|
|
ИНФ11. Электромеханические системы. Лабораторные работы. Методические указания по лабораторным работам Электромеханические системы Набережные Челны 2013 содержание введение 4
Лабораторная работа 1
«Изучение аппаратуры управления и защиты, простейших схем управления электропривода»
Продолжительность работы 2 часа
1. Цель
Изучение структуры и состава электропривода, принципа действия контактных электрических аппаратов ручного и автоматического управления, простейших схем управления приводом с использованием электрических аппаратов.
2. Объект исследования
Объектом исследования является электропривод переменного тока, содержащий электромеханический преобразователь и схему управления. В качестве электромеханического преобразователя используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, основные характеристики которого исследуются в лабораторной работе №5. Схема управления приводом выполнена на контактных электрических аппаратах, которые широко используются в полиграфической промышленности для построения простейших схем релейно-контакторного управления приводом.
Электрические аппараты управления и защиты делятся на две группы: аппараты ручного и автоматического управления.
Электрические аппараты ручного управления предназначены для достаточно редких включений и отключений привода. К аппаратам ручного управления относятся рубильники, пакетные выключатели, автоматические выключатели (автоматы), кнопки управления (командные аппараты). Рубильники, пакетные выключатели устанавливают в силовых цепях привода, они рассчитаны на переменное напряжение до 500 В и постоянное напряжение до 440 В и токи до 600А. Эти аппараты не имеют защиты от короткого замыкания и перегрузки.
Автоматические выключатели предназначены для ручного включения и отключения электрических цепей и автоматического отключения привода в аварийных ситуациях (при коротком замыкании или перегрузке). Они содержат устройство защиты - тепловой и электромагнитный расцепители. Тепловой расцепитель предохраняет привод от перегрузки, т.е. от длительного превышения тока I привода его номинального значения Iн. При I>Iн двигатель перегревается, при этом резко сокращается срок службы и возможно самовозгорание. Тепловая защита инерционная: время срабатывания теплового расцепителя обычно около 1 часа при I<1,1Iн, 30 минут при I<1,35Iн и 10 секунд при очень больших токах I>6Iн. Электромагнитный расцепитель предохраняет от коротких замыканий, при которых ток в 7..10 раз превышает номинальный. Время срабатывания электромагнитного расцепителя – сотые доли секунды.
Кнопки управления имеют замыкающий («Пуск») или размыкающие контакты («Стоп») и устанавливают в цепях управления аппаратами автоматического управления.
Контактные электрические аппараты автоматического управления двигателями — реле, контакторы, магнитные пускатели — позволяют осуществлять управление дистанционно, обычно при помощи кнопок. Это повышает производительность труда, улучшает условия работы, уменьшает вероятность несчастных случаев.
Для приведения в действие контактной системы аппараты автоматического управления снабжены электромагнитами. Электромагнит содержит катушку управления, размещенную на неподвижном магнитопроводе, и подвижный якорь, выполненный из магнитопроводящего материала. При подключении катушки управления на постоянное или переменное напряжение в магнитопроводе создается магнитный поток, возникает электромагнитная сила, которая притягивает якорь к магнитопроводу. С якорем механически связана подвижная контактная группа, и при движении якоря происходит замыкание части контактов (замыкающие контакты) и размыкание других контактов (размыкающие контакты).
Реле имеют контакты, рассчитанные на замыкание и размыкание цепей с током менее 5 А. Контакторы рассчитаны на коммутацию тока более 5 А (до 600А) и поэтому снабжены устройством искрогашения. Магнитные пускатели представляют собой разновидность контакторов, специально предназначенную для управления трехфазными асинхронными двигателями. Часто магнитный пускатель компонуется на общей панели вместе с тепловым реле, предназначенным для защиты двигателя от перегрузки.
На рис. 1.1 поясняется устройство и принцип действия магнитного пускателя с тепловым реле. Основными узами пускателя являются неподвижный стальной сердечник 1 с катушкой 2, подвижный стальной якорь 3, перемещающий пластмассовый шток 4 и медные контактные пластины 5, 6, 7, 8, укрепленные на штоке. Если по катушке ток не протекает, то возвратная пружина 9 оттягивает шток и якорь влево, и цепь статора двигателя М разомкнута. Когда в катушке имеется ток, сила тяги якоря превышает силу сопротивления пружины 9, контактные пластины замыкают свои цепи, и двигатель оказывается подключенным к сети.
Катушка 2 включена последовательно с кнопками «Стоп», «Пуск» и контактом 10 теплового реле, который нормально замкнут. При нажатии кнопки «Пуск» цепь оказывается замкнутой, якорь притягивается к сердечнику, контакты замыкаются и двигатель включается. Вспомогательный контакт 8 шунтирует кнопку «Пуск» и поэтому при ее отпускании двигатель продолжает работать.
Нажатие кнопки «Стоп» приводит к отключению двигателя. После отпускания этой кнопки двигатель остается отключенным, так как блок-контакт 8 разомкнулся. Таким образом, магнитный пускатель обеспечивает защиту людей и машины от самозапуска двигателя после перерыва в подаче электроэнергии. Это важно с точки зрения повышения безопасности.
Теперь рассмотрим устройство и работу теплового реле. Его основными элементами являются биметаллическая пластинка 11 и нагревательные элементы 12 и 13. Последние включены в цепи двух фаз обмотки статора двигателя. Верхний слой биметаллической пластинки выполнен из сплава инвар, имеющего малый температурный коэффициент расширения, а нижний слой — из латуни, имеющей значительный температурный коэффициент. Поэтому нагревание биметаллической пластинки приводит к ее изгибу правым концом вверх.
Если двигатель не перегружен и ток статора не превышает номинальной величины, нагревательные элементы 12 и 13 имеют невысокую температуру, тепловая энергия, передаваемая биметаллической пластинке, невелика и ее изгиб незначителен. Так как выделяемая нагревателями тепловая энергия пропорциональна квадрату протекающего по ним тока, то даже небольшая перегрузка двигателя приводит к существенному изгибу биметаллической пластинки. Тогда рычаг 14 под действием пружины 15 поворачивается против часовой стрелки и контакт 10 размыкается. Магнитный пускатель отключает двигатель от сети. После остывания нагревателей и биметаллической пластинки тепловое реле можно вернуть в исходное состояние нажатием кнопки возврата 16.
Рис.1.1. Устройство магнитного пускателя с тепловым реле
Рассмотрим наиболее характерные схемы управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором при помощи магнитных пускателей и реле.
Принципиальная электрическая схема показывает, каким образом нужно соединить между собой цепи электрических машин, аппаратов, приборов, и других элементов, чтобы получить требуемый алгоритм (закон) управления. Сами элементы изображают на схемах в виде условных графических обозначений в соответствии с действующими стандартами. Рядом с условным графическим обозначением помещается буквенно-цифровое обозначение. На принципиальных электрических схемах элементы одного и того же аппарата, машины или устройства можно располагать в различных местах схемы без учета их действительного конструктивного размещения.
Контакты всех аппаратов изображаются на схемах в «нормальном» положении, когда к ним не приложены электромагнитные и механические воздействия (например, кнопки или путевые выключатели не нажаты). Контакты могут быть замыкающими цепь (замыкающие контакты), или размыкающими цепь (размыкающие контакты).
В схемах часто используются реле времени, имеющие контакты, которые замыкаются или размыкаются с выдержкой времени. Условные графические обозначения контактов реле, а также обозначения других элементов контактных аппаратов управления даны в [1].
На рис. 1.2а представлена простейшая схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором при помощи магнитного пускателя. Эта схема полностью соответствует схеме на рис. 1.1, но выполнена при помощи условных графических обозначений. На рис. 1.2б показана схема для управления двигателем с трех постов. Кнопки «Пуск» включены параллельно, кнопки «Стоп» — последовательно.
В состав электропривода входит силовая часть и схема управления. Силовая часть содержит электродвигатель М, рубильник SA, провода, соединяющие двигатель с трехфазной сетью. В силовую цепь включены главные контакты КМ магнитного пускателя, предохранители с плавкими вставками FU и нагревательные элементы теплового реле К1. Цепь управления подсоединена на фазное напряжение между фазой С и нулевым проводом N. В ее состав входит обмотка магнитного пускателя КМ и его блок-контакт КМ, кнопки с сомовозвратом «Пуск» SB2, «Стоп» SB1и контакт К1 теплового реле.
Для пуска привода включают рубильник SA. При этом напряжение подается на схему управления и силовую часть. Так как главные контакты магнитного пускателя КМ в исходном положении разомкнуты, то двигатель при этом не подключен к сети. Для запуска двигателя нажимают кнопку «Пуск ».
При этом «собирается» цепь питания обмотки магнитного пускателя и КМ срабатывает. Главные контакты магнитного пускателя подключают двигатель к сети и он начинает вращаться. Блок-контакт магнитного пускателя шунтирует кнопку «Пуск» и ее можно отпустить. Для останова привода нажимают кнопку «Стоп». При этом размыкается цепь управления, обмотка магнитного пускателя обесточивается, его контакты возвращаются в исходное состояние и цепь питания двигателя отключается от сети.
Схема предусматривает защиту привода:
Схема предусматривает защиту привода:
от коротких замыканий с помощью плавких вставок FU,
от перегрузки с использованием теплового реле К1,
от значительного снижения напряжения – магнитный пускатель КМ при уменьшении напряжения срабатывает и размыкает главные контакты,
от повторного самопроизвольного запуска (после отключения питания) – схему может повторно включить только оператор, нажав кнопку «Пуск».
Рис. 1.2 Простейшая нереверсивная схема управления асинхронным двигателем при помощи магнитного пускателя: а – при управлении с одного поста, б – при управлении с трех постов.
На рис. 1.3 приведена схема с дополнительной кнопкой «Толчок», применяемая на некоторых полиграфических машинах. Команда «Толчок» используется при наладочных операциях, установке и при правке печатных форм. При нажатии кнопки «Толчок» (SВ3) промежуточное реле К2 не включается, и поэтому кнопка не шунтируется. Отпускание этой кнопки приводит к отключению пускателя КМ и остановке двигателя. Реле К2 включается при команде «Пуск». Один контакт шунтирует кнопку «Пуск» и ее можно отпустить. Другой контакт К2 включает пускатель КМ, и двигатель будет работать до нажатия кнопки «Стоп».
На рис. 1.4 дана схема, позволяющая реверсировать двигатель (изменять направление его вращения). Для этого имеются два магнитных пускателя — КМ1 и КМ2. Когда включен КМ1, чередование фаз на статоре двигателя — А, В, С, а когда включен КМ2, чередование фаз — С, В, А. Благодаря этому, изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора двигателя.
Схема не допускает одновременного включения пускателя КМ1 и КМ2, что было бы равносильно короткому замыканию в сети. Для этого в цепи катушки КМ1 имеется размыкающий контакт КМ2, а в цепи катушки КМ2 — размыкающий контакт КМ1. Схема позволяет реверсировать двигатель не только после предварительной команды «Стоп», но и без нее. Кнопки SВ2 («Вперед») и SВ3 («Назад») имеют по две цепи. При нажатии на кнопку одна цепь размыкается, а затем другая цепь замыкается. Так, при нажатии SВ2 вначале отключается катушка пускателя КМ2, а затем включается катушка пускателя КМ1. При нажатии SВ3 вначале отключается катушка пускателя КМ1, а затем включается катушка пускателя КМ2.
Рис. 1.3 Схема с дополнительной кнопкой «Толчок»
Рис. 1.4 Реверсивная схема управления электроприводом
На рис. 1.5 приведена схема, в которой для быстрой остановки привода и машины используется режим динамического торможения, предусматривающий подачу в обмотки статора постоянного тока после отключения этих обмоток от сети переменного тока. В схеме для этой цели имеются понижающий трансформатор Т и выпрямитель V1 на диодах. Кроме того, дополнительными элементами в схеме являются контактор КМ2 и реле времени КТ.
Рис.1.5 Схема электропривода с динамическим торможением
В исходное состояние после включения автомата SF контакторы КМ2 и КТ отключены, и пуск производится как обычно, нажатием кнопки SВ2. Нажатие двухцепной кнопки SВ1(«Стоп») приводит к отключению катушки КМ1. Главные контакты КМ1 отключают двигатель от сети, а блок-контакт КМ2 шунтирует кнопку «Стоп», и ее можно отпустить. Главные контакты КМ2 подключают выпрямитель V1 к обмоткам статора двигателя, и последний переходит в режим динамического торможения. Одновременно реле КТ ведет отсчет времени и через заранее рассчитанное время, достаточное для полной остановки машины, отключает катушки КМ2 и КТ. Статор двигателя отключается от выпрямителя V1, и схема приходит в исходное состояние.
3. Домашняя теоретическая подготовка
Принцип действия, устройство контактных электрических аппаратов и простейших схем управления приводом [1], c. 202-211.
4. Задание к экспериментальной части работы
4.1 Изучить конструкцию аппаратов ручного управления: рубильников, пакетных выключателей, командоконтроллеров, кнопок управления, автоматических выключателей.
4.2 Изучить конструкцию аппаратов автоматического управления: контактора, магнитного пускателя, теплового реле, промежуточного реле, реле времени.
4.3 Далее студенты вычерчивают схемы управления, подлежащие испытанию, а затем преподаватель поясняет работу этих схем и производит опрос студентов.
4.4 Испытание схем управления электроприводов, представленных на рис.1.2а, 1.3, 1.4, 1.5.
5. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований
Отчет по работе должен содержать:
5.1. Схемы, прошедшие испытания.
5.2. Типы использованных аппаратов управления.
6.Вопросы к защите лабораторной работы
1.Перечислите аппараты ручного и автоматического управления. Когда используются те и другие аппараты.
2.Назначение автоматического выключателя. Как в нем осуществляется защита от коротких замыканий и перегрузки? Устройство и принцип действия защиты от коротких замыканий. Устройство и принцип действия защиты от перегрузки.
3.Назначение, принцип действия, основные элементы электромагнитного реле, контактора, магнитного пускателя.
4.Назначение и принцип действия теплового реле. Защита от перегрузки.
5.Назначение каждого элемента в схеме запуска и останова двигателя с одного поста. Поясните, как работает схема. Как в схеме осуществляется защита от короткого замыкания, от перегрузки, от непреднамеренного запуска
6.Назначение каждого элемента в схеме запуска и останова двигателя с трех постов. Поясните, как работает схема. Как в схеме осуществляется защита от короткого замыкания, от перегрузки, от непреднамеренного запуска
7.Назначение каждого элемента в схеме с дополнительной кнопкой «Толчок». Поясните, как работает схема. Как в схеме осуществляется защита от короткого замыкания, от перегрузки, от непреднамеренного запуска
8.Назначение каждого элемента в схеме реверсивного управления привода. Поясните, как работает схема.
9.Назначение каждого элемента в схеме управления привода с динамическим торможением. Поясните, как работает схема.
|
|
|
Скачать 1.12 Mb.