Изучение схемы магнитного пускателя

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Цель работы: Изучение схемы магнитного пускателя асинхронного двигателя, реализующей его защиту от самозапуска (минимального напряжения), перегрузки и потери фазы. Построение и изучение защитной (времятоковой) характеристики теплового реле, встроенного в магнитный пускатель.

Теоретические сведения

Значительная часть асинхронных электродвигателей оснащается защитой от самозапуска, которая предотвращает появление пиковых токов при восстановлении питания в сетях, к которым подключена асинхронная нагрузка.

 Наиболее массовым представителем такой защиты является магнитный пускатель, который выполняет дополнительно функцию защиты двигателя от перегрузки. На рисунке представлена схема магнитного пускателя для асинхронного двигателя, включающая контактор переменного тока К1 и тепловое реле КК1, а так же кнопки «Пуск» и «Стоп», служащие для включения и отключения АД.

Втягивающая катушка контактора включается на напряжение 220 или 380 в. Контактор имеет главные контакты и вспомогательные (блок контакты). Тепловое реле КК1 имеет нагревательные элементы в каждой фазе и размыкающий контакт.

Основными техническими данными контакторов являются номинальное напряжение, номинальный ток (главных контактов), предельный отключаемый ток, механическая и коммутационная износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения и отключения.

Механическая износостойкость определяется числом циклов включение – отключение контактора без ремонта и замены его деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. Механическая износостойкость контакторов АВВ серии AF составляет 10 млн. циклов.

Рис. 9.1. Схема магнитного пускателя

 

 

Коммутационная износостойкость определяется числом циклов включений и отключений цепи с номинальным током, после которого требуется замена контактов. Современные контакторы имеют коммутационную износостойкость порядка 2- 3 млн. операций, а контакторы АВВ серии AF 5 млн. циклов.

Собственное время включения состоит из времени нарастания потока в электромагните контактора до значения потока трогания и времени движения якоря. В лабораторном стенде установлены контакторы серии AF с номинальным током от 9 до 26 А, которые имеют время включения 40 – 95 мс.

Собственное время отключения – время с момента обесточивания электромагнита контактора до момента размыкания его контактов. Для контакторов, установленных в стенде, это время составляет 11 – 95 мс.

Номинальный ток контактора – ток, который можно пропустить через главные контакты в течении 8 часов без коммутаций, причем превышение температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого. Номинальный рабочий ток контактора – это допустимый ток через его главные контакты в конкретных условиях применения.

Основные узлы контакторов: контактная система, дугогасительное устройство, электромагнит и система вспомогательных контактов. Важнейшей характеристикой контакторов является категория применения:

АС-1 - активная или малоиндуктивная нагрузка;

АС-2 - пуск электродвигателей с фазным ротором, торможение противовключением;

АС-3 - пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся двигателей с номинальной нагрузкой;

АС-4 - пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей, торможение противовключением.

Тепловое реле выполнено на базе биметаллической пластинки, которая нагревается рабочим током асинхронного двигателя. В случае перегрузки двигателя при соответствующем нагреве она изгибается и отключает размыкающий контакт, катушка контактора обесточивается и контактор «отпадает».

 Тепловое реле имеет узел подстройки, с помощью которого можно немного (в пределах 10%) отрегулировать защитную характеристику.

Порядок выполнения работы

 

Описание лабораторного стенда представлено в приложении 7.1. С помощью соединительных проводов собрать схему магнитного пускателя (рис. 9.1):

·  все три фазы теплового реле подключить последовательно в цепь нагрузочного трансформатора Т3;

·  подключить таймер к клеммам ХТ9 и ХТ10 для измерения времени срабатывания теплового реле;

·  переключить SA1 в положение 1;

·  регулируя ток в тепловом реле с помощью нагрузочного трансформатора Т3, произвести необходимые замеры 7 -10 точек для построения защитной характеристики теплового реле. Между замерами необходимо осуществить выдержку времени не менее 3 минут для охлаждения реле. Построить эту характеристику и сравнить с паспортной.

      В отчете по лабораторной работе должны содержаться:

·  электрическая схема магнитного пускателя (рис. 9.1);

·  технические параметры контактора и теплового реле;

·  построенная опытным путем защитная характеристика теплового реле.

9.3. Контрольные вопросы

1. Какие функции выполняют магнитные пускатели и каким образом?

2. Как устроен контактор переменного тока, его технические параметры?

3. Какие функции выполняют тепловые реле и как они устроены?

4. Какой вид имеет защитная характеристика теплового реле и почему?

 

Лабораторная работа № 10

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОНТАКТОРЫ

Цель работы: Изучение технических характеристик и параметров режима работы контакторов переменного и постоянного тока.

Теоретические сведения

Контакторы – это коммутационные электрические аппараты, предназначенные для частых коммутаций электрических цепей и оснащенные электромагнитным приводом. Основные узлы контакторов: контактная и дугогасительная системы, электромагнит привода и вспомогательные контакты (блок контакты). Различают контакторы переменного и постоянного тока, что обуславливает особенности конструкции электромагнита привода. 

 

Р

ɕ

1

2

а

в

г

б

д

0

Рис.10.1. Тяговая характеристика электромагнита привода контактора (1) и противодействующего усилия пружин (2)

 

При подаче напряжения на катушку контактора электромагнит привода контактора развивает усилие, график зависимости которого от величины зазора в электромагните, показан кривой 1 на рис.10.1.

Работоспособность контактора сохраняется при условии, что тяговая характеристика электромагнита (1) во всех точках должна идти выше характеристики противодействующих усилий пружин (2) при минимально допустимом напряжении в сети.

На рис. 10.1:

- точка «д» - противодействующее усилие отключающей пружины при разомкнутых контактах;

- точка «в» - момент соприкосновения контактов;

- отрезок «в» - «а» - противодействующее усилие пружины контактного нажатия;

- точка «б» - противодействующее усилие контактной и отключающей пружин.

Чем больше напряжение в сети, тем выше кривая 1 на рис 4.1 и тем меньше время включения контактора.

В зависимости от конструкции электромагнитного привода контакторы можно разделить на де основные группы: контакторы переменного тока, имеющие шихтованный сердечник электромагнита привода и контакторы постоянного тока с сердечником из сплошного магнитомягкого металла. При этом шихтованный сердечник иногда является источником шума и вибрации, которых в принципе не может быть в контакторах постоянного тока. При подаче напряжения на втягивающую катушку контактора возникает пусковой ток. В начале пуска при максимальном зазоре между подвижным якорем электромагнита контактора и его неподвижной частью сопротивление катушки минимально и ток максимален. Далее по мере уменьшения зазора между подвижным якорем и неподвижной частью электромагнита величина пускового тока уменьшается. Конкретный вид осциллограммы пускового тока зависит от момента времени включения контактора. Длительность пускового тока измеряется десятками миллисекунд. На рис. 10.2 приведена осциллограмма пускового тока контактора переменного тока серии ПМА.

 

Рис.10.2. Осциллограмма пускового тока контактора ПМА

 

На этом рисунке видно, что пиковый пусковой ток контактора превосходит номинальный ток более чем в 3 раза.

При отключении контакторов происходит разрыв тока в индуктивности втягивающей катушки, что сопровождается появлением импульсного перенапряжения, которое рассматривается как импульсная помеха. На рис.10.3 приведена осциллограмма напряжения на катушке контактора серии ПМА при его отключении. В момент отключения тока в катушке контактора импульсное перенапряжение на индуктивности катушки равно

где L – индуктивность катушки,  – скорость уменьшения тока в катушке.

Это перенапряжение (импульсное) может достигать величины, измеряемой в кВ, и может послужить помехой при работе чувствительных устройств.

Рис. 10.3 Импульсное перенапряжение при отключении контактора

 

Если контактор расположен в непосредственной близости от чувствительного аппарата, то подобный импульс может нарушить его нормальную работу. Все вышесказанное в полной мере относится к контакторам постоянного тока. Более совершенными с точки зрения указанного недостатка являются контакторы с электронным блоком, выполняющим 3 дополнительные функции. Первая – осуществление безпикового пуска, вторая – устранение импульсной помехи и третья – усовершенствование электромагнита привода за счет применения для его электропитания постоянного тока, что обеспечивает отсутствие возможной вибрации и повышает надежность работы. На рис.10.4 приведена структурная схема такого контактора серии AF фирмы АВВ. В лабораторной установке смонтированы 3 современных контактора серии AF, оснащенных электронными блоками (схема установки на рис. П7.2).

Выпрямитель

Схема управления электромагнитом

Электро- магнит постоянного тока

Электронный блок

Конденсатор

̴̴̴ U

Рис.10.4. Структурная схема контактора переменного тока

 

Порядк выполнения работы

В данной лабораторной работе необходимо измерить основные параметры работы контакторов переменного токасерии ПМА и одного из контакторов серии AF фирмы АББ (К1, К2 или К3),встроенных в стенд.

Для определения времени срабатывания контактора переменного тока серии ПМА необходимо:

- подключить к установке контактор серии ПМА;

- установить переключатель SA1 в положение 1;

- подключить миллисекундный таймер к клеммам ХТ15 и ХТ16 (рис.П7.2);

- подключить осциллограф к клеммам ХТ13 и ХТ14;

- замкнуть выключатель SA11. Таймер начнет отсчет, а через обмотку электромагнита контактора К2 потечет ток. Контакты К2-2 начнут размыкаться. После их полного размыкания, цепь управления таймером разорвется, и таймер остановиться;

- записать осциллограмму тока при включении контактора.

Для определения времени отпускания контактора К2 необходимо:

- включить выключатель SA11;

- подключить таймер к клеммам ХТ17 и ХТ18;

- включить выключатель SA12. Таймер начнет отсчет, а через обмотку электромагнита контактора перестанет течь ток, и контакты К2-3 начнут размыкаться. После их размыкания таймер остановиться;

- с помощью подключенного осциллографа зафиксировать осциллограмму тока в катушке контактора.

Для определения минимального напряжения срабатывания контактора К2 установить переключатель SA1 в положение 2, включить тумблер SA11, и плавно увеличивать напряжение автотрансформатором от нуля до замыкания контактов К2. Зафиксировать значение минимального напряжения срабатывания. Плавно снижая напряжение, зафиксировать максимальное значение напряжения отпускания контактора.

В отчете по лабораторной работе должны содержаться: электрическая схема проведенного эксперимента (часть схемы рис.П7.2); технические параметры контакторов ПМА, К2 и К3;экспериментально полученные значения времени срабатывания и времени отключения контакторов ПМА, К2 и К3; значения минимального напряжения срабатывания и максимального напряжения отпускания контактора К2; осциллограммы токов в катушках контакторов ПМА, К2 и К3, полученные при включении и отключении контакторов ПМА, К2 и К3;выводы по работе.

10.3. Контрольные вопросы

1.Какие недостатки имеют контакторы, с точки зрения качества напряжения в сети, где они установлены?

2. Почему при включении контакторов возникает пиковый пусковой ток?

3. По какой причине возникает импульсная помеха при отключении контакторов и до какой величины она достигает?

4. Какие имеются пути уменьшения импульсных помех в электрических сетях напряжением 380/220 В?

5. Какими достоинствами обладают контакторы, оснащенные электронным блоком?

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа № 5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ДВУХ НЕЗАВИСИМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Лабораторная работа № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТОТНО – РЕГУЛИРУЕМОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Лабораторная работа № 7. ПОСТРОЕНИЕ ЗАЩИТНОЙ (ВРЕМЯТОКОВОЙ) ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТА

Лабораторная работа № 8. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ, ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ (УЗО)

Лабораторная работа № 9. ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ МАГНИТНОГО ПУСКАТЕЛЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Лабораторная работа № 10. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОНТАКТОРЫ