работой пускателя. Реверсивный пуска- тель должен содержать два однотипных контактора, при этом должна быть предусмотрена блокировка одновременного включения двух контакторов. 7 а) б) Рис. 3.4. Магнитные пускатели: а) серии ПМЛ б) фирмы «Moeller» Рис. 3.5. Магнитные пускатели серии ПМ В пускателях используются контакторы категорий применения АС–2 и АС–3. Пускатели выпускаются на номинальные токи от 10 до 630 А, но- минальные напряжения 380 и 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц, на напряжение цепи управления 24–440 В. Схемы включения нереверсивного и реверсивного пускателей приведе- ны на рисунках 3.6, 3.7.Катушка контактора КМ подключается к сети через контакты кнопок управления «ПУСК» и «СТОП» и через контакты тепло- вых реле. 8 Рис. 3.6. Схема включения нереверсивного пускателя Рис. 3.7. Схема включения реверсивного пускателя KM QF1 KK1 «ПУСК» М KM4 KM1 KM2 KM3 KK1 KK2 KK2 «СТОП» A B C QF1 KK1 «ПУСК ВП» М KM1.4 KM1 KM2 KK1 KK2 «СТОП» A B C «ПУСК НЗ» KM2.4 KK2 KM2.5 KM1.5 KM1.1 KM1.2 KM1.3 KM2.1 KM2.2 KM2.3 9 При нажатии кнопки «ПУСК» на катушку контактора подается напря- жение, контактор включается и замыкает свои главные контакты КМ1– КМ3 в цепях фаз двигателя. Вспомогательный контакт КМ4 контактора также замыкается, шунтируя кнопку «ПУСК», которую после этого можно отпустить. Такая схема включения контакта КМ4 позволяет исключить са- мозапуск двигателя, например, в случае появления напряжения сети после его аварийного пропадания или в случае возврата контактов КК1, КК2 в замкнутое состояние после срабатывания тепловых реле. При нажатии кнопки «СТОП» обмотка контактора КМ обесточивается, контакты КМ1–КМ4 размыкаются, и двигатель останавливается. На схеме пускателя в двух фазах двигателя включены нагревательные элементы тепловых реле КК1 и КК2. При токовой перегрузке тепловые ре- ле срабатывают и разрывают цепь катушки контактора. В процессе эксплу- атации асинхронных двигателей довольно часто происходит обрыв фазы, например, при перегорании предохранителя в цепи одной из фаз. Ток в обмотках оставшихся в работе фаз статора при этом возрастает, что приво- дит к их перегреву и выходу двигателя из строя. Следует отметить, что тепловые реле не способны защитить двигатель от токов короткого замы- кания. В приведенной схеме защиту от сверхтоков обеспечивает автомати- ческий выключатель QF1. Реверсивный пускатель оснащается двумя контакторами, что позволяет осуществлять изменение чередования фаз питающего двигатель напряже- ния, тем самым меняя направление вращения магнитного поля статора и, следовательно, направление вращения ротора двигателя. Схема включения катушек управления контакторов имеет две симметричные ветви, каждая из которых в основном подобна схеме включения контактора в неревер- сивном пускателе. При нажатии кнопки «ПУСК ВП» через катушку кон- тактора КМ1 начинает протекать ток. Замыкаются силовые контакты КМ1.1–КМ1.3 в цепях обмоток двигателя, включая его на прямое чередо- вание фаз. Замыкается вспомогательный контакт КМ1.4, обеспечивающий самоподхват контактора, нормально замкнутый контакт КМ1.5 в цепи ка- тушки контактора КМ2 размыкается, тем самым блокируя включение кон- тактора КМ2 при включенном КМ1. Одновременное включение обоих кон- такторов приведет к одновременному замыканию контактов КМ1.1–КМ1.3, КМ2.1–КМ2.3, что создаст межфазное короткое замыкание. В некоторых пускателях дополнительно предусмотрена механическая блокировка кно- пок «ПУСК ВП», «ПУСК НЗ», не позволяющая нажать их одновременно. Для смены направления вращения двигателя необходимо нажать кноп- ку «СТОП», при этом обмотка контактора КМ1 обесточится, контакты КМ1.1–КМ1.3 разомкнутся, дополнительный контакт КМ1.4 также разо- мкнется, контакт КМ1.5 вернется в замкнутое состояние. Нажатие кнопки «ПУСК НЗ» приведет к запуску двигателя в обратном направлении. 10 Описание исследуемых в работе устройств Магнитный пускатель ПМЛ 1100 предназначен для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети и остановки трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Внешний вид ис- следуемого пускателя показан на рисунке 3.8, Основные технические ха- рактеристики приведены в таблице 3.2. Рис. 3.8. Магнитный пускатель ПМЛ 1100 Таблица 3.2 Технические характеристики магнитного пускателя ПМЛ 1100 Номинальное напряжение, В 220 Номинальное напряжение цепи управления, В 24 Номинальный ток, А 10 Количество силовых контактов замыкающих 3 размыкающих 0 Количество сигнальных контактов замыкающих 1 размыкающих 0 Диапазон рабочих температур, С –40..+55 Масса, кг, не более 0,32 Тепловое реле РТТ5–10 07 предназначено преимущественно для за- щиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от токовых перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе, возникающих при выпадении одной из фаз. Конструктивное испол- нение реле показано на рисунке 3.9, основные технические характеристики приведены в таблице 3.3. Реле применяется в качестве комплектующего изделия в схемах управления электроприводами, в цепях переменного тока 11 с напряжением до 660 В частотой 50 или 60 Гц, в цепях постоянного тока с напряжением до 440 В. Реле могут устанавливаться на пускатели типа ПМ12–010 втычным способом, либо индивидуально с помощью клеммни- ка типа КР5–10. Индивидуально реле устанавливаются как на металличе- ских, так и на изоляционных плитах, а также на станциях управления ре- ечного типа. Крепление производится с помощью винтов либо безвинто- вым способом. Допускается встройка реле в оболочку пускателя или ком- плектного устройства. Рабочее положение реле в пространстве — на вер- тикальной плоскости, регулятором тока несрабатывания вперед, крышкой вверх. Допускается отклонение от рабочего положения до 15° в любую сторону. Рис. 3.9. Тепловое реле РТТ5-10 Таблица 3.3 Технические характеристики теплового реле РТТ5–10 07 Номинальный ток контактов, А 10 Число полюсов 3 Потребляемая мощность одним полюсом реле — не бо- лее, Вт 1,75 Несменные нагревательные элементы + Номинальный ток теплового элемента, А 0,5 Диапазон регулирования тока несрабатывания, А 0,42..0,5..0,58 Температурный компенсатор + Регулятор установки тока несрабатывания + Кнопка ручного возврата + Количество контактов 1 размыкающий или 1 переключающий контакт Используемое оборудование: модуль «Магнитный пускатель»; модуль «Секундомер, индикация и нагрузка»; модуль «Реле тока и тепловое реле» «Модуль питания»; «Модуль измерительный»; 12 модуль «Командоаппараты и датчики» соединительные проводники. 3.3. Экспериментальные исследования Исследование работы контактора переменного тока 1. Изучить теоретический материал, необходимый для выполнения ла- бораторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у пре- подавателя допуск к проведению лабораторной работы. 2. Собрать схему для исследования контактора магнитного пускателя ПМЛ1100 24 (рис. 3.10). Монтаж схемы производить при отключенном питании. Рис. 3.10. Схема электрическая принципиальная для исследования работы контактора переменного тока 3. Установить выходное напряжение ЛАТР на 0, повернув его регули- ровочную ручку против часовой стрелки до упора, подать питание на схе- му лабораторного стенда, включив автоматический выключатель QF1. 4. Контролируя показания приборов, увеличивать напряжение на выхо- де автотрансформатора. Измерить ток и напряжение срабатывания контак- тора, зафиксировать величину резко изменившегося при срабатывании то- ка. Срабатывание контактора наблюдать по светодиодам в фазах виртуаль- ного АД. 5. Затем довести напряжение до номинальной величины 24 В и вновь замерить ток в катушке. 6. Уменьшать напряжение до момента отпускания якоря. Зафиксиро- вать величину тока и напряжения в этот момент. Во избежание перегрева катушки контактора не допускать его длительной работы с невтянутым якорем, кроме того, необходимо делать паузы между экспериментами. Провести эксперимент не менее пяти раз. Результаты занести в таблицу 3.2. A PA3 K1 24 B V PV1 K1.1 K1.2 K1.3 М 13 Таблица 3.2 Таблица токов и напряжений срабатывания и отпускания якоря № опыта 1 2 3 4 5 U ср , B I ср , A U ном , B I ном , A U отп , B I отп , A К В (U) К З (U) К В (I) К З (I) 7. Рассчитать коэффициент возврата и коэффициент запаса контактора (смотри лабораторную работу №1 — «Исследование электромагнитных реле»). Объясните причину резкого уменьшения тока в катушке контактора при притяжении якоря его электромагнита. Возможна ли организация минимальной защиты по напряжению с использованием исследуемого контактора? Почему при работе с невтянутым якорем контактор по- требляет повышенный ток? Исследование работы магнитного пускателя 8. Собрать схему для исследования магнитного пускателя типа ПМЛ110024В (рис. 3.11). Монтаж схемы производить при отключен- ном питании. Рис. 3.11. Схема электрическая принципиальная для исследования работы магнитного пускателя K1.4 24 B K1.1 K1.2 K1.3 М A PA3 SB3 SB1 K1 A B C 14 9. Установить номинальное значение U МП (24 В), вращая рукоятку- шкалу ЛАТРа по часовой стрелке. Кнопками «Пуск» и «Стоп», попере- менно запускать и останавливать виртуальный двигатель. Изменится ли работа схемы, если исключить из нее контакт К1.4? Убедитесь, что контакт К1.4 исключает самозапуск двигателя. Примечание: в отчете по лабораторной работе в дополнение к экспе- риментальным схемам необходимо привести схему включения реверсивно- го пускателя. Изучение работы теплового реле 10. Собрать схему для исследования теплового реле (рис. 3.12). Устано- вить рукоятку ЛАТРа в крайнее левое положение, установить регулятор на передней панели теплового реле в среднее положение, подать питание ав- томатическим выключателем QF1. Включить схему выключателем QF2 и, увеличивая напряжение рукояткой ЛАТРа, установить ток через нагрева- тельный элемент КК1 теплового реле равным 0,6 А. Выключить QF2 и до- ждаться охлаждения нагревательного элемента (1–1,5 мин). Включить се- кундомер на режим «Автомат», включить QF2. 11. После срабатывания теплового реле обесточить схему, выключив QF2, записать в таблицу 3.3 показания секундомера. После охлаждения реле перевести его в исходное состояние, нажав флажок на передней пане- ли. 12. Повторить эксперимент для других токов нагревательного элемента. Между экспериментами необходимо делать паузы (1,5–2 мин) для охла- ждения реле. По результатам эксперимента построить времятоковую ха- рактеристику реле. Объясните вид времятоковой характеристики. Как правильно согласо- вать времятоковые характеристики теплового реле и защищаемого дви- гателя? Рис. 3.12. Схема электрическая принципиальная для исследования работы теплового реле 15 Таблица 3.3 Времятоковая характеристика теплового реле № опыта 1 2 3 4 5 I ср , А t, c 13. После оформления черновика и проверки результатов преподавате- лем необходимо разобрать схему, представить стенд в полной комплектно- сти и исправности преподавателю или лаборанту. 3.4. Контрольные вопросы 1. Дайте определение контактора, и укажите его назначение. 2. Перечислите основные элементы контактора, пояснить их назначе- ние. 3. Объяснить характер изменения тока в обмотке электромагнита кон- тактора при включении. 4. Дайте определение механической и коммутационной износостойко- сти. 5. Дайте определение магнитного пускателя, поясните его конструк- цию, укажите назначение. 6. Объясните принцип действия электромагнитного пускателя. 7. Перечислите виды блокировок реверсивных пускателей. 8. Зачем осуществляется самоподхват пускателя? 9. Как отразится на работе контактора электромагнитного пускателя обрыв короткозамкнутого витка? 10. От каких ненормальных режимов электромагнитный пускатель за- щищает нагрузку? |