Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лабораторные работы №1-6 - файл Лабы по ЭМС.doc


Лабораторные работы №1-6
скачать (1452.8 kb.)

Доступные файлы (1):

Лабы по ЭМС.doc1559kb.20.12.2008 00:59скачать

содержание
Загрузка...

Лабы по ЭМС.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Филиал Уфимского Государственного Авиационного Технического Университета

в г. Ишимбае


Лабораторные работы

по дисциплине

«Электромеханические системы»


Выполнил студент гр.

Проверил преподаватель:

Ишимбай – 2008

Лабораторная работа №1

Изучение контактора переменного тока



Цель работы

Целью работы является изучение назначения, технических характеристик, принципа действия и конструкции контактора переменного тока, а также схемы его использования.

^ Общие сведения

Контакторы предназначены для коммутации силовых цепей электродвигателей и других мощных потребителей. В зависимости от рода коммутируемого тока главной цепи различают контакторы переменного и постоянного тока. Они имеют главные контакты, расположенные в силовой цепи и снабженные системой дугогашения, электромагнитный привод и вспомогательные контакты, расположенные в цепи управления.

Для управления электродвигателями переменного тока небольшой мощности применяют прямоходовые контакторы с мостиковыми контактными узлами. Двукратный разрыв цепи и облегченные условия гашения дуги переменного тока позволяют обойтись без специальных дугогасительных камер, что существенно уменьшает габаритные размеры контакторов.

Электромагнитный привод контактора имеет Ш-образный сердечник и якорь, собранный из листовой электротехнической стали. Намагничивающая катушка выступает за полюса сердечника, что создает дополнительную соленоидную силу притяжения якоря.

Якорь связан с пластмассовой траверсой, на которой установлены подвижные главные контакты мостикового типа и нажимные пружины, осуществляющие контактное нажатие. Неподвижные контакты установлены в пластмассовом корпусе контактора. Контакты обычно имеют накладки из металлокерамики. Главные контакты защищены крышкой. При отключении электромагнитного привода траверса перемещается в исходное положение под действием возвратных пружин. Промышленностью выпускаются обычно прямоходовые контакторы в многополюсном исполнении. При этом главные замыкающие контакты разделяются пластмассовыми перемычками.

Контакторы переменного тока большой мощности имеют главные контакты, снабженные системой дугогашения - магнитным дутьем и дугогасительной камерой с узкой щелью или дугогасительной решеткой. Контакторы выполняются многополюсными, и обычно они имеют три главных замыкающих контакта. Все три узла работают от общего электромагнитного привода клапанного типа, который поворачивает вал контактора с установленными на нем подвижными контактами. На том же валу устанавливают вспомогательные контакты мостикового типа. Контакторы имеют достаточно большие габаритные размеры.

Контакторы различают в зависимости от назначения (нереверсивные, реверсивные), величины пускателя (по номинальному току контакторов), напряжения главной цепи, степени защиты, наличия тепловых реле, блокировок, кнопок управления и т.д. Контакторы переменной тока в зависимости от условий эксплуатации подразделяются на категории применения АС-2, АС-3, АС-4. Контакторы категории АС-2 используют для пуска и отключения электродвигателей с фазным ротором. Категории АС-3 и АС-4 обеспечивают прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и должны быть рассчитаны на шестикратный скачок пускового тока. Категория АС-3 предусматривает отключение вращающегося асинхронного двигателя. Контакторы категории АС-4 предназначены для торможения противовключением и отключения неподвижных двигателей.

Контактор, принципиальная схема которого показана на рисунке 1, предназначен для автоматического или дистанционного включения и отключения электрической цепи. В отличие от автомата контактор не предназначен для защиты электрического оборудования, но может использоваться для частых включений и отключений любых нагрузок, не превышающих номинальное значение.

Во включенном положении контактор удерживается катушкой 4, которая все время обтекается током. Отключение контактора производится поворотом ключа 7, после чего обесточивается удерживающая катушка и подвижная система отпадает под действием собственного веса и отключающих пружин.


Рисунок 1 - Контактор.

а) - принцип действия, б) - схема включения.

1 - контакты, 2 - гибкая токоведущая связь, 3 - якорь, 4 - удерживающая катушка, 5 - плита, 6 - дугогасительная решётка, 7 - ключ управления.
Магнитный пускатель, схема включения которого показана на рисунке 2, представляет собой трехполюсный контактор с двумя встроенными тепловыми реле и блокировочными контактами.

Магнитные пускатели применяют для дистанционного или автоматического управления асинхронными электродвигателями, а также для защиты их от перегрузки.

Включение магнитного пускателя производят нажатием кнопки «Пуск», после чего, обтекается током и срабатывает его удерживающая катушка К. После включения пускателя его вспомогательные контакты ВК шунтируют кнопку «Пуск», благодаря чему катушка К продолжает обтекаться током даже после того, как кнопка «Пуск» разомкнётся.


Рисунок 2 - Схема включения магнитного пускателя.

1 - магнитный пускатель, 2 - кнопки управления.
Для отключения магнитного пускателя достаточно нажать кнопку «Стоп». При этом катушка К обесточивается и магнитный пускатель отключается. Магнитный пускатель может быть также отключен контактами тепловых реле РТ1 и РТ2 при перегрузке электродвигателя.

^

Лабораторная Работа № 2

Изучение теплового реле



Цель работы

Целью работы является изучение назначения, технических характеристик, принципа действия и конструкции теплового реле, а также схемы его использования.

^ Общие сведения

Тепловые реле предназначены для защиты электродвигателей и других токоприемников от незначительных длительных перегрузок, возникающих при возрастании момента сопротивления на рабочем органе машины или за счет витковых замыканий в обмотках, когда протекает ток, превышающий допустимое значение на 20-50%. Такой режим работы приводит к перегреву обмоток и электродвигателя (аппарата) в целом, а следовательно, к преждевременному выходу его из строя. Поэтому тепловые реле включают последовательно (непосредственно или через трансформаторы тока) в контролируемую цепь.

Принцип действия теплового реле основан на использовании нагревательного элемента, выполненного из материала с большим сопротивлением (нихром, фехраль) и биметаллической пластины, т.е. двухслойной нагреваемой пластины, состоящей из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При нагреве слой термоактивного металла расширяется, а слой термоинертного металла почти не деформируется В реле может применяться косвенный метод нагрева пластины, изгибающейся вследствие теплового воздействия на нее нагревательного элемента, по которому проходит рабочий ток. Биметаллическая пластина может нагреваться и прямым способом путем пропускания через нее тока нагрузки.

Если один конец биметаллической пластины жестко закрепить, то другой свободный конец ее будет изгибаться. Он переводит контактную систему (обычно размыкающие контакты, включенные последовательно в цепь управления токоприемником) в отключенное состояние. Возврат реле в исходное положение обычно производится кнопкой возврата через 1,5-3 минут после срабатывания вручную или автоматически.

Тепловые реле изготавливают одно-, двух- и трехфазного исполнения на различные токи от 0,5 до 600 А. Номинальный ток каждого теплового реле является его максимально допустимым током, а сменные тепловые элементы позволяют получить для каждого типоразмера реле от 4 до 12 номинальных токов установки. При этом для каждого теплового элемента его ток установки может изменяться специальным регулятором на панели реле в определенных пределах.

Часто используется двухполюсное реле с двумя биметаллическими пластинами и одним размыкающим блок-контактом (типа ТРН). Также для защиты трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором предназначены трехполюсные тепловые реле (типа РТЛ).

Тепловые реле, как и все аппараты защиты, имеют ампер-секундную характеристику гиперболического вида. Однако, независимо от вида этой характеристики все тепловые реле имеют на 20% больший номинального граничный ток и срабатывают при его повышении за время примерно 20 мин. При этом перегрузка, превышающая в 5-6 раз ток установки, вызывает срабатывание реле за время (5-20) с, что весьма важно для режима прямого пуска электродвигателей без отключения реле.


Рисунок 3 - Принципиальная схема теплового реле
Тепловой расщепитель представляет собой тепловое реле, принципиальная схема которого показана на рисунке 3.

Основным элементом теплового реле является биметаллическая пластинка 1, состоящая из двух различных металлов. При протекании тока по нагревательному элементу 2 биметаллическая пластинка удлиняется. Известно, что разные металлы удлиняются в разной степени. Металлы, из которых изготовлена пластинка 1, подобраны таким образом, что металл b удлиняется больше металла a, вследствие чего пластинка изгибается в сторону металла a и выходит из зацепления, освобождая защелку 3. Защелка 3, поворачиваясь под действием пружины 6 вокруг оси 4, размыкает контакты 5 и отключает автомат.

Поскольку срабатывание теплового реле происходит под действием тепла, выделяемого в его нагревательном элементе, время его срабатывания согласно закону Ленца – Джоуля зависит от величины тока. Чем больше величина тока перегрузки, тем быстрее сработает тепловой расщепитель и отключит автомат.

^

Лабораторная работа №3

Изучение коммутационных аппаратов ручного управления



Цель работы

Целью работы является изучение назначения, технических характеристик, принципа действия и конструкции коммутационных аппаратов ручного управления, а также схемы его включения.

^ Общие сведения

Коммутационные аппараты ручного управления предназначены для переключения силовых цепей и цепей управления.

Наиболее простым аппаратом ручного управления для силовых цепей является рубильник. Их различают: по габаритным размерам - на номинальные токи от 100 до 630 А; по схемам - однополюсные, двухполюсные и трехполюсные выключатели и переключатели; по конструктивному исполнению - с передним и задним присоединением, с центральной и боковой рукояткой привода, с дугогасительными камерами и вспомогательными контактами.

Для сложных схем переключения силовых цепей, например, обмоток многоскоростных асинхронных двигателей, используют барабанные и пакетно-кулачковые переключатели. Последние являются наиболее универсальными - количество положений от 2 до 5, число цепей до 48, номинальный ток от 10 до 63 А.

В качестве аппаратов для коммутации силовых цепей в современных установках нашли широкое применение автоматические воздушные выключатели. Эти аппараты выполняют ряд функций защиты и действуют автоматически.

Коммутация цепей управления - более частая операция, чем коммутация силовых цепей. Работа любой машины или установки начинается с выбора режима работы, способа управления, подключения необходимых приводов, вспомогательных устройств (смазки, охлаждения, смены инструмента и т.д.), а также систем контроля, сигнализации и регистрации.

Для всех этих операций используют выключатели и переключатели различных исполнений, расположенные на панелях, постах и пультах управления. Это одно- и многоцепные аппараты с двумя и более положениями. Коммутация цепей управления для включения и отключения релейно-контакторной аппаратуры осуществляется кнопками управления.

Пакетные переключатели используются как для коммутации цепей управления, так и для коммутации силовых цепей и различаются только габаритными размерами.

Конструкция пакетных переключателей позволяет получить разнообразные схемы соединений (до 220 вариантов) при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений от 2 до 8 (через 45, 60 или 90 градусов). Конструктивно эти переключатели имеют однотипные пластмассовые секции (по числу пакетов) с контактными узлами, собранный на общем валу, и общий механизм фиксации. Подвижные контакты каждой секции перемещаются кулачками, установленными на общем валу.

Наиболее распространенными и простыми аппаратами коммутации цепей управления являются кнопки управления - это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются, срабатывают при нажатии на толкатель кнопки. Комплекс кнопок, смонтированных на общей панели (или в блоке) представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу контактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный или грибовидный), надписям и цветам толкателей, а также по способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герметичные, взрывобезопасные и т.д.).

Независимо от конструкции и габаритных размеров кнопок все они имеют неподвижные контакты и подвижные контакты, перемещаемые с помощью толкателя. Обычно внешнюю цепь присоединяют к кнопке с помощью винтовых зажимов, а корпус кнопки фиксируют на панели управления гайками. Такое устройство имеют кнопки двухцепные типа КУ2 и другие.

На основе кнопок управления изготавливают кнопочные станции, содержащие от 2 до 12 кнопок различного исполнения, собранных на общей панели или в одном корпусе с соответствующей защитой.

Рубильники и переключатели - самые простые аппараты, используемые для ручного отключения электрических цепей напряжением до 500 В при токах до 1000 А.

Воздушные автоматические выключатели (автоматы) представляют собой аппараты, имеющие мощную контактную систему для отключения тока короткого замыкания и реле защиты, которые действуют на отключение автомата при возникновении короткого замыкания или перегрузки.

Принцип действия автомата показан на рисунке 4. Нож автомата удерживается во включенном положении защелкой 3. При протекании по электромагниту 7, представляющему собой реле прямого действия, тока, превышающего установку срабатывания, он притягивает якорь 6, преодолевая напряжение регулировочной пружины 5. Защелка 3, поворачиваясь вокруг оси 4, освобождает рычаг 2, вследствие чего происходит отключение автомата под действием отключающей пружины 8.


Рисунок 4- Принципиальная схема автоматического выключателя
Автоматы могут снабжаться приводами для дистанционного управления. Механизм привода выключателя дополняется устройством свободного расцепления, благодаря которому отключение автомата при действии его защитных реле расцепителей происходит даже в том случае, если рукоятка ручного включения длительно удерживается рукой во включенном положении.

Автоматы имеют две пары контактов рабочие, по которым нормально протекает ток , и параллельно включенные дугогасительные контакты. Для быстрого гашения дуги дугогасительные контакты автомата разрывают цепь в специальных дугогасительных камерах, представляющих собой стальную решетку.

При отключении автомата сначала размыкается его рабочие контакты, а потом дугогасительные 1 и 3 (рисунок 5а). Дуга, возникающая между контактами при отключении, под действием электродинамических сил и перемещения вверх нагретого воздуха затягивается в пространство между стальными пластинами 2. В результате образуется ряд последовательно горящих коротких дуг, которые интенсивно охлаждаются стальными пластинами и гаснут. Существуют также автоматы с дугогасительными решетками и растягивается, как показано на рисунке 5б. Гашению дуги в этом случае способствует значительное ее удлинение.

Автоматы с дугогасительными решетками способны разрывать ток короткого замыкания, в сколько десятков тысяч ампер.

^

Рисунок 5 - Схема работы дугогасительной решетки.

а - со стальными пластинами, б - с изоляционными пластинами.


1 - неподвижный контакт, 2 - пластины решетки, 3 - подвижный контакт.
^

Лабораторная работа №4

Изучение автоматического выключателя



Цель работы

Целью работы является изучение назначения технических характеристик, принципов действия и конструкции автоматического выключателя, а также схемы его использования.

^ Общие сведения

Защита электрических установок и цепей от токов короткого замыкания, длительных перегрузок, а также от работы на пониженном напряжении успешно осуществляется автоматическими воздушными выключателями (автоматами). Автоматы одновременно выполняют роль вводных выключателей. Для этого они имеют рукоятку ручного управления.

В зависимости от назначения и требуемых параметров автоматические выключатели различают по мощности (току), числу полюсов (одно-, двух- и трехполюсные), исполнению защитных расцепителей, быстродействию и конструктивному исполнению. Наибольшее применение в последнее время находят автоматы серии A3700 и АЕ 2000М.

Принцип работы автоматического выключателя состоит в следующем. Ручное включение и отключение автомата производится с помощью рукоятки. Чтобы включить автомат, надо привести его пружину во взведенное состояние, для чего рукоятка перемещается вниз. Автомат окажется готовым к включению. Рукоятка переводится вверх, и подвижный контакт замыкается с неподвижным контактом.

Автоматическое отключение автомата происходит при срабатывании расцепителей. При токах перегрузки срабатывает тепловой биметаллический расцепитель. Свободный конец биметаллической пластины перемещается, и через систему рычагов размыкаются контакты автомата, т.е. он отключается. Аналогично происходит автоматическое отключение и при срабатывании максимального электромагнитного расцепителя. Ток короткого замыкания вызывает притягивание якоря расцепителя и через ту же систему рычагов обеспечивается размыкание контактов автомата. Автоматы могут снабжаться расцепителями минимального напряжения, отключающими автомат при падении напряжения в сети ниже допустимого значения. Ручное отключение автомата происходит при перемещении рукоятки вниз. При этом также система рычагов обеспечивает размыкание контактов.

Во всех случаях при размыкании контакта автомата между ними может возникнуть электрическая дуга, которая гасится в дугогасительной решетке. Повышение давления внутри закрытого объема, образованного изоляционным основанием и крышкой, также способствует гашению дуги.

Электромагнитный расцепитель максимального тока срабатывает практически мгновенно при достижении тока отсечки (обычно отсечка происходит при десяти - двенадцати кратном превышении номинального тока). Что касается времени срабатывания автоматов при перегрузках, меньших тока отсечки, то оно определяется амперсекундной характеристикой, которая в общем случае имеет гиперболический характер.
Защитной характеристикой автомата называется зависимость полного времени от момента возникновения тока до момента срабатывания расцепителя, от величины тока, протекающего через расцепитель, или кратности этого тока номинальному току расцепителя.

В качестве примера на рисунке 6 приведена средняя характеристика автомата типа А3120 с комбинированным расцепителем.


Рисунок 6 - Защитная характеристика автомата A3120

с комбинированным расцепителем 50А, 380 В

При перегрузках срабатывает тепловой расцепитель (криваяа). При токе, большем происходит срабатывание электромагнитного расцепителя без выдержки времени. Практически возможен некоторый разброс уставок электромагнитного расцепителя (заштрихованная область б). Полное время отключения автомата при срабатывании электромагнитного расцепителя составляет около 0,015 сек. (линия г). Линия в определяет время, необходимое для удара якоря электромагнитного расцепителя по рейке порядка 0,005 сек., после чего отключение автомата происходит независимо от того, будет ли продолжаться протекание тока короткого замыкания.


Автоматы, расцепители которых имеют защитную характеристику, аналогичную приведенной на рисунке 6 (A3120, А2000Н, А15Н и др.), обеспечивают защиту как от коротких замыканий, так и от перегрузки.

Автоматы типов А2000Б, A15С имеют защитные характеристики, обеспечивающие защиту сети как от коротких замыканий, так и от перегрузки, но вместе с тем они имеют существенное преимущество, так как в них предусмотрена регулировка выдержки времени срабатывания электромагнитных расцепителей (линия г на рисунке 6). Эта выдержка времени может регулироваться в пределах 0,25—0,6 сек.
^

Лабораторная работа №6

Изучение процессов автоматизированного пуска и торможения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением



Цель работы

Изучение работы системы автоматизированного пуска двигателя постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением (НВ) в функции времени и динамического торможения, освоение методики расчета параметров схемы автоматизированного пуска и торможения

^ Приборы и оборудование

Лабораторный стенд САФВ – 1 в составе электромеханического агрегата на базе ДТП типа ПЯ – 250Ф и приборного блока.

Основные технические данные двигателя типа ПЯ - 250Ф

Исполнительный двигатель типа ПЯ – 250Ф со встроенным тахогенератором типа ТП – 83, изготовленным по японской лицензии, представляет собой реверсивный высокомоментный двигатель постоянного тока с дисковым немагнитным печатным якорем и возбуждением от постоянных магнитов.

Напряжение питания, В 36

Мощность номинальная, Вт 250

Ток номинальный, А 10

Частота вращения, Мин-1 3000

КПД, % 70

Сопротивление обмотки якоря при 20˚С, Ом 0,5
На правой лицевой панели приборного блока приведено изображение электрической схемы управления пуском и торможением двигателя рисунок 7. Здесь же расположены контрольные гнезда XSI, XS2 для измерения напряжения тахогенератора ДПТ и XS3, XS4 для измерения тока якоря ДПТ, а также разъем XS для подключения электромеханического агрегата.

Буквенные обозначения элементов на принципиальной электрической схеме:

А (ВС) Фазы трехфазной сети

G Тахогенератор

HL Прибор световой индикации

KL Реле промежуточное

КМ Контактор

KT Реле времени

KV Реле напряжения

М Двигатель

РА Амперметр

PV Вольтметр

OF Выключатель автоматический

SBC Выключатель кнопочный на включение

SBT Выключатель кнопочный на отключение

XS Соединение контактное, гнездо

UG Преобразователь напряжения

R1 Тормозное сопротивление К

R2 Первая ступень пускового резистора R

R3 Вторая ступень пускового резистора R


Рисунок 7 - Электрическая принципиальная схема управления пуском и торможением ДПТ с НВ

^ Описание работы схемы

Пуск двигателя. Выключатели QF1 и QF2 включаются для подачи питания на стенд, индикаторы HL1, HL2 и вольтметр V подтверждают наличие питания. Нажимают кнопку SBC1 для пуска вперед (SBC2 - для пуска назад). По цепи SBT-KM2.3 (КМ1.3) - SBC1 (SBC2)-KM1(КМ2) - контакт К1 запитываются катушки реле КМ1 (КМ2). Контакт КМ1.3 (КМ2.3), переключаясь, ставит на самопитание реле КМ1 (КМ2) и блокирует включение реле КМ2 (КМ1) при ошибочном нажатии кнопки SBC2 (SBC1); контакты КМ1.1 (КМ2.1) и КМ1.2 (КМ2.2) подключают якорь двигателя к питающей сети 36V; контакт КМ1.5 (КМ2.5) блокирует включение реле КМ5 и KL; контакт КМ1.4 (КМ2.4) включает реле времени КТ1 и КТ2. Через время срабатывания реле КТ2 его контакт замыкается и запитывает реле КМ4, которое своим контактом КМ4 шунтирует вторую ступень пускового резистора. ДПТ разгоняется. После достижения скорости двигателя 30% от номинальной скорости ЭДС двигателя достигает величины, достаточной для срабатывания реле KV. Оно замыкает свой контакт в цепи катушки реле KL, однако включение последнего заблокировано контактом КМ1.5 (КМ2.5).

Торможение двигателя. Нажимают кнопку SBT. При этом разрывается цепь питания реле КМ1 (КМ2). Контакты КМ1.1 (КМ2.1) и КМ1.2(КМ2) отключается якорь ДПТ от питающей сети 36V. Контакты КМ1.3 (КМ2.3) и КМ1.4 (КМ2.4) переключается в исходное состояние. Контакт КМ1.5 (КМ2.5) замыкается, запитывая катушку реле КL(реле KV остается включенным за счет ЭДС двигателя ). Контакт KL переключается, запитывая реле КМ5 и блокируя повторный пуск двигателя до окончания процесса торможения. Контакт КМ5. 1 подключают параллельно якорю двигателя тормозное сопротивление R1, переводя ДПТ в режим динамического торможения.

При снижении скорости до значения меньше 30 номинального peле KV отключается, его контакт разрывает цепь питания реле КL. Контакт реле KL отключает КМ5 и подготавливает схему к очередному пуску. Контакт КМ5,1 отключает от якоря двигателя тормозное сопротивление.

^ Расчет сопротивления ступеней пускового резистора и тока переключения.

Расчет сопротивления динамического торможения.
Время t1, за которое ток изменяется от значения I1, до значения I2 на 1-ой ступени пуска, можно определить по формуле:




Рисунок 8 – Механическая характеристика ДПТ с НВ.



Рисунок 9 – Скоростная характеристика ДПТ с НВ.



Рисунок 10 – График переходного процесса при пуске ДПТ с НВ из неподвижного состояния.





Скачать файл (1452.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru