Дослідження схеми керування пуском в функції часу асинхронного двигуна з фазним ротором

СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ  ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

  МЕТОДИЧНІ  ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ

ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Найменування галузі знань - 0507 « Електротехніка та

електромеханіка » ( 0906 « Електротехніка»)

спеціальності 5.05070104 “Монтаж і експлуатація

 електроустаткування підприємств і цивільних споруд ”

Міністерство освіти і науки молоді та спорту України

Державний вищий навчальний заклад

“ Нововолинський електромеханічний коледж ”

Циклова комісія електротехнічних дисциплін

СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

МЕТОДИЧНІ  ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ

ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Найменування галузі знань - 0507 « Електротехніка та

електромеханіка » ( 0906 « Електротехніка»)

спеціальності 5.05070104 “Монтаж і експлуатація

 електроустаткування підприємств і цивільних споруд ”

Нововолинськ

 2011

Організація та проведення лабораторних робіт

У навчальному процесі вищих навчальних закладів поряд з теоретичним вивченням предмета значне місце відводиться виконанню лабораторних робіт. Правильне сполучення теоретичних знань з практикою лабораторних робіт забезпечує високу якість підготовки спеціалістів.

Методичні вказівки до лабораторних робіт складені відповідно до навчальної програми з предмету “ Системи керування електроприводами ”.

Студенти ознайомлюються з особливістю релейно-контактного, безконтактного та програмного керування електроприводами.

Перед початком виконання лабораторних робіт студент повинен: повторити теоретичний матеріал, пов’язаний із виконанням роботи, підготувати листки для складання звіту про виконану  роботу.

Робота виконується бригадою з 2 – 3 чоловік, які мають певні обов’язки. Лабораторна робота зараховується, якщо звіт має всі необхідні схеми, таблиці, графіки і дані відповіді на питання викладача.

Крім того, студент повинен знати призначення всіх елементів схеми і вміти пояснити порядок дії схеми та виконання нового експерименту.

Правила безпеки при складанні схеми і виконанні робіт

1. Перед збиранням схеми потрібно переконатися в тому, що контакти рубильника лабораторного щита розімкнені. Підключають схему до клем щита тільки після перевірки її викладачем.

2. Не можна доторкатися до верхніх губок рубильників на лабораторних щитах, що знаходяться під напругою.

3. Лабораторні столи не повинні нагромаджуватись сторонніми предметами. Проходи повинні бути вільні від стільців та інших сторонніх предметів.

4. Під час збирання схеми потрібно прокладати провідники так, щоб було якнайменше пересічень. Не можна допускати згортання провідників, а також підключення в натягнутому стані. Невикористані провідники потрібно збирати з робочого стола.

5. Зібрані схеми підключаються до лабораторного щита після перевірки схеми викладачем і попередження про це всіх членів бригади, що спільно виконують цю роботу.

6. Після закінчення випробувань чи під час перерви в роботі схему відключають від мережі.

7. Під час виконання роботи забороняється:

- проводити зміни в схемі, яка знаходиться під напругою;

- доторкатися до оголених струмоведучих частин.

8. При несправностях в апаратах, приладах та провідниках потрібно відключити схему та повідомити про це викладача.

Правила виконання робіт

1. До виконання лабораторних робіт кожний студент повинен вивчити правила техніки безпеки.

2. Склад бригади, назви лабораторних робіт та вправ, а також графік їх проведення повідомляються студентам за декілька днів до першого заняття.

3.  Для проведення кожної роботи студент повинен  вдома:

- підготувати теоретичний матеріал;

- відповісти на контрольні питання. Якщо на деякі питання не буде відповідей до проведення роботи, їх треба знайти самому або з допомогою лаборанта.

4. Перед збиранням електричного кола потрібно ознайомитись з приладами, апаратами, двигунами та макетами, записати їх короткі характеристики, впевнитись в сівпаданні їх робочих напруг з напругами в мережі.

5.  Перед виконанням лабораторних робіт необхідно розподілити обов’язки між членами бригади.

6.  Збирати схеми потрібно починати з головних силових кіл, а підключення їх до клем лабораторного щита проводиться тільки після перевірки правильності збирання схеми викладачем або лаборантом. Для силових кіл потрібно використовувати провідники з більшим січенням, ніж в колах керування. Використання провідників з різнокольоровою ізоляцією полегшує збирання схеми та їх перевірку.

7. Після перевірки зібраного кола всіма членами бригади та викладачем, підключити до напруги його потрібно через захисні апарати (плавкі запобіжники, автоматичний вимикач), номінальний струм яких близький до  робочого струму кола.

8. Покази приладів необхідно записувати з вказуванням ціни поділки.

9. Якщо коло підключене до щита, відходити від нього забороняється.

10. Після закінчення роботи рекомендується виключити пусковий апарат на лабораторному щиті, але кола до перевірки вимірів викладачем не розбирати.

11. Перед тим, як почати наступну роботу, потрібно здати звіт з попередньої роботи. В звіті, крім записів, зроблених  вдома при підготовці роботи, повинні бути графіки в масштабі та зроблені висновки. Якщо звіт не зданий, студент до наступної роботи не допускається.

12. Студенти захищають лабораторні роботи по графіку, складеному викладачем. При захисті студент повинен знати теоретичний матеріал, а також пояснити отримані результати.

Перелік лабораторних робіт

з курсу “ Системи керування електроприводами ” для студентів

спеціальності 5.05070104 “Монтаж, експлуатація та ремонт електроустаткування підприємств і цивільних споруд”

 ЛР № 1.  Дослідження схеми керування електродвигуном  постійного струму    

                   паралельного збудження при пуску в функції часу.

 ЛР № 2.   Дослідження схеми  керування  пуском  в функції часу асинхронного  

                     двигуна   з фазним ротором.

 ЛР № 3.    Дослідження схеми керування  асинхронним двигуном  з  короткозамкнутим

                   ротором в гальмівних режимах.

ЛР  № 4.   Дослідження роботи електропривода по системі генератор-двигун.

ЛР  № 5.    Дослідження схем керування електроприводами з керуванням  на  

               безконтактній апаратурі.

ЛР  № 6.  Дослідження роботи однофазного тиристорного перетворювача.

ЛР  № 7.   Дослідження роботи схеми керування  асинхронним двигуном з схемою 

                    керування на основі частотного перетворювача.

ЛР  №8.    Дослідження замкненої  системи електропривода в системі  тиристорний  

                    перетворювач - двигун (ТП-Д) з зворотнім зв’язком по швидкості.

ЛР  № 9.    Дослідження роботи схеми керування з слідкуючим електроприводом.

ЛР № 10.   Дослідження роботи схеми програмного  керування  електроприводами.

4

Лабораторна робота №1

Дослідження  схеми керування електродвигуном постійного струму паралельного збудження при пуску в функції часу

Мета роботи: практично вивчити схему автоматичного керування двигуном постійного

    струму паралельного збудження і придбати навики в збиранні і регулюванні цієї схеми.

Програма роботи

1. Ознайомитись з електричною машиною, апаратами та приладами, дані записати в специфікацію.

2. Зарисувати реальну схему  керування установки, випробувати та налагодити  її  роботу.

3. Дослідити  вплив  уставок реле  часу та зміни опору в колі якоря   на роботу схеми.

4. Охарактеризувати роботу схеми .

Теоретичні пояснення

Рисунок 1.1. Схема  автоматичного керування пуском електродвигуна  постійного струму паралельного збудження у функції часу з динамічним  гальмуванням  в  функції  ЕРС з керуванням змінною напругою .

Схема автоматизованого керування. Дана схема (рис.1.1) забезпечує автоматизоване нереверсивне керування пуском електродвигуна постійного струму двома ступенями у функції часу і його динамічне гальмування в функції ЕРС. Схема складається з двох електрично не з’єднаних частин: силової  на постійну напругу і керування на змінній напрузі.

Силова частина схеми включає в себе електродвигун (коло якоря і коло збудження), пусковий опір з трьома елементами (r1 – r3), опір  динамічного гальмування r_дт і контакти, що здійснюють включення всієї силової частини і її елементів.

Керуюча частина схеми виконана на змінній напрузі і складається з реле і контакторів, що здійснюють керування електродвигуном при його пуску за визначеною програмою.    Процес пуску електродвигуна у функції часу здійснюється за допомогою реле часу – реле прискорення, що встановлюються на уповільнення при спрацюванні.

Силова і керуюча частини схеми мають роздільне живлення, що дозволяє налаштовувати  керуючу  частину  схеми без включення в мережу електродвигуна. Силова

5

частина схеми підключається до мережі автоматичним вимикачем QF1, а керуюча частина – автоматичним вимикачем QF2.

Працює  схема  наступним  чином. При короткочасному натисканні кнопки “Пуск” замикається коло котушки лінійного контактора КМ, при спрацюванні якого замикаються блок-контакти (2 – 3), що блокують  кнопку, розмикається контакт КМ в колі керування динамічним гальмуванням  (19 -20, 10 -11), замикається контакт ( 2 – 3), що вмикає електронне реле прискорення КТ, а також замикаються силові контакти КМ  в колі якоря електродвигуна М. При цьому починається пуск електродвигуна при повному пусковому опорі r1+r2+r3 (перший ступінь пуску). Реле прискорення КТ1 спрацьовує із встановленим часом уповільненням і своїм контактом (1 – 7) замикає коло котушки контактора прискорення КМ1, при спрацюванні якого замикаються контакти КМ1, що шунтують елемент пускового опору r1. В підсумку електродвигун переходить на  другий  ступінь  пуску з пусковим опором ( r2+r3 ), і якір елетродвигуна отримує подальше прискорення. Через витримки часу встановленого на реле (контакт КТ.2) підключають обмотку реле прискорення КМ2, яке спрацьовує з заданим часом уповільнення і своїм контактом (16 – 17) зашунтує опір r2, через витримку часу t₃ контакт КТ.3 і електродвигун вийде на номінальну напругу мережі. На цьому процес пуску закінчується.

Для відключення електродвигуна необхідно короткочасно натиснути кнопку SB1 “Стоп”. При цьому розімкнеться коло обмотки лінійного контактора КМ, який своїми контактами відключить коло якоря електродвигуна від мережі і кола обмоток всіх прискорюючих реле і контакторів. Отже, розімкнуться контакти КМ1, КМ2 і КМ3, що шунтують елементи пускового опору r1+r2+r3, чим підготовлять силову частину схеми для наступного пуску електродвигуна. Одночасно замкнуться контакти КМ в колі керування динамічним гальмуванням (10-11, 10-14) і електродвигун перейде в режим динамічного гальмування, при якому кінематична енергія обертових по інерції мас електропривода буде перетворюватися в теплоту і виділятися на опорі r_дт.

При досягненні напруги на реле KV »0  схема перейде у вихідне положення.

Таблиця 1.1 Дослідження роботи схеми пуску ДПС паралельного збудження

За даними таблиці побудуйте діаграми прискорення

Контрольні запитання

1.   У функції яких параметрів можливий автоматичний пуск електродвигунів постійного струму?

2. В якій послідовності проходить спрацювання  контакторів  і реле в розглянутій схемі  керування?

3. Як впливає зміна часу уповільнення  при  спрацюванні реле прискорення на кидки пускового струму в колі якоря  електродвигуна  постійного  струму?

5. Чи залежить тривалість пускової операції в розглянутій схемі від навантаження на вал електродвигуна?

6

Лабораторна робота №2

Дослідження схеми керування пуском в функції часу асинхронного двигуна з фазним ротором

Мета роботи: налагодити нереверсивну схему автоматизованого керування пуском асинхронного двигуна  з  фазним ротором в функції часу та засвоїти принцип   роботи схем в гальмівних режимах.

 Програма роботи

1. Ознайомитись з електричною машиною, апаратами та приладами, дані записати

   в специфікацію.

2. Зарисувати реальну схему  керування установки, випробувати та налагодити  її  роботу.

 3. Дослідити  вплив  уставок реле часу та зміни опору в колі якоря  на роботу схеми.

 4. Охарактеризувати роботу схеми .

Теоретичні пояснення

Для керування асинхронним двигуном використовують апарати як змінного, так і постійного струму. Схеми керування з апаратами змінного струму простіші, проте менш надійні в роботі. В електроприводах, де потрібне велике число ввімкнень двигуна на годину, як правило, застосовують схеми керування з апаратами постійного струму. Для живлення таких схем необхідно додатково встановлювати випрямлячі, що ускладнює установку і підвищує її вартість. Однак, такі схеми надійніші при роботі і дозволяють збільшити частоту ввімкнень двигуна. На практиці застосовуються також схеми, в яких одна частина апаратів працює на змінному струмі (силові контактори, реле максимального захисту), а друга частина – на постійному (реле часу, проміжні). В таких схемах апарати постійного струму живляться від випрямлячів.

Ступені пускових опорів, а також витримки часу окремих реле повинні бути розраховані і підібрані так, щоб забезпечити нормальну пускову діаграму.

Схема керування асинхронним двигуном зображена на рисунку  2.1.

Вмиканням автоматичних вимикачів QF1, QF2, QF3 схема підготовляється до роботи. При цьому отримують живлення котушки реле часу КТ1 та КТ2, які розмикають свої контакти в колах магнітних пускачів КМ1 і КМ2. При натисканні кнопки SB2 одержує живлення магнітний пускач КМ і своїми силовими контактами вмикає статор двигуна в мережу, а блок-контактами шунтує кнопку SB2, розриває кола магнітного пускача гальмування КМ3 та реле КМ3 і вмикає котушку реле КТ3. Двигун починає обертатись при введених в коло ротора опорах r₁ i r₂. Реле КТ1 з витримкою часу вмикає магнітний пускач КМ1, який своїми силовими контактами закорочує опір в колі ротора, а блок-контактами розриває коло котушки реле КТ2. З витримкою часу реле КТ2 вмикає магнітний пускач КМ2, який закорочує другий ступінь опору і двигун виходить на природну характеристику.

При роботі двигуна реле КТ3 отримує живлення і його контакт в колі магнітного пускача КМ3 замкнений. При натисненні на кнопку SB1 розмикаються кола живлення контакторів КМ, КМ1 і КМ2. Блок-контакт КМ вмикає магнітний пускач КМ3, який своїми силовими контактами подає постійний струм в обмотку статора двигуна. Наступає динамічне гальмування. Одночасно магнітний пускач КМ своїми блок-контактами розмикає коло КМ3.

7

Тоді з витримкою часу магнітним пускачем КМ3 знімається постійна напруга зі статора двигуна.

Витримка часу КТ3 настроюється так, щоб статор двигуна вимикався з мережі постійного струму при швидкості обертання, близькій до нуля.

Рисунок 2.1 Схема пуску асинхронного двигуна у два ступені в функції часу та динамічним гальмуванням у функції часу.

Рисунок 2.2  Механічна характеристика асинхронного двигуна та діаграма прискорень

Методичні вказівки

 Ці реле налагоджують з допомогою електросекундоміра, подаючи на їх котушки живлення від мережі змінного струму через випрямляч. Склавши схему керування, треба випробувати її роботу та перевірити експериментально правильність розрахунків пускових опорів і витримок часу реле. При правильному розрахунку опорів та витримок часу і точному налагодженні  схеми керування величини струмів при перемиканнях повинні відповідати розрахунковим, а при динамічному гальмуванні статор повинен вимикатись з мережі постійного струму при зупинці двигуна.

Пуск та зупинка двигуна

Для пуску електродвигуна необхідно включити QF1, QF2 та QF3 і натиснути кнопку  

 “ Пуск ”. Для зупинки необхідно натиснути кнопку “ Стоп ”. Пуск повторити три рази, дивлячись на кидки струму в колі статора і часу включення кола ротора на кожному ступені пуску.

8

Ефективність динамічного гальмування перевіряють порівнянням довжини часу обертання ротора по інерції при відключеному автоматичному вимикачі QF3 з довжиною при ввімкненому автоматичному вимикачі QF2. Вимірювання часу гальмування починають з моменту натискання на кнопку “Стоп” до моменту повної зупинки електродвигуна заносяться в табл. 3.2, потім визначають середнє значення параметрів, як суму трьох вимірів, розділену на три.

В висновках про виконану роботу необхідно викласти властивості досліджуваної схеми керування, а також вказати середні параметри, які характеризують процеси пуску і зупинки електродвигуна.

      Таблиця 2.1 Дослідні дані перевірки схеми керування

Контрольні питання

1. Викладіть послідовність спрацювання контакторів при натисканні кнопки “Пуск”.

2. Чи буде працювати схема керування, якщо кнопку “Пуск” не шунтувати контактами КМ?

3. Яке призначення контактів лінійного контактора КМ в колі контактора гальмування КМ3?

4. Які зміни необхідно внести в схему керування для того, щоб пуск електродвигуна проходив на чотирьох ступенях?

Лабораторна робота №3.