Монтаж и наладка электрооборудования предприятий и гражданских с. Методические указания к выполнению лабораторных работ Челябинск 2020 Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

• Название: Методические указания к выполнению лабораторных работ Челябинск 2020 Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
• Дата: 03.12.2021
• Размер: 1.54 Mb.
• Имя файла: Монтаж и наладка электрооборудования предприятий и гражданских с.docx
• Тип: Методические указания; #290008
• страница: 6 из 8

Лабораторная работа №10

Тепловая защита асинхронного электродвигателя переменного тока

Теоретическая часть

Правильный выбор и настройка защиты электродвигателей позволяют продлить ресурс их работы, обеспечить безаварийную работу и повысить их надежность в эксплуатации. Однако применение защиты удорожает электро­двигатель, поэтому выбор типа и количества защит определяется не только технической, но и экономической целесообразностью их установки. Преду­сматриваются следующие виды защиты электродвигателей напряжением до 1000 В:

• 
  защита от многофазных коротких замыканий и от минимального напря­жения, а в сетях с глухозаземленной нейтралью - дополнительно от однофаз­ных замыканий для электродвигателей переменного тока;
  
• 
  защита от коротких замыканий и от недопустимого повышения частоты вращения для электродвигателей постоянного тока;
  
• 
  защита от перегрузки для всех электродвигателей;
  
• 
  защита от асинхронного режима для синхронных двигателей.
  

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий должны приме­няться предохранители или автоматические выключатели.

Защита от перегрузки должна устанавливаться в случаях, когда возможна перегрузка механизма по технологическим причинам, а также при тяжелых ус­ловиях пуска и для ограничения длительности пуска при пониженном напря­жении. Защита должна выполняться с выдержкой времени и может быть осу­ществлена тепловым реле. Защита должна действовать на отключение, или на сигнал, или на разгрузку, если последняя возможна.

Для электродвигателей с повторно - кратковременным режимом работы применение этой защиты не требуется.

Термочувствительные защитные устройства относятся к встраиваемой те­пловой защите электродвигателя. Располагаются в специально предусмотрен­ных для этой цели гнездах в лобовых частях электродвигателя (защита от за­клинивания ротора) или в обмотках электродвигателя (тепловая защита). Тер­мочувствительные защитные устройства можно разделить на два типа: терми­сторы — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры, и термостаты — биметаллические выключатели, срабатывающие при достижении некоторой критической температуры.

Термисторы в основном делятся на два класса: РТС-тппа — полупровод­никовые резисторы с положительным температурным коэффициентом сопро­тивления и АТС-типа — полупроводниковые резисторы с отрицательным тем­пературным коэффициентом сопротивления. Для защиты электродвигателей используются в основном РТС-термисторы (позисторы), обладающие свойст­вом резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута некоторая харак­теристическая температура.

Применительно к электродвигателю это макси­мально допустимая температура нагрева обмоток статора для данного класса изоляции. Три (для двухобмоточных электродвигателей — шесть) РТС- термистора соединены последовательно и подключены к входу электронного блока защиты. Блок настроен таким образом, что при превышении суммарного сопротивления цепочки срабатывает контакт выходного реле, управляющий расцепителем автомата или катушкой магнитного пускателя. Термисторная за­щита предпочтительней в тех случаях, когда по току невозможно определить с достаточной точностью температуру электродвигателя. Это касается, прежде всего, электродвигателей с продолжительным периодом запуска, частыми опе­рациями включения и отключения (повторно-кратковременным режимом) или электродвигателей с регулируемым числом оборотов (при помощи преобразо­вателей частоты). Термисторная защита эффективна также при сильном загряз­нении электродвигателей или выходе из строя системы принудительного охла­ждения.

Недостатком данного вида защиты является то, что с датчиками выпуска­ются далеко не все типы электродвигателей. Это особенно касается электродви­гателей отечественного производства. Датчики могут устанавливаться только в условиях стационарных мастерских. Температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации самого электродвигателя. Такой вид защиты требует наличия специального электронного блока: термисторного устройства защиты электродвигателей, теплового или электронного реле перегрузки, в которых на­ходятся блоки настройки и регулировки, а также выходные электромагнитные реле, служащие для отключения катушки пускателя или электромагнитного расцепителя.

Для более оперативного реагирования на сверхнормативные повышения температуры обмотки статора в корпус электродвигателя встраивают биметал­лические выключатели (термостаты).

Термостаты - их иногда еще называют реле температуры - представляют собой биметаллические регуляторы, работающие по принципу температурной отсечки. Принцип работы термостата основан на температурной деформации металла с различным коэффициентом теплового расширения. Состоят из не­подвижной контактной пластины, закрепленной в корпусе, биметаллической мембраны, изгибающейся в зависимости от температуры, и подвижной кон­тактной группы, прикрепленной к ней стержнем. Для защиты электродвигате­лей обычно используются три (по одному на каждую обмотку) нормально замкнутых термостата, включенных последовательно и непосредственно к схе­ме управления электродвигателем. При превышении критической температуры обмотки они мгновенно разрывают свою цепь, что приводит к отключению электродвигателя.

Большинство из описанных защитных устройств, работающих по принци­пу измерения прямого или косвенного теплового действия тока, очень плохо реагируют на аварии, связанные с авариями сетевого напряжения. Для защиты от такого вида аварий используют реле напряжения и контроля фаз.

Используемое оборудование:

» асинхронный электродвигатель переменного тока с присоединительной панелью (рис. 10.1);

• 
  лабораторный модуль «Секундомер. Трансформатор напряжения»;
  
• 
  лабораторный модуль «Модуль измерительный»;
  
• 
  лабораторный модуль «Автотрансформатор»;
  
• 
  лабораторный модуль «Ваттметр»;
  
• 
  соединительные проводники.
  

Рис. 10.1. Внешний вид электродви­гателя с присоединительной панелью
Порядок выполнения лабораторной работы

1. 
   Изучить теоретический материал необходимый для выполнения лабо­раторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавате­ля допуск к проведению лабораторной работы.
   
2. 
   Согласно рис. 10.2 выполнить электрические соединения модулей для изучения тепловой защиты асинхронного электродвигателя. Монтаж схемы производить при отключенном питании.
   

РАЗ - амперметр переменного тока с пределом 5 А модуля «Модуль из­мерительный» (измеряет среднее значение переменного тока Д_р, значение сред­неквадратичного переменного тока /_{ср кв} рассчитывается по следующей форму­ле: /_сркв = 1,11/_ср), P^l- вольтметр с пределом 250 В модуля «Модуль измери­тельный», ТИ - автотрансформатор модуля «Автотрансформатор», QF\ - ав­томатический выключатель модуля «Автотрансформатор», QF2 - автоматиче­ский выключатель модуля «Секундомер. Трансформатор напряжения».



Рис. 10.2 Схема электрическая для изучения тепловой защиты электродвигателя

3. 
   После проверки правильности соединений схемы преподавателем или лаборантом, включить автоматический выключатель и выключатель дифферен­циального тока «Сеть» модуля «Ваттметр». Увеличивая выходное напряжение автотрансформатора контролировать ток нагрузки амперметром РАЗ (ус­тановить на уровне 1,4 А). Дождаться срабатывания тепловой защиты. Через 5 минут повторить опыт. Время, за которое сработает автоматический выключа­тель, измерять секундомером модуля «Секундомер. Трансформатор напряже­ния». Результаты заносить в табл. 10.1.
   

Примечание: при изучении подключить электродвигатель без пус­кового конденсатора.

Таблица 10.1

№ опыта	Время срабатывания защиты, сек.
1
2
3
4

4. 
   После оформления отчета и проверки результатов преподавателем не­обходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправ­ности преподавателю или лаборанту, сделать вывод.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Укажите основные виды защит электродвигателей.
   
2. 
   Укажите, в каких случаях применяется защита от перегрузки?
   
3. 
   Опишите принцип работы тепловой защиты, приведите её недостатки.
   
4. 
   Приведите основные виды устройств тепловой защиты.
   

Лабораторная работа №11

Изучение схемы конденсаторного пуска трехфазного асинхронного электродвигателя переменного тока

Теоретическая часть

Необходимость работы трехфазных двигателей по схеме однофазного включения возникает при использовании строительного оборудования на тех объектах стройплощадок, где имеются однофазные электрические сети.

Ценным свойством таких двигателей является высокий коэффициент мощности. Но они обладают существенным недостатком: при прямом включе­нии в однофазную сеть у них отсутствует пусковой момент. Если слабонагру- женные двигатели малой мощности можно пустить в ход и «от руки», то этот способ неприменим для более мощных электроприводов. Поэтому задача пуска трехфазного двигателя от однофазной сети имеет первостепенное значение.

На рис. 11.1 изображена схема электрическая принципиальная конденса­торного пуска трехфазного электродвигателя, подключенного по схеме «тре­угольник».

Емкость пускового конденсатора Сп выбирают в 2..2,5 раза больше емко­сти рабочего конденсатора. Эти конденсаторы должны быть рассчитаны на на­пряжение в 1,5 раза больше напряжения сети. Для сети 220 В лучше использо­вать конденсаторы типа МБГО, МБПГ, МБГЧ с рабочим напряжением 500 В и выше. При условии кратковременного включения в качестве пусковых конден­саторов можно использовать и электролитические конденсаторы типа К50-3, ЭГЦ-М, КЭ-2 с рабочим напряжением не менее 450 В.

Рис. 11.1. Схема электрическая конден­саторного пуска асинхронного электро­двигателя

Ср - рабочий конденсатор;

Сп- пусковой конденсатор.

Емкость рабочего конденсатора Ср, в случае соединения обмоток двига­теля в "треугольник", определяется по формуле:

U

С_Р = 4800-— [мкф],

*ном

где /_ном - номинальный ток электродвигателя ток, A; U- напряжение в сети, В.

Емкость рабочего конденсатора Ср, в случае соединения обмоток двига­теля в "звезду", определяется по формуле:

U

С_Р = 2800-— [мкф].

*ном

Также емкости рабочего и пускового конденсаторов можно определить ис­пользуя табл. 11.1.

Таблица 11.1

Мощность трехфазного двигателя, кВт	0,4	0,6	0,8	1,1	1,5	2,2
Минимальная емкость рабочего конденсатора Ср, мкФ	40	60	80	100	150	230
Минимальная емкость пускового конденсатора Сп, мкФ	80	120	160	200	250	300

Следует отметить, что у электродвигателя с конденсаторным пуском в ре­жиме холостого хода по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток на 20...30 % превышающий номинальный. В связи с этим, если двигатель часто используется в недогруженном режиме или вхолостую, то в этом случае ем­кость конденсатора С_Р следует уменьшить. Может случиться, что во время пе­регрузки электродвигатель остановился, тогда для его запуска снова подклю­чают пусковой конденсатор, отключив нагрузку или снизив ее до минимума.

Емкость пускового конденсатора С_п можно уменьшить при пуске электро­двигателей на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. Для включения, на­пример, электродвигателя АО2 мощностью 2,2 кВт на 1420 об/мин можно ис­пользовать рабочий конденсатор емкостью 230 мкФ, а пусковой - 150 мкФ. В этом случае электродвигатель уверенно запускается при небольшой нагрузке на валу.

Используемое оборудование:

• 
  асинхронный электродвигатель переменного тока с присоединительной панелью;
  
• 
  лабораторный модуль «Секундомер. Трансформатор напряжения»;
  
• 
  лабораторный модуль «Устройство защитного отключения. Нагрузка»;
  
• 
  лабораторный модуль «Ваттметр»;
  
• 
  лабораторный модуль «Автотрансформатор»;
  
• 
  соединительные проводники.
  

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Изучить теоретический материал необходимый для выполнения лабо­раторной работы. Ответить на контрольные вопросы и получить у преподавате­ля допуск к проведению лабораторной работы.

2.Согласно рис. 11.2 выполнить электрические соединения модулей для изучения схемы конденсаторного пуска асинхронного электродвигателя. Мон­таж схемы производить при отключенном питании.

РП - вольтметр с пределом 250 В модуля «Модуль измерительный», С1 и С2 — конденсаторы модуля «Устройство защитного отключения. Нагрузка», ТИ - автотрансформатор модуля «Автотрансформатор», QF1 - автоматиче­ский выключатель модуля «Автотрансформатор». QF1 — автоматический вы­ключатель модуля «Секундомер. Трансформатор напряжения».

После проверки правильности соединений схемы преподавателем или ла­борантом, включить автоматический выключатель и выключатель дифференци­ального тока «Сеть» модуля «Ваттметр».


Рис. 11.2. Схема электрическая для изучения схемы конденсаторного пуска электро­двигателя переменного тока
Включить автоматический выключатель QF\ модуля «Автотрансформа­тор». Установить значение выходного напряжения автотрансформатора Utv\ ⁼ 220 В. Включить автоматический выключатель QF1 модуля «Секундо­мер. Трансформатор напряжения» и убедиться в запуске электродвигателя. Оnключить автоматический выключатель QF\ модуля «Секундомер. Трансформа­тор напряжения», отсоединить конденсаторы С1 и С2. Включить автоматиче­ский выключатель QF1 не более чем на 3...5 с, убедиться в том, что электро­двигатель не запускается.

3.После оформления отчета и проверки результатов преподавателем не­обходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправ­ности преподавателю или лаборанту, сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. 
   Приведите схему подключения трехфазного электродвигателя к одно­фазной сети.
   
2. 
   Опишите способ включения трехфазного электродвигателя в однофаз­ную сеть.
   
3. 
   Как меняются режимы работы асинхронного трехфазного электродви­гателя при включении в однофазную сеть?
   

Лабораторная работа №12
Методы поиска и устранения неисправностей трехфазного асинхронного электродвигателя переменного тока

Теоретическая часть

Электродвигатели широко применяются во всех областях человеческой деятельности. Неисправности в работе электродвигателей, которые не могут быть вовремя устранены, становятся причиной серьезных аварий на производ­стве и в быту, поэтому очень важно обучить учащихся методам поиска неис­правностей и их устранения при работе с трехфазными асинхронными электро­двигателями переменного тока. Необходимость в быстрейшем устранении по­вреждений обусловливается также и тем, что работа электродвигателя, имею­щего небольшую неисправность, может привести к развитию неисправности и необходимости более сложного ремонта.

Наиболее распространенными неисправностями электрической части яв­ляются короткие замыкания внутри обмоток электродвигателя и между ними, замыкания обмоток на корпус, а также обрывы в обмотках или во внешней це­пи (питающие провода и пусковая аппаратура), В результате указанных неис­правностей может иметь место отсутствие возможности запускать электродви­гатель; опасный нагрев его обмоток; ненормальная скорость вращения электро­двигателя; ненормальный шум (гудение и стук); неравенство токов в отдельных фазах.

Из причин механического характера, вызывающих нарушение нормаль­ной работы электродвигателей, чаще всего наблюдаются неисправности в рабо­те подшипников. Проявляется это в перегреве подшипников, вытекании из них смазки, а также в появлении ненормального шума.

Ниже приведено краткое описание некоторых неисправностей в электро­двигателях и возможные причины их возникновения.

Включить электродвигатель не удается также из-за короткого замыкания в цепи статора. Обнаружить короткозамкнутую фазу можно на ощупь по по­вышенному нагреву обмотки, отключив предварительно электродвигатель от сети. Иногда место короткого замыкания можно обнаружить по внешнему виду обуглившейся изоляции. Короткозамкнутую фазу можно найти также измере­нием. Если фазы статора соединены в звезду, то измеряют величины токов, по­требляемых из сети отдельными фазами. Фаза, имеющая короткозамкнутые витки, будет потреблять ток больший, чем неповрежденные фазы. При соеди­нении отдельных фаз в треугольник токи в двух проводах, подключенных к де­фектной фазе, будут иметь большие значения, чем в третьем, который соедин

ется только с неповрежденными фазами. При поиске неисправности электро­двигателя используют пониженное напряжение.

Причиной неисправности электродвигателя может быть обрыв в одной или двух фазах цепи питания. Для определения места обрыва сначала произво­дят внешний осмотр всех элементов цепи, питающей электродвигатель. При осмотре проверяют целостность предохранителей. Если при внешнем осмотре обнаружить обрыв фазы не удается, то выполняют следующие измерения, фа­зу, в которой имеется обрыв, определяют при помощи мегаомметра, для чего статор предварительно отключают от питающей сети. Если обмотки статора со­единены в звезду, то один щуп мегаомметра соединяют с нулевой точкой звез­ды, после чего вторым щупом мегаомметра касаются поочередно других выво­дов обмотки. Присоединение мегаомметра к выводу исправной фазы даст нуле­вое показание. Наоборот, присоединение мегаомметра к фазе, имеющей обрыв, покажет большое сопротивление цепи, т. е. наличие в ней обрыва. Если нулевая точка звезды недоступна, то двумя щупами мегаомметра касаются попарно всех выводов статора. Прикосновение мегаомметра к выводам исправных фаз пока­жет нулевое значение. При прикосновении щупами мегаомметра к двум фазам, из которых одна является дефектной, мегаомметр покажет большое сопротив­ление, т. е. обрыв в одной из этих фаз. В случае соединения обмоток статора в треугольник необходимо разъединить обмотки, после чего проверить целость каждой фазы в отдельности.

Фаза, имеющая обрыв, может быть иногда обнаружена на ощупь, по­скольку она остается холодной. Если обрыв произойдет в одной из фаз статора во время работы электродвигателя, он будет продолжать работать, но начнет гудеть сильнее, чем в нормальных условиях. Отыскание поврежденной фазы производится так, как это указано выше. Обнаружив фазу, имеющую обрыв, вольтметром со щупами определяют в ней место обрыва. Присоединив повреж­денную обмотку к источнику напряжения, производят последовательную про­верку целостности катушечных групп. Для этого щупами прокалывают изоля­цию на выводах каждой группы и смотрят показания вольтметра. При проверке исправной группы вольтметр покажет напряжение, равное нулю, а при провер­ке поврежденной - полное напряжение источника. После того как катушечная группа, имеющая обрыв, будет найдена, изоляция в местах прокола должна быть восстановлена. При работе асинхронного электродвигателя происходит сильный нагрев обмоток статора. Такое явление, сопровождаемое сильным гу­дением электродвигателя, наблюдается при коротком замыкании в какой-либо обмотке статора, а также при двойном замыкании обмотки статора на корпус. Работающий асинхронный электродвигатель начал гудеть. При этом его ско­рость и мощность снижаются. Причиной нарушения режима работы электро­двигателя является обрыв одной фазы.

При работе электродвигателя наблюдается повышенный нагрев подшип­ников. Одной из причин указанного явления может быть недостаточное или лишнее количество смазки в подшипнике, что определяется проверкой уровня смазки. Повышенный нагрев подшипника может быть также вызван загрязне­нием смазки или применением смазки несоответствующих марок. В том и дру- 56
гом случае смазку заменяют, промыв предварительно подшипник бензином. Причиной повышенного нагрева подшипника может быть недостаточная вели­чина зазора между шейкой вала и вкладышем подшипника. При пуске или во время работы электродвигателя из зазора между ротором и статором появляют­ся искры и дым. Возможной причиной этого явления может быть то, что ротор касается статора. Такое явление наблюдается при значительном износе под­шипников.

При работе электродвигателя наблюдается усиленная вибрация. Усилен­ная вибрация может обусловливаться рядом причин. Может сказываться, на­пример, недостаточная прочность крепления электродвигателя на фундамент­ной плите. Если вибрация сопровождается перегревом подшипника, это указы­вает на наличие осевого давления на подшипник.

Присоединение электродвигателя производится к группе гнезд «к элек­тродвигателю» модуля «Имитатор неисправностей АД». На группу гнезд «кон­троль обмоток» выведены выводы обмоток электродвигателя. К гнездам «кон­троль обмоток» подключается мультиметр или омметр для поиска неисправно­стей.

Для выбора типа неисправности имитатор имеет запирающуюся панель с переключателями. При проведении занятий с учащимися преподаватель может поставить им индивидуальные экспериментальные задачи по поиску причины неисправности электродвигателей, включая или выключая соответствующие переключатели на панели.

Имитатор имеет простую конструкцию и удобен в использовании.

Неисправности электрических машин подразделяют на механические и электрические.

В данной лабораторной работе рассматриваются неисправности электри­ческой части электродвигателя. К ним относятся: обрыв проводников в обмот­ках статора или ротора, замыкание между витками обмоток, короткое замыка­ние на корпус, короткое замыкание между фазами и др.