Idea Transcript
Министерство образования и науки Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА Кафедра теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности
С. Г. Максютов, Р. Н. Конкин Д. А. Кислицин
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ НЕРЕВЕРСИВНОГО МАГНИТНОГО ПУСКАТЕЛЯ Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» Под редакцией М. С. Ершова
Москва 2014
УДК 621.3
Р е ц е н з е н т: профессор, д.т.н. М. С. Ершов
С. Г. Максютов, Р. Н. Конкин, Д. А. Кислицин. Изучение принципа работы нереверсивного магнитного пускателя: Методические указания к лабораторной работе. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2014. – 22 с. Методические указания содержат рекомендации и теоретический материал для изучения принципов работы нереверсивного магнитного пускателя. Предлагаемый алгоритм выполнения лабораторной работы позволяет изучить и проверить функциональные возможности схемы включения нереверсивного пускателя. Реализация изложенного методического инструментария позволяет повышать уровень компетенций, получаемых при освоении дисциплины «Электрические и электронные аппараты» в рамках подготовки бакалавров по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Издание подготовлено на кафедре теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности в рамках обновления методического комплекса для студентов факультета автоматики и вычислительной техники, с учетом текущих требований национальных стандартов в сфере образования.
© С. Г. Максютов, Р. Н. Конкин, Д. А. Кислицин, 2014 © РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2014
Цель работы Изучение принципов работы нереверсивного магнитного пускателя, проверка его функциональных возможностей; развитие навыков чтения электрических схем, сборки и монтажа элементов в шкафах управления. 1. ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
1. Подключить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором к питающей сети с помощью нереверсивного магнитного пускателя и проверить функцию ручного дистанционного управления электродвигателем. 2. Смоделировать функцию защиты от перегрузки двигателя, а также от обрыва линейного питающего провода. 2. ПРАВИЛО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЙТИНГОВОЙ ОЦЕНКИ
В зависимости от объёма выполненного задания количество баллов за выполнение и защиту лабораторной работы в процентном соотношении от максимальной величины рейтинговой оценки за выполнение этой работы распределяется согласно таблица 1. Распределение рейтинговой оценки Описание этапа выполнения задания
Таблица 1
Распределение рейтинговой оценки в % от максимального балла за ЛР
Подготовка и получение допуска к лабораторной работе
10
Выполнение лабораторной работы
30
Сдача отчёта в срок
10
Защита лабораторной работы
50
Итого:
100 3
Обязательным условием для зачёта лабораторной работы являются выполнение и защита первой части задания. Для получения максимального рейтинга необходимо выполнить все части задания в полном объёме. 3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1. Магнитный пускатель Магнитный пускатель (МП) представляет собой комбинацию всех коммутационных устройств, необходимых для пуска и остановки двигателя, с защитой от перегрузок. Одноступенчато подающий сетевое напряжение на выводы двигателя МП называют пускателем прямого действия [1]. Пускатель прямого действия, или нереверсивный МП, в отличие от реверсивного пускателя, не предназначен для изменения направления вращения двигателя путем переключения его питающих соединений. Основные конструктивные элементы МП: • аппараты для цепи управления (нажимные кнопки), • электромагнитный контактор, • тепловое реле, • корпус или основание. 3.2. Функциональные возможности нереверсивного МП Принципиальная схема нереверсивного МП (рис. 1), реализует следующие функции: • прямое подключение асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором к питающей сети; • ручное управление включением и отключением электродвигателя; 4
• защиту: питающей электродвигатель линии от коротких замыканий (КЗ), от снижения напряжения питающей сети, перегрузки электродвигателя, электродвигателя от обрыва линейного питающего провода. Для лучшего освоения материала рекомендуется самостоятельно изучить конструкцию и принцип работы электромагнитного контактора, теплового реле и аппаратов для цепей управления по материалу, изложенному в методических указаниях к лабораторной работе «Определение параметров электрических аппаратов» [2]. 3.3. Принцип работы нереверсивного магнитного пускателя На схеме (рис. 1) обозначены следующие электрические аппараты и их элементы: QF – автоматический воздушный выключатель; KM – катушка контактора; KM1 – главные контакты контакL1 L2 L3 N
L1 L2 L3 QF
QF SP SP S0
S1
KK1
KM
S0
KM2
S1
KK1
KM
KM2
KM1
KM1
KK
KK a)
б)
M
M
Рис. 1. Схема включения нереверсивного магнитного пускателя: а – с цепью управления, рассчитанной на линейное напряжение; б – на фазное 5
тора; KM2 – нормально-разомкнутый контакт управления блокконтакта контактора; KK – чувствительный элемент теплового реле; KK1 – нормально-замкнутый контакт теплового реле; S1 – кнопка «ПУСК»; S0 – кнопка «СТОП»; SP – предохранитель цепи управления. При нажатии кнопки «Пуск» цепь тока, питающего катушку, замыкается по цепи: линейный провод L1, автоматический выключатель QF, нормально-замкнутый контакт кнопки «Стоп», замкнувшийся контакт кнопки «Пуск», нормально-замкнутые контакты теплового реле КК1, катушка контактора КМ, предохранитель цепи управления SP, линейный провод L2. После притяжения якоря электромагнита замыкаются главные контакты КМ1 и электродвигатель запускается, а также одновременно замыкается контакт управления КМ2 блок-контакта, шунтирующий контакт кнопки «Пуск», что обеспечивает путь току после прекращения воздействия на кнопку «Пуск» и, соответственно, размыкания её контакта. При нажатии кнопки «Стоп» разрывается цепь катушки контактора KM, что приводит к размыканию главных контактов КМ1 и остановке двигателя. Главные контакты КМ1 коммутируют цепь питания электродвигателя. При включённом автоматическом выключателе QF и срабатывании контактора асинхронный двигатель подключается к линейным проводам (L1, L2, L3) питающей сети. Для реализации функции управления в цепи управления предусмотрены кнопки «Пуск» и «Стоп». Защита питающей электродвигатель линии от КЗ осуществляется посредством выключателя QF, а защита цепи управления – предохранителем SP. Функцию защиты от снижения напряжения питающей сети выполняет контактор МП, имеющий электромагнитный привод. Эта функция реализуется следующим образом: при снижении величины питающего 6
напряжения до значения Uотп (или ниже) уменьшается сила тока в катушке контактора KM, а следовательно, снижается магнитный поток в магнитопроводе. Это приводит к отпаданию якоря под действием возвратной пружины, размыканию главных контактов КМ1 и отключению двигателя. Одновременно с размыканием главных контактов контактора KM1 контакт управления КМ2 блок-контакта размыкается и разрывает цепь катушки контактора KM. Таким образом, если напряжение вновь возрастет до номинального значения, то самопроизвольное включение пускателя не произойдет. Защита электродвигателя от перегрузки и неполнофазного режима (обрыва линейного провода питания) осуществляется тепловым реле. Для схемы нереверсивного МП (рис. 1), характерен следующий алгоритм защиты: при перегрузке электродвигателя или обрыве провода ток в главной цепи возрастает, что приводит к срабатыванию теплового элемента реле КК, после чего нормально-замкнутый контакт KK1 реле разрывает цепь управления катушкой контактора КМ. В результате, контакты главной цепи КМ1 отключают электродвигатель от питающей сети. 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Схема включения нереверсивного магнитного пускателя, реализуемая в данной работе, изображена на рисунке 2. Схема собирается с помощью штатных аппаратов, разъемов и проводов. Порядок сбора схемы и последовательность выполнения задания к лабораторной работе приведены ниже. Напоминаем! Перед подачей напряжения схему необходимо представить для проверки преподавателю. 7
Порядок сборки схемы 1.1. Установите на DIN-рейку блока CO3209-1C коммутационные аппараты 3RV1011-0JA10 и 3RT1015-1AP01, как показано на рисунке 3. Аппарат 3RV1011-0JA10 представляет собой устройство, объединяющее автоматический выключатель и тепловое реле. При перегрузке АД этот аппарат разрывает цепь питания электродвигателя собственными контактами, поэтому в цепи управления МП отсутствует тепловое реле, а следовательно, и размыкающий контакт КК1, который был показан на рис. 1. CO3209-1C
L1
Q2
L1 L2
I>
Q1
I>
CO3212-5U
L2
I>
L3
L3 N Pe
QF 0JA10
I>
I>
I>
CO3209-1A
S0
1 2
S1
3
13
4
14
KМ2
А1
1APO1
KM1
КМ
А2
U1
V1
W1
W2
U2
V2
SE2672-3G
M Рис. 2. Схема включения нереверсивного магнитного пускателя 8
1.2. Закрепите в клеммных зажимах аппаратов переходники MC для соединительных проводов. 1.3. Проверьте надежность соединения электродвигателя и сервопривода: винт крепления оснований не должен иметь свободного хода при вращении по часовой стрелке, а между основаниями сервопривода и двигателя не должно быть зазора. Убедитесь, что валы машин соединены муфтой и одет защитный кожух. Проводник, расположенный на кожухе, должен замкнуть контакты, расположенные на основании сервопривода под местом соединения валов. 1.4. С помощью разноцветных соединительных проводов соберите силовую часть схемы, включающую блоки CO3212-5U (Q1) и CO3209-1C (Q2), коммутационные элементы 3RV10110JA10 (QF) и 3RT1015-1AP01 (КМ1 – главные контакты), асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором SE2672-3G, как указано на рисунке 4. Выводы обмотки двигателя U1, V1, W1 подключаются к соответствующим выводам L1, L2, L3 контактора 3RT1015-1AP01, а выводы U2, V2, W2 подключаются в следующем порядке U2 к V1, V2 к W1, W2 к U1. Таким образом обмотки электродвигателя соединяются в треугольник. 1.5. Соберите цепь управления, содержащую кнопки «ПУСК» (S1) и «СТОП» (S0) блока CO3209-1A, катушку и контакт управления блок-контакта контактора КМ, как показано на рисунке 5. 2. С целью изучения принципа работы нереверсивной схемы управления АД с короткозамкнутым ротором произведите запуск двигателя с соединением обмоток в треугольник на холостом ходу, соблюдая следующую последовательность действий: 2.1. После проверки схемы преподавателем поверните выключатель Q1. 9
Рис. 3. Расположение электрических аппаратов на DIN-рейке блока CO3209-1C
Рис. 4. Вид соединений силовой части схемы включения нереверсивного МП 10
2.2. Поочередно включите автоматические выключатели Q2 и QF, на котором необходимо установить значение уставки, равное 1 А (номинальный ток двигателя). 2.3. Убедитесь, что при нажатии на кнопку «ПУСК» двигатель запускается, а при нажатии на кнопку «СТОП» – останавливается. При пуске и остановке двигателя необходимо визуально контролировать работу контактора 3RT1015-1AP01. 2.4. Отключите поочередно аппараты QF, Q2 и Q1.
Рис. 5. Вид соединений цепи управления схемы включения нереверсивного МП 11
Рис. 6. Общий вид передней панели блока CO3636-6V
3. Для исследования функции защиты от перегрузки необходимо добавить в схему блок CO3636-6. Общий вид блока с лицевой стороны и расположение элементов блока на её поверхности показаны на рисунке 6. Блок CO3636-6V подключается в разрыв питающей электрическую машину линии в следующей последовательности (см. рис. 7): • клеммы Line L1, L2, L3 блока подключаются к соответствующим выводам последнего коммутационного устройства в схеме управления электрической машиной; 12
• к клеммам Machine L1, L2, L3 подключаются выводы обмотки двигателя U1, V1, W1 или соответствующие вводные клеммы переключателя «треугольник-звезда» L1, L2, L3 в соответствии с заданием к лабораторной работе; • клеммы тепловой защиты двигателя «ϑ >» подключаются к соответствующим клеммам «ϑ –MOTOR» (зеленые) блока CO3636-6V; • оставшиеся клеммы «ϑ –MOTOR» (белые) подключаются к клеммам «RELEASE» блока CO3212-5U. Для реализации ручного режима контроля параметров и характеристик на блоке CO3636-6V необходимо: • убедиться, что блок находится в ручном режиме управления (должен светиться индикатор SPEED CONTROL); • запустить сервопривод нажатием кнопки «RUN»; • с помощью ручки регулятора изменять момент, создаваемый сервоприводом, или величину скорости и направление вращения; • фиксировать значения величин момента и скорости привода по информационным дисплеям: – для момента и – для скорости; • определить режим работы машины (квадрант характеристики) с помощью четырех индикаторов, которые находятся на координатной плоскости, расположенной на лицевой части блока CO3636-6V; • по окончании работы отключить сервопривод нажатием кнопки «STOP» на блоке. Все вышеперечисленные действия должны быть обязательно выполнены в данной последовательности! С помощью кнопки «Mode» можно изменять регулируемый параметр сервопривода: 13
а) SPEED CONTROL – регулирование скорости с шагом 10 об/мин; б) TORQUE CONTROL – регулирование момента с шагом 0,05 Н/м; в) SPEED CONTROL + SYNCHRONISATION – регулирование скорости с шагом 2 об/мин. 4. Для целей изучения функции защиты от перегрузки АД необходимо выполнить следующие действия.
Рис. 7. Вид подключения блока CO3636-6V и нагрузочного сервопривода 14
4.1. Кроме блока CO3636-6V в силовую часть схемы включите измерительный блок CO5127-1Z, как указано на рисунке 8. Клеммы аналого-цифрового мультиметра «I» и «0» подключите к выводу обмотки двигателя W1 и клемме L3 блока CO3636-6V соответственно, клемму U аналого-цифрового мультиметра CO5127-1Z подключите соединительным проводом к выводу обмотки двигателя V2. Схемы нереверсивного МП для проведения опыта перегрузки электродвигателя представлен на рисунке 9. 4.2. После проверки схемы преподавателем включите блок CO3636-6V, дождитесь характерного щелчка и поверните выключатель Q1. 4.3. Поочередно включите автоматические выключатели Q2 и QF, на котором необходимо установить значение уставки, равное 1 А. 4.4. Включите мультиметр CO5127-1Z и нажмите кнопки U и I, для одновременного отображения значений тока и напряжения двигателя. 4.5. Запустите двигатель кнопкой «ПУСК». 4.6. Убедитесь, что светиться индикатор SPEED CONTROL и запустите сервопривод кнопкой «RUN» блока CO3636-6V. 4.7. Вращая ручку регулятора блока CO3636-6V против часовой стрелки, увеличьте значение момента сопротивления на валу электродвигателя таким, чтобы мультиметр CO5127-1Z показал значение тока, равное 1,5 А (соответствует перегрузке электродвигателя на 50%), и начните фиксацию времени. 4.8. Дождитесь срабатывание теплового расцепителя перегрузки автоматического выключателя 3RV1011-0JA10. Оцените время от момента увеличения нагрузки на двигателе до срабатывания теплового расцепителя. 15
Рис. 8. Вид соединений силовой части схемы включения нереверсивного МП для проверки функции защиты от перегрузки 16
CO3209-1C
L1
Q2
L1 L2
H>
Q1
H>
CO3212-5U
L2
H>
L3
L3 N Pe
QF 0JA10
H>
H>
H>
CO3209-1A 1
S0
2
1APO1
KM1 S1
3
13
4
14
KМ2 LLNE
L1
L2 L3 А1
CO3636-6V
КМ
А2 MACHLNE
А
CO5127-1Z
U1
V1
W1
W2
U2
V2
V
SE2672-3G
M Рис. 9. Схема включения нереверсивного МП для проверки функции защиты от перегрузки
17
4.9. Остановите сервопривод кнопкой «STOP» блока CO36366V (после отключения АД сервопривод продолжит работу и будет вращаться в противоположную сторону). 4.10. Дайте термочувствительной части аппарата 3RV10110JA10 (QF) остыть в течение 5 минут. 4.11. Включите автоматический выключатель QF и повторите пункты 4.5 – 4.8, увеличивая значение момента сопротивления на валу электродвигателя так, чтобы мультиметр CO5127-1Z показал значение тока, равное 1,2 А (соответствует перегрузке электродвигателя на 20%). 4.12. Оцените время от момента увеличения нагрузки на двигателе до срабатывания теплового расцепителя при перегрузке на 20% и сделайте соответствующие выводы. Выводы по оценке времени согласуйте с преподавателем. 4.13. Остановите сервопривод кнопкой «STOP» блока CO3636-6V. 4.14. Отключите поочередно аппараты QF, Q2 и Q1. Выключите блок CO3636-6V и мультиметр CO5127-1Z. 5. Для целей изучения функции защиты АД от обрыва линейного питающего провода необходимо выполнить следующие действия. 5.1. В силовую часть схемы (рис. 9), в разрыв фазы L2 включите пакетный выключатель Q5 блока O3209-1A, как показано на рисунке 10. Клеммы «1» и «2» пакетного выключателя Q5 подключите к выводу обмотки двигателя V1 и клемме L2 блока CO3636-6V соответственно. 5.2. После проверки схемы преподавателем включите блок CO3636-6V, дождитесь характерного щелчка и поверните выключатель Q1. 5.3. Поочередно включите автоматические выключатели Q2 и 18
QF, на котором необходимо установить значение уставки, равное 1 А. 5.4. Переключите пакетный выключатель Q5 в положение 1, замкнув фазу L2.
Рис. 10. Вид соединений силовой части схемы включения нереверсивного МП для проверки функции защиты от обрыва питающего провода 19
5.5. Включите мультиметр CO5127-1Z и нажмите кнопки U и I, для одновременного отображения значений тока и напряжения двигателя. 5.6. Запустите двигатель кнопкой «ПУСК». 5.7. Убедитесь, что светиться индикатор SPEED CONTROL и запустите сервопривод кнопкой «RUN» блока CO3636-6V. 5.8. Вращая ручку регулятора блока CO3636-6V против часовой стрелки увеличьте значение момента сопротивления на валу электродвигателя так, чтобы мультиметр CO5127-1Z показал значение тока, равное 1,0 А (соответствует номинальной нагрузке). 5.9. Переключите пакетный выключатель Q5 в положение 0, имитируя обрыв фазы L2, и начните фиксацию времени. 5.10. По показаниям мультиметра CO5127-1Z зафиксируйте значение тока в фазе L3 после обрыва фазы L2. 5.11. Дождитесь срабатывание теплового расцепителя перегрузки автоматического выключателя 3RV1011-0JA10 и остановите сервопривод кнопкой «STOP» блока CO3636-6V (после отключения АД сервопривод продолжит работу и будет вращаться в противоположную сторону). Оцените время до срабатывания теплового расцепителя. 5.12. Отключите поочередно аппараты QF, Q2 и Q1. Выключите блок CO3636-6V и мультиметр CO5127-1Z. 6. Полностью разберите схему, отсоединив провода, переходники MC из клеммных зажимов, снимите аппараты с DIN-рейки.
20
5. ОТЧЕТ О ПРОДЕЛАННОЙ РАБОТЕ
В отчете необходимо указать название и цель работы и выполнить от руки согласно ЕСКД схему нереверсивного магнитного пускателя. Для выполнения работы обязательно наличие схемы, знание принципа работы нереверсивного магнитного пускателя и его назначения. После выполнения работы в отчёте необходимо сформулировать преимущества и недостатки схемы нереверсивного МП, по сравнению с другими схемами прямого включения АД, проанализировать значения фазного тока АД в номинальном и неполнофазном режимах и указать причину повышения тока при обрыве фазы.
21
Литература 1. ГОСТ Р 50030.4.1-2002 Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 4−1. Контакторы и пускатели. 2. С.Г. Максютов, Р.Н. Конкин, Д.А. Кислицин. Определение параметров электрических аппаратов: Методические указания к лабораторной работе. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014. – 35 с.
22
ДЛЯ ЗАМЕТОК
24
МАКСЮТОВ Сергей Геннадьевич КОНКИН Ратибор Николаевич КИСЛИЦИН Дмитрий Алексеевич
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ НЕРЕВЕРСИВНОГО МАГНИТНОГО ПУСКАТЕЛЯ Методические указания к лабораторной работе
Редактор издательства Л. А. Суаридзе Компьютерная верстка: И. В. Севалкина
Подписано в печать 29.12.2014. Формат 60×841/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Таймс». Усл. п.л. 1,5. Тираж 30 экз. Заказ № 574
Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 тел./факс: (499) 507 82 12