Лабораторная работа № 2 СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Лабораторная работа № 2
СХЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Цель работы: 1) исследование работы схем электроприводов, в которых используется
асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором; 2) ознакомление с
аппаратурой управления и защиты.
Основные положения
Асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором характеризуются
простотой конструкции, высокой надежностью в эксплуатации и неприхотливостью в
обслуживании. Поэтому они нашли широкое применение в качестве приводных двигателей в
различных электроустановках и механизмах строительно-технологического производства
(электролебедки, электробетономешалки, электровиброуплотнители, электротранспортёры и т.д.),
санитарно-технических и водопроводно-канализационных систем (электровентиляторы,
электронасосы, электрокалориферы и т. д.).
Электрическая цепь, по которой осуществляется подача электроэнергии от трехфазной сети к
асинхронному двигателю, называется с и л о в о й цепью электропривода. Электрическая схема
этой цепи называется с х е м о й с и л о в о й ц е п и.
Необходимый режим работы асинхронного электродвигателя в той или иной установке
обеспечивается электрическими аппаратами цепи управления. Функции этой цепи заключаются в
осуществлении пуска, остановки, реверсировании защиты двигателя Поэтому в электрической
схеме ц е п и у п р а в л е н и я находятся магнитные пускатели, контакторы, кнопки
управления, различные реле и аппараты защиты.
Электрическая схема простейшего нереверсивного электропривода с асинхронным двигателем
показала на рис.2. 1.
В схеме силовой цепи находятся линейные провода фаз А, В и С от трехфазного источника
питания, разъединитель QS, плавкие предохранители FU, силовые контакты магнитного пускателя
КМ, нагревательные элементы электротепловых реле КК1 и КК2, асинхронный электродвигатель с
короткозамкнутым ротором М.
В схеме цепи управления, которая включена между проводами фаз В и С, находятся сигнальная
лампочка HL, включающая кнопка SBC, отключающая кнопка SВT, контакты электротепловых
реле КК1 и КК2, катушка магнитного пускателя КМ.
Для включения электропривода сначала замыкают ручной трехфазный разъединитель
QS. При этом в цепи управления загорается лампочка НL, сигнализирующая о подаче
напряжения в цепи электропривода. Затем нажимают на кнопку SВG, которая замыкает цепь питания катушки магнитного пускателя КМ: фаза В - SВТ - SВС - контакты КК1 и КК2 - катушка
КМ - фаза С. Магнитный пускатель включается и замыкает три силовых контакта КМ в силовой
цепи и один вспомогательный контакт КМ в цепи управления. После замыкания силовых
контактов КМ асинхронный двигатель получает электропитание
от трехфазной цени и начинает работать, приводя в действие связанные с ним механизмы.
Вспомогательный контакт КМ шунтирует кнопку SВС, включаясь параллельно ей, и обеспечивает
подачу электропитания к катушке магнитного пускателя КМ после отпускания (под действием
пружины эта кнопка возвращается в исходное разомкнутое состояние).
Для служебного отключения электродвигателя М и остановки работающего с ним оборудования
нажимают на кнопку SВТ, которая замыкает цепь питания катушки магнитного пускателя КМ.
Магнитный пускатель отключается и своими силовыми контактами разрывает цепь питания
асинхронного двигателя.
При возникновении в силовой цепи или цепи управления токов короткого замыкания сразу
перегорают плавкие предохранители FU, отключая электропривод от трехфазной цепи.
При длительном протекания через двигатель М повышенных токов (режим перегрузки)
срабатывают электротепловые реле КК1
которые размыкают свои контакты в цепи управления.
При этом прекращается питание катушки магнитного пускателя КМ, и он отключается,
останавливая электродвигатель М .
Кроме рассмотренных типов и аппаратов защиты в схеме электропривода с асинхронным
двигателем (рис. 2.1), могут быть применены другие типы защит от аварийных ситуаций.
Например, максимальные токовые реле КА защищают электропривод от недопустимо больших
бросков тока в силовой цепи. Катушки этих рале устанавливаются в цепи каждой фазы,
подводящей электроэнергию к двигателю, а размыкающие контакты реле КА – в цепи питания
катушки магнитного пускателя КМ. При срабатывании максимального токового реле любой фазы
силовая цепь должна отключиться от трёхфазной сети.
Защиту электродвигателя от недопустимого снижения или исчезновения напряжения
осуществляют с помощью реле минимального напряжения KV. Катушка этого реле подключается
между любыми двумя линейными проводами в силовой цепи, а размыкающие контакты реле KV - в
цепь питания катушки магнитного пускателя КМ. При срабатывании реле KV силовая цепь также
должна отключаться от сети.
Защита электродвигателя от перегрузки, вызванной обрывом одного из линейных проводов
(потеря фазы), может быть осуществлена с помощью следующей схемы (рис. 2.2).
Симметричную активно-емкостную нагрузку соединяют "звездой" и подключают к входным
клеммам электродвигателя М ( рис. 2.2). В нейтральный провод этого соединения "звезда",
который соединяется с занулённым корпусом двигателя, включают катушку реле KL.
Размыкающие контакты реле KL включают в цепь питания катушки магнитного пускателя КМ,
включающего двигатель М . При нарушении симметрии напряжений на клеммах двигателя (обрыв
линейного провода, уменьшение или увеличение сопротивления одной из фаз обмотки статора и
т . п.) появляется ток в нейтральном проводе "звезды" и в катушке реле KL. Это реле срабатывает
и размыкает своим контактом цепь питания катушки магнитного пускателя КМ в цепи
управления.
В тех случаях, когда необходимо не только запускать и останавливать электродвигатель, но и
изменять направление его вращения (реверсирование), применяется схема реверсивного
электропривода.
Такая схема исследуется в настоящей лабораторной работе.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка представляет собой действующею модель реверсивного электропривода
с асинхронным двигателем. Электрическая схема установки приведена на рис. 2.3.
В состав лабораторной установки входят асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым
ротором М, автоматический трехфазный выключатель QF, плавкие предохранители FU,
выключающая кнопка SВТ "Стоп", включающая кнопка SВС1 "Вперёд" (вращение
электродвигателя по часовой стрелке), включающая кнопка SВС2 "Назад" (вращение
электродвигателя против часовой стрелки), магнитные пускатели КМ1 "Вперёд" "Вперед" и КМ2
"Назад", концевые выключатели SQ1 и SQ2 для ограничения угла поворота механизма,
сигнальные лампочки H L 1 , H L 2 и H L 3 .
Магнитные пускатели KМ1 и КМ2 объединены конструктивно в одном корпусе. Одновременное
их включение невозможно.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Изучить структуру и принцип построения электрической схемы реверсивного электропривода
с асинхронным двигателем.
2. Ознакомиться с аппаратами управления и защиты и их назначением в схеме электропривода.
3. Исследовать и описать работу схемы реверсивного электропривода в различных режимах.
4. С разрешения преподавателя опробовать на стенде работу реверсивного электропривода.
Контрольные вопросы и задания
1. расскажите об устройстве и принципе действия асинхронного двигателя.
2. Как осуществляется реверсирование асинхронного двигателя?
Поясните это по схеме (рис. 2.3).
3. Расскажите об устройстве и принципе действия электромагнитных контакторов, реле,
пускателей.
4. Назначение силовой цепи и цели управления в схеме электропривода с асинхронным
двигателем. Покажите эти цепи на рис.2,2 и 2.3.
5. Поясните назначение всех контактов магнитного пускателя КМ1 (рис.2.3).
б. Почему не допускается одновременное включение двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2?
Как это решено в электрической схеме (рис. 2.3)?
7.
Поясните значение условных буквенно-цифровых обозначений в электрической схеме.
8. Какими действиями может быть остановлена работа реверсивного электропривода (рис.
2.3)?
9. Нанесите в нужных местах электрической схемы реверсивного электропривода (рис.2.3)
элементы аппаратов защиты и поясните:
а) от недопустимо больших бросков тока в силовой цепи;
б) от недопустимого снижения или исчезновения напряжения в силовой цепи;
в) от длительного протекания в силовой цепи повышенных токов.
Лабораторная работа № 3
КОМАНДНЫЙ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИБОР КЭП-12У
Цель работы: изучить устройство, принцип работы и порядок настройки прибора КЭП-12У.
Построить циклограмму настройки прибора.
Основные положения
Прибор КЭП-12У предназначен для формирования команд, определяющих последовательность
и продолжительность различных технологических операций.
Прибор применяется в безрефлексных системах программного управления технологическими
процессами, например, в пропарочных камерах при тепловой обработке железобетонных изделий.
Программа управления технологическим процессом задается циклограммой с длительностью
цикла от 3 мин, до 18 ч. Прибор выполнен для шести электрических и шести пневматических
цепей управления.
Управление электрическими цепями осуществляется поочередным замыканием и размыканием
контактов, управление пневматическими цепями - перемещением поршня пневматического
золотника, сообщающего импульс пневматическому исполнительному механизму.
Основными элементами прибора КЭП-12У являются синхронный электродвигатель (U = 127 В,
Р = 40 ВТ) и распределительный вал с кулечками. Электродвигатель осуществляет привод
распределительного вала через редуктор с постоянным передаточным числом, храповой
расцепляющий механизм (находится внутри колокола редуктора) и четырехступенчатую коробку
скоростей.
На распределительном валу установлен верхний колокол со шкалой, проградуированной (в
процентах от окружности вала) на 100 делений. На оси этого вала имеется скользящая шестерня,
которая может смещаться по оси для оцепления с шестернями коробки скоростей.
Время одного оборота распределительного вела (продолжительность цикла) регулируется:
- поворотом нижнего колокола, определяющим число захватываемых зубьев храпового колеса
расцепляющего механизма (плавное регулирование),
- переключением коробки скоростей о помощью скользящей шестерни (ступенчатое
регулирование).
Электрическая схема прибора КЭП-12У приведена на рис. 3.1. На схеме показаны лишь
электрические цепи управления, которые используются в лабораторной работе. Напряжение на
прибор подается выключателем QF1. Для сдвига фаз последовательно одной из обмоток
электродвигателя включен конденсатор С. Контроль включения и настройки прибора
осуществляется сигнальными лампами HL 1-6.
Программа отдельных операций определяется положением кулачков, которые переставляются
по окружности в канавках распределительного вала. Кулачки левых канавок, перемещаясь вместе
с распределительным валом, взводят, а кулачки правых канавок сбрасывают защелки путевых
выключателей SQ1 – SQ6. Путевые выключатели воздействуют на электрические контакты,
включая и выключая их, и на поршни пневмозолотников, перемещая их в положения, соответствующие подаче и выпуску воздуха в исполнительных механизмах, интервал между
включающим и выключающим кулачками, отнесенный к длине окружности, соответствует доле
продолжительности данной операции в обшей продолжительности цикла.
Временная погрешность срабатывания путевых выключателей не превышает 2,5 % от
продолжительности цикла.
Настройка прибора КЭП-12У
Настройка продолжительности цикла производится с помощью табл. 3.1 (эта таблица
приводится здесь в сокращенном варианте). В таблице находится ближайшее к заданному время
одного оборота вала (мин, с) и соответствующее ему число делений шкалы нижнего колокола, и
положение скользящей шестерни. Нижний колокол поворачивается вручную до совпадения
найденного деления его шкалы с неподвижной указательной стрелкой, а скользящая шестерня
перемещается в требуемое положение.
Для настройки прибора по операциям цикла необходимо:
1. Определить в минутах или секундах цену одного деления круговой шкалы верхнего колокола,
который вращается вместе с распределительным валом:
N=
где А - число делений круговой шкалы верхнего колокола;
Тц - продолжительность цикла (мин, с).
2.Определить число делений А1 и A2 шкалы верхнего колоколе, соответствующее времени
начала Т1 и времени окончания Т2 конкретной операции цикла:
А1 = Т1 : N = А ,
А2 = Т2 : N = А .
3. Поворотом распределительного вала поочерёдно устанавливать шкалу верхнего колокола
делениями А1 и А2 против неподвижной указательной стрелки, предварительно выведя из
зацепления скользящую шестерню.
Против делений А1 и А2 в соответствующих канавках распределительного вала устанавливаются
и закрепляются кулачки, воздействующие на защелки путевых выключателей. Для передвижения
кулачка в канавке вала следует освободить гайку, а после установки кулачка на место вновь
затянуть её. При этом необходимо помнить, что кулачок в левой канавке взводит защелку (начало
операции), а в правой – сбрасывает ее (конец операции).
4. По окончании установки всех кулечков вновь сцепть скользящую шестерню с коробкой
скоростей, предварительно установив верхний колокол нулевым делением против неподвижной
указательной стрелки.
В качестве примера определим параметры настройки прибора КЭП-12У для следующих
исходных денных: продолжительность цикла Т = 2 ч, начало операции T1 = 30 мин, конец
операции Т = 90 мин.
Пользуясь табл. 3.1заданному циклу 120 мин. ( 2 часа) выбираем ближайшее время одного
оборота распределительного вала 118 ̉57 ̉̉̉ ̉. Находим соответствуете этому времени 10 делений
шкалы нижнего колокола и четвертое положение скользящей шестерни.
Находим далее начало операции А1 и конец операции A2 в делениях шкалы верхнего колокола (
вся шкала имеет А = 100 дел.);
А1 =
1ОО = 25;
А2 =
100 = 76 .
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Изучить устройство и принцип работы прибора.
2. Включить прибор и, поворачивая нижний колокол, убедиться в возможности плавного
изменения скорости вращения распределительного вала.
3. Произвести все возможные переключения коробки скоростей, убедившись в возможности
широкого ступенчатого изменения скоростей вращения распределительного вала (на время
переключения двигатель прибора должен быть выключен).
4. По указанию руководителя занятия произвести настройку продолжительности цикла согласно
табл. 3.1 (руководитель указывает деление шкалы нижнего колокола и положение скользящее
шестерни). Верхний колокол установить на нулевое деление. Включить прибор и по секундомеру
определить время цикла Т (поворот верхнего колокола на один оборот). Выключить прибор после
отработки цикла. По измеренному времени цикла вычертить бланк циклограммы (рис.3.2).
5. Включить прибор и во время работы заметить деления по шкале верхнего колокола, когда
зажигаются и погасают сигнальные лампы для каждой электрической цепи. Полученные деления
шкалы (значения A1 и А2) записать в табл. 3.2.
6. По определенным Т, A1 и А2 вычислить время от начала никла до начала или конца операции –
Т1, Т2 каждой цепи. Вычисленные значения Т1, Т2 записать в табл. 3.2 соответственно для каждой
операции.
7. ВычислитьТ1, Т2 для начала и конца каждой операции, занести в бланк циклограммы и время
горения сигнальных ламп каждой операции отчертить жирной линией, как на рис. 3.3.
Построенная циклограмма отражает настройку прибора для заданного цикла.
Отчёт по работе
Отчет по работе должен включать:
1. Электрическую схему прибора и краткие пояснения принципа ее работы.
2. Таблицу 3.2 с результатами расчета параметров настройки прибора по заданному варианту.
3. Циклограмму.
4. Выводы по работе.
№ цепи
1
Вариант №
Цикл в минутах
2
3
Рис. 3.2. Бланк циклограммы
№ цепи
1
2
3
Вариант № 1
Цикл в минутах
4
5
6
7
8
1
2
3
Вариант № 6
Цикл в минутах
2
№ цепи
1
3
1
2
3
Рис. 3.3. Циклограмма настройки КЭП-12У
Деление
шкалы
нижнего
колокола
10
12
32
34
46
48
50
54
56
58
62
66
64
70
72
74
(считая
Таблица 3.1
право)
Положение
2
мин.
скользящей
шестерни
слева на
с.
мин.
с.
мин.
с.
3
3
4
4
4
5
5
5
6
6
7
8
8
9
10
11
03
07
02
09
54
04
16
54
42
57
51
13
37
34
08
47
19
19
25
25
30
31
32
33
35
37
42
45
47
53
57
61
03
229
14
59
38
46
35
18
44
27
53
09
39
36
10
15
118
121
157
162
191
198
206
218
223
233
268
282
297
335
357
382
57
37
29
12
12
3
4
Контрольные вопросы и задания
1. В каких системах автоматики применяется прибор КЭП--12У ?
2. Какими операциями управляет прибор в процессе регенерации ионитных фильтров?
3. Какими операциями управляет прибор в процессе тепловой обработки железобетонных
изделий в пропарочных камерах?
4. Какие типы исполнительных механизмов могут быть включены в электрические цепи прибора?
5. Как осуществляется плавное и ступенчатое изменение скорости вращения распределительного вала?
6. Как осуществляется пооперационная настройка приборов по заданной программе?
Таблица 3.2.
№
варианта
Тц
n
Настройка прибора по заданному варианту
S
m
Операция
первая
вторая
третья
А1
Т1
А2
Т2
А1
Т1
А2
Т2
А1
Т1
А2
Т2
Примечание:
Тц - продолжительность цикла;
п - число делений шкалы нижнего колокола;
S - положение скользящей шестерни (2, 3, 4);
m - номера цепей прибора, занятых в циклограмме;
А1 и А2 - число делений шкалы верхнего колокола, прочен A1 соответствует
началу, а A2 – концу операции;
Т1, Т2 - время от начале цикла до начала или конца операции (конец операции - погасание
лапочки).
Литература
1. Электротехника. /Под ред. В.Г.Герасимова. - М.: Высшая шкала, 1985. - 480 с.
2. Иванов Й.И., Равдоник B.C. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984.- 375 с.
3. Иваненко Г.Е. Электрооборудование в строительстве. - М.; Высшая школа, 1986. – 176 с.
4. Литвак В.И. Электрические устройства автоматической аварийной защиты. - М.: Энергия, 1982.
5. Клюев A.C., Глазов Б.В., Миндин М.Б. Техника чтения схем автоматического управления и
технического контроля. - М.: Энергоиздат, 1983. – 376 с.
6. Попкович Г.С., Гордеев М.А. Автоматизация системы водоснабжения и водоотвода. - М.:
Высшая школа, 1986. - 391 с.