Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу, Кацман М.М., 2016

Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу, Кацман М.М., 2016.

Книга содержит указания по организации работы студентов в лабораториях электрических машин и электрического привода. В ней приведено содержание лабораторных работ, каждая из которых включает программу работы, указания по подготовке к ней, описания экспериментов и методические указания по их выполнению, а также рекомендации по анализу результатов экспериментов и выполнению отчета о проделанной работе. Учебное пособие может быть использовано при освоении профессионального модуля НМ.01 «Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования» (МДК.01.01) по специальности «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования». Для студентов учреждений среднего профессионального образования. Пособие может быть полезно студентам вузов.

Организация и порядок проведения лабораторных работ.
Лабораторные работы по предметам «Электрические машины» и «Электрический привод» знакомят студентов с устройством трансформаторов, электрических машин, электромашинных элементов электропривода, типовых схем автоматического электропривода и позволяют экспериментально проверить основные положения теории, приобрести навыки по сборке электрических схем, содержащих электрические машины, трансформаторы, пускорегулирующую аппаратуру, измерительные устройства. Непосредственное участие в экспериментах вырабатывает у студентов практические навыки по методике проведения опытов и обработке их результатов. По полученным данным лабораторного исследования студенты должны научиться оценивать свойства электрических машин и систем электропривода.

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, необходимо: тщательно изучить содержание работы и порядок ее выполнения; повторить теоретический материал; подготовить таблицы для занесения результатов наблюдений и вычислений. Студент должен иметь отдельную рабочую тетрадь для записей, необходимых для составления отчета о проделанной работе. Чтобы избежать возможных ошибок при чтении принципиальных схем и ознакомлении с лабораторными стендами, нужно знать условные обозначения и буквенные коды электротехнических элементов и устройств, соответствующих действующему стандарту (см. прил. 1 и 2).

Лабораторные работы выполняются бригадами, обычно из 3 — 5 человек. Такой количественный состав определяется необходимостью одновременного снятия большого числа показаний измерительных приборов и регулировкой нескольких параметров исследуемого объекта. В процессе работы каждый член бригады выполняет определенные обязанности. В последующих работах эти обязанности должны меняться так, чтобы каждый член бригады смог приобрести навыки по различным видам работ лабораторного исследования.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу, Кацман М.М., 2016 — fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу

Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу, Кацман М.М., 2011

Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу, Кацман М.М., 2011.

Книга содержит указания по организации работы студентов в лабораториях электрических машин и электрического привода. В ней приведено содержание лабораторных работ, каждая из которых включает программу работы, указания по подготовке к ней, описания экспериментов и методические указания по их выполнению, а также рекомендации по анализу результатов экспериментов и выполнению отчета о проделанной работе.
Учебное пособие может быть использовано при освоении профессионального модуля ПМ.01 «Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования (МДК.01.01)» по специальности 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования».
Для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования. Пособие может быть полезно студентам ВУЗов.

Измерение электрических величин.
Значительное влияние на качество выполняемого эксперимента по исследованию электрических машин и трансформаторов оказывают правильный подбор измерительных приборов и техника измерений. Из большого разнообразия систем электроизмерительных приборов наибольшее распространение в лабораториях электрических машин и электропривода получили магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая и индукционная системы.

Магнитоэлектрическая система. Приборы этой системы имеют равномерную шкалу, мало подвержены влиянию внешних магнитных полей. К недостаткам следует отнести чувствительность к перегрузкам и колебаниям температуры.

Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы применяют в цепях постоянного тока. Обычно одна из клемм прибора обозначена знаком плюс или минус, что необходимо учитывать при включении прибора в сеть. При неправильном включении прибора в сеть стрелка отклоняется влево. В этом случае провода, присоединенные к клеммам, следует поменять местами, предварительно отключив установку от сети.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
В.1. Организация и порядок проведения лабораторных работ
В.2. Техника безопасности при работах в лабораториях электрических машин и электрическою привода
В.3. Пускорегулирующая аппаратура
В.4. Устройства для механической нагрузки электродвигателей
В.5. Измерение электрических величин
В.6. Измерение частоты вращения электрических машин
В.7. Общие указания по выполнению лабораторных работ
В.8. Обработка результатов эксперимента и оформление отчета по лабораторной работе
Раздел первый. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Глава 1. Трансформаторы
Лабораторная работа № 1. Исследование силового трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания
Лабораторная работа № 2. Опытное определение групп соединения трехфазного трансформатора
Лабораторная работа № 3. Исследование параллельной работы трехфазных трансформаторов
Лабораторная работа № 4. Исследование однофазного автотрансформатора
Глава 2. Асинхронные машины
Лабораторная работа № 5. Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки
Лабораторная работа № 6. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором методом холостого хода и короткого замыкания
Лабораторная работа № 7. Исследование способов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
Лабораторная работа № 8. Исследование трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах
Лабораторная работа № 9. Исследование индукционного регулятора
Лабораторная работа № 10. Исследование асинхронного исполнительного двигателя
Глава 3. Синхронные машины
Лабораторная работа № 11. Исследование трехфазного синхронного генератора
Лабораторная работа № 12. Исследование трехфазного синхронного генератора, включенного на параллельную работу с сетью
Лабораторная работа № 13. Исследование трехфазного синхронного двигателя
Лабораторная работа № 14. Исследование синхронного реактивного конденсаторного двигателя
Глава 4. Коллекторные машины
Лабораторная работа № 15. Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения
Лабораторная работа № 16. Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения
Лабораторная работа № 17. Исследование генератора постоянного тока смешанного возбуждения
Лабораторная работа № 18. Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
Лабораторная работа № 19. Исследование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения
Лабораторная работа № 20. Исследование двигателя постоянного тока смешанного возбуждения
Лабораторная работа №21. Исследование универсального коллекторного двигателя
Лабораторная работа № 22. Определение КПД машины постоянного тока методом холостого хода
Лабораторная работа № 23. Исследование электромашинного усилителя поперечного поля
Лабораторная работа № 24. Исследование исполнительного двигателя постоянного тока
Лабораторная работа № 25. Исследование сельсинов в индикаторном режиме
Раздел второй. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
Глава 5. Основы электрического привода
Лабораторная работа № 26. Определение момента инерции и махового момента электрического привода методом свободного выбега
Лабораторная работа № 27. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения
Лабораторная работа № 28. Исследование механических характеристик трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором
Лабораторная работа № 29. Исследование регулировочных свойств двигателя постоянного тока независимого возбуждения в системе «генератор—двигатель»
Лабораторная работа № 30. Исследование свойств системы «преобразователь частоты — асинхронный двигатель»
Глава 6. Управление электрическими приводами
Лабораторная работа № 31. Исследование схемы нереверсивного автоматического управления пуском в функции времени и динамическим торможением двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
Лабораторная работа № 32. Исследование схемы нереверсивного автоматического управления пуском в функции времени и динамическим торможением трехфазным асинхронным двигателем с фазным ротором
Лабораторная работа № 33. Исследование реверсивной схемы автоматического управления пуском и торможением противовключением трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
Лабораторная работа № 34. Сборка узлов схем управления электрическими приводами на бесконтактной аппаратуре
Лабораторная работа № 35. Исследование замкнутой системы электрического привода с обратной связью по скорости
Лабораторная работа № 36. Исследование тиристорного электрического привода постоянного тока типа ЭТО1
Приложения
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу, Кацман М.М., 2011 — fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу

Методические указания к проведению лабораторных работ по курсу «Электрические машины и электропривод»

Методические указания к проведению лабораторных работ

«Электрические машины и электропривод»

В учебном процессе высших учебных заведений наряду с теоретическим обучением значительное место отводится выполнению лабораторных работ, что способствует повышению уровня подготовки будущих специалистов.

В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся не только с исследуемыми электромеханическими устройствами, но и приобретают определенные навыки использования измерительных приборов и иного электрооборудования. У студентов накапливается определенный опыт экспериментирования и обработки полученных результатов.

В методических указаниях предусмотрено выполнение лабораторных работ по следующим разделам: трансформаторы, асинхронные машины, машины постоянного тока, типовые схемы управления электроприводами .

Методические указания к лабораторным работам составлены в соответствии с учебной программой по предмету «Электрические машины и электропривод» для студентов специальности 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК».

Лабораторная работа № 1 (2 час.)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Цель работы: изучение схемы лабораторной установки; изучение методов выбора пусковых резисторов.

Общие методические указания

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором производится с помощью резистора, включенного в цепь ротора. Это уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту двигателя.

На лабораторной установке, схема которой приведена на рис. 1.1 изучается пуск двигателя с фазным ротором в функции независимой выдержки времени.

При включении автоматического выключателя QF 1 готова к работе силовая часть схемы. При включении автоматического выключателя SF 1 подаётся напряжение на цепи управления схемы. Ток протекает по обмотке реле времени KT 1 через диод VD 1 , замкнутый контакт контактора KM 1.5 . Диод выпрямляет ток, подаваемый на обмотки реле времени. Реле времени срабатывает и без выдержки времени замыкает контакты KT 1.2, KT 1.3 и размыкает контакт KT 1.1 . Схема готова к работе.

При нажатии на кнопку ПУСК SB 2 получает питание обмотка контактора KM1 . Он срабатывает, замыкая главные контакты KM 1.1, KM 1.2, KM 1.3 в силовой цепи. Напряжение подается на двигатель M , который начинает вращаться с полностью введенным сопротивлением в цепи ротора. Одновременно вспомогательные контакты замыкаются ( KM 1.4 KM 1.6 ) и размыкается KM 1.5 . Обмотка реле времени теряет питание, однако отпускание якоря реле произойдет по истечении заданного времени. Поэтому получает питание обмотка реле времени KT 2 , которое срабатывает размыкая контакт KT 2.1 и замыкая KT 2.2. Получив питание срабатывает и реле времени KT 3 размыкая свой контакт KT 3.1 . По истечении заданного времени с момента обесточивания обмотки реле KT 1 произойдет размыкание контактов KT 1.2, KT 1.3 и замыкание контакта KT 1.1 . После замыкании контакта KT 1.1 питание получает обмотка контактора KM 2 , который срабатывает и замыкает контакты KM 2.1 и KM 2.2 шунтируя первую ступень пускового резистора R _п 1 .При размыкании контакта KT 1.3 начинается отсчет времени реле KT 2 . По истечении этого времени размыкается контакт KT 2.2 и замыкается контакт KT 2.1 , подавая напряжение на обмотку контактора KM 3 , который срабатывая замыкает свои контакты KM 3.1 и KM 3.2 шунтируя вторую ступень пускового резистора R _п 2. После размыкания контакта KT 2.2 отсчет времени производит реле времени KT 3 . По истечении которого замыкается контакт KT 3.1 подавая питание на обмотку контактора KM 4 , который срабатывая полностью шунтирует пусковое сопротивление и отключает контакторы KM 2 и KM 3 своим контактом KM 4.3 .

SB1 SB2 KT1.2 KM1

KA1 KA2 KK1 KK2

KK1 KK2 KM3 KT2.1

R п 3 KM3.1 KM3.2 KT2

R п 2 KM2.1 KM2.2

Реле максимального тока KA 1 и KA 2 и тепловые реле KK 1 и KK 2 служат для защиты от аварийных режимов работы. Как видно, скорость разгона двигателя определяется временем срабатывания реле времени KT 1- KT 3 , почему пуск и считается с независимой выдержкой времени.

Выбор пусковых резисторов можно произвести двумя способами: графическим и аналитическим.

Графический метод основан на прямолинейности механических характеристик. Вначале строится рабочая часть механической характеристики. Для этого определяются точки, соответствующие синхронной скорости и номинальному режиму. Далее задаваясь максимальным и переключающим пусковыми моментами двигателя, строят пусковые характеристики двигателя.

Для асинхронных электродвигателей обычно принимают =(180-250)% от ; =(110-120)% от , где — номинальный момент двигателя, который в данном случае принимается равным нагрузочному , т.е. =.

n

M

Отрезок аб на прямой соответствует внутреннему активному сопротивлению обмотки ротора :

(Ом) (1.1)

где — номинальное скольжение электродвигателя, %; — активное сопротивление неподвижного ротора ( Ом ):

(1.2)

где — номинальный ток ротора ( А ); — эдс между кольцами неподвижного разомкнутого ротора ( В ).

Электродвижущую силу между кольцами замеряют с помощью вольтметра при заторможенном роторе или принимают по каталогу.

Отрезок гд в масштабе сопротивлений дает величину первой секции пускового резистора. Отрезки вг и бг и т.д. соответствуют сопротивлениям отдельных секций пускового резистора в порядке их замыкания. Масштаб для сопротивлений, Ом/мм , .

При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают три-пять ступеней ускорения. Если число ступеней неизвестно, то их можно определить

(1.3)

где m — число ступеней резистора; — максимальный пусковой момент электродвигателя, % номинального; — отношение максимального пускового момента к переключающему.

Если число ступеней резистора известно, то  можно определить по следующим формулам:

— для нормального пуска (задаемся моментом )

(1.4)

— для форсированного пуска (задаемся моментом )

(1.5)

Сопротивление отдельных секций резистора каждой фазы

. (1.6)

Время разгона двигателя на каждой ступени при пуске в холостую определяется соотношением:

, ( сек ) (1.7)

Лабораторная работа №2 (4 час)

ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы : ознакомление с конструкцией генератора постоянного тока параллельного возбуждения и снятие следующих характеристик: холостого хода; внешней; регулировочной; нагрузочной; короткого замыкания.

Характеристика холостого хода

Характеристикой холостого хода генератора параллельного возбуждения называется зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной (номинальной) частоте вращения якоря и отсутствии нагрузки: при и .

При работе генератора параллельного возбуждения в режиме холостого хода ток нагрузки равен нулю ( I =0), а ток якоря равен току возбуждения ( I _a = I _B ). В этом случае, пренебрегая реакцией якоря, т.к. I _B I _HOM , можно считать, что ЭДС генератора равна:

(2.1)

где U — напряжение генератора в режиме холостого хода.

Рис. 2.1. Схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Схема генератора представлена рис. 2.1. Первый замер выполняется при разомкнутой обмотке возбуждения. Затем, замкнув цепь, увеличивают ток возбуждения, пока напряжение не достигнет значения (1,2. 1,25) U _HOM . После этого уменьшают ток возбуждения и снимают показания приборов.

Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения располагается в первом квадранте и имеет две ветви: восходящую 1 и нисходящую 2 (рис. 2.2). Нисходящая ветвь, вследствие возросшего остаточного потока, проходит несколько выше восходящей Е _ост >Е’ _ост .

Рис. 2.2. Характеристики холостого хода генераторов параллельного и независимого возбуждения

Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения проходит через все квадранты, поскольку в таком генераторе можно изменить направление тока в обмотке возбуждения (кривые 2 и 3). Следует отметить, что в третьем квадранте ветвь 2 является восходящей, а 3 — нисходящей. Кривая 2 совместно с кривой 3 образуют гистерезиснуго петлю, определяющую свойства магнитной системы генератора.

За расчетную характеристику холостого хода принимают среднюю линию между ветвями, проходящую через начало координат (показано пунктиром). Точка номинального напряжения обычно лежит на колене расчетной кривой.

Данные измерений и вычислений заносят в таблицу 2.1 и строят характеристику холостого хода.

Внешней характеристикой ГПТ параллельного возбуждения называется зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и номинальной частоте вращения: U = f ( I ) при R _B = const и п = п _НОМ = const .

Снятие внешней характеристики возможно:

при таком неизменном сопротивлении цепи возбуждения, при котором напряжение холостого хода равно номинальному;

при таком неизменном сопротивлении цепи возбуждения, при котором ток нагрузки и напряжение равны номинальным значениям.

Для определения номинального изменения напряжения при сбросе нагрузки и неизменном сопротивлении цепи возбуждения используют следующее выражение (рис. 2.3):

, (2.2)

где U — напряжение на холостом ходу после сброса номинальной нагрузки.

Рис. 2. 3 . Внешние характеристики генераторов:

1 — параллельного возбуждения; 2 — независимого возбуждения

При уменьшении сопротивления нагрузки напряжение генератора уменьшается (кривая 1 , рис. 2.3). Последнее объясняется следующими причинами: увеличением внутреннего падения напряжения R _B I _a ; увеличением размагничивающего действия реакции якоря; уменьшением тока возбуждения при снижении напряжения вследствие первых двух причин. Ток нагрузки при этом возрастает до определенного критического значения I _КР . Дальнейшее уменьшение сопротивления приводит к уменьшению тока, т.к. генератор теряет возбуждение. Когда сопротивление нагрузки R _нагр =0, т.е. при коротком замыкании в обмотке якоря протекает ток, обусловленный остаточной ЭДС.

ГПТ независимого возбуждения имеет более жесткую внешнюю характеристику (кривая 2) и больший ток короткого замыкания I _КЗ.НВ по сравнению с ГПТ параллельного возбуждения (кривая 1). Это объясняется тем, что в ГПТ независимого возбуждения ток возбуждения не зависит от сопротивления нагрузки, т.е. I _B = const .

Потери и КПД генератора

Получаемая от первичного двигателя механическая мощность Р ₁ за вычетом механических потерь , магнитных потерь , добавочных потерь , потерь в якорной цепи и потерь на возбуждение , преобразуется в электрическую мощность Р ₂ (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Энергетическая диаграмма ГПТ параллельного возбуждения

Уравнения мощностей имеют следующий вид:

(2.3)

где Р _ЭМ =Е I _a — электромагнитная мощность; — добавочные потери некомпенсированного генератора.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 2.2.

Регулировочная характеристика ГПТ представляет собой зависимость тока возбуждения I _а от тока нагрузки I при постоянном и номинальном напряжении на зажимах генератора U _НОМ и номинальной скорости вращения п _ном : I _B = f ( I ) при U = U _HOM = const и п = п _НОМ = const .

По регулировочной характеристике можно судить о том, как необходимо изменять ток возбуждения с изменением нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменным.

Снятие характеристики производится следующим образом. При холостом ходе и номинальной скорости вращения устанавливается ток возбуждения, при котором напряжение равно номинальному значению. Затем, поддерживая неизменной скорость, увеличивают нагрузку, производя такое регулирование тока возбуждения, при котором U = U _HOM = const .

Полученные данные заносят в таблицу 2.3.

Нагрузочная характеристика

Зависимость напряжения от тока возбуждения при неизменной частоте вращения и неизменном токе нагрузки называется нагрузочной характеристикой : U = f ( I _В ) при I = const и п = п _НОМ = const .

Частным случаем нагрузочной характеристики является характеристика холостого хода, при которой I =0.

Снятие нагрузочной характеристики производится следующим образом. На холостом ходу при п = п _НОМ = const устанавливают напряжение несколько превышающее номинальное. Затем подключают нагрузку и, регулируя её сопротивление, устанавливают нужный ток из диапазона (0,5. 1) I _HOM . Далее, уменьшают сопротивление нагрузки и осуществляют такое уменьшение тока возбуждения, при котором ток нагрузки остается неизменным.

Данные измерений и вычислений заносят в таблицу 2.4.

В одних координатных осях строим расчетную характеристику холостого хода, нагрузочную характеристику и реактивный (характеристический) треугольник (рис. 2.5). Катет треугольника а b пропорционален падению напряжения в цепи якоря ( R _a I _a ), другой катет bc пропорционален размагничивающему действию реакции якоря (в масштабе тока якоря).

При неизменном токе возбуждения I _B = I _B.HOM переход от режима холостого хода I =0 к работе с номинальной нагрузкой I = I _HOM сопровождается уменьшением ЭДС (отрезок fd > bd ). Такое снижение ЭДС вызвано размагничивающим действием реакции якоря. С другой стороны, ЭДС на холостом ходу Е (отрезок cg ) и под нагрузкой Е (отрезок bd ) могут быть равны, если компенсировать действие реакции якоря за счет увеличения тока возбуждения с I _B до I _{B . HOM} . Разность этих токов (отрезок gd = cb ) представляет собой размагничивающую МДС реакции якоря, выраженную в масштабе тока возбуждения.

Рис. 2.5. Нагрузочная характеристика и реактивный треугольник ГПТ

Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость тока короткого замыкания I _К (тока якоря) от тока возбуждения I _B при номинальной частоте вращения и напряжении на зажимах генератора, равном нулю: I _K = f ( I _B ) при п = п _НОМ = const и U = 0.

Поскольку при коротком замыкании напряжение генератора равно нулю, то характеристика короткого замыкания может быть снята только при независимом возбуждении.

При проведении опыта короткого замыкания для ограничения тока якоря ( I _K  I _HOM ) существенно снижают ток возбуждения ( I _B I _{B . HOM} ). В силу этого магнитная система генератора не насыщенна, а характеристика короткого замыкания прямолинейна.

Рис. 2.6. Характеристика короткого замыкания

При снятии характеристики короткого замыкания магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, может совпадать по направлению с остаточным потоком или быть направленным против него. В первом случае при увеличении от нуля тока возбуждения ток якоря будет возрастать (кривая 1, рис. 2.6), а во втором — будет уменьшаться, пройдет нулевое значение, изменит свой знак и начнет увеличиваться (кривая 2).

Данные замеров заносят в таблицу 2.5.

Контрольные вопросы

Принцип работы ГПТ.

Каково назначение коллектора в генераторе и двигателе?

Какие способы возбуждения применяются в ГПТ? Начертите соответствующие электрические схемы.

Почему ГПТ параллельного возбуждения имеет более мягкую внешнюю характеристику по сравнению с генератором независимого возбуждения?

Какие условия необходимы для самовозбуждения ГПТ?

Перечислите способы улучшения коммутации в машинах постоянного тока.

Лабораторная работа № 3 (4 час)

ИЗУЧЕНИЕ типовых схем управления электроприводами конвейеров

Цель работы : ознакомление с конструкцией механизмов транспорта непрерывного действия; изучение схемы управления конвейерной линией.

Общие методические указания

Механизмы транспорта непрерывного действия находят широкое применение в различных отраслях промышленности для перемещения сыпучих и штучных грузов. Для перемещения сыпучих грузов на агломерационных фабриках, в доменных цехах металлургических заводов, на тепловых станциях широко применяют ленточные конвейеры (рис. 3.1, а ).

Рис. 3.1. Общий вид конвейеров

Между бараба нами 2 и 7 натяжной 1 и приводной 6 станциями расположена беско нечная гибкая лента 5. Барабан 2, ось которого может перемещаться в направляющих 12, под действием груза 13 создает предварительное натяжение ленты. Это натяжение, необходимое для компенсации растяжения ленты, обеспечивает передачу без проскальзывания тя гового усилия от барабана приводной станции. Чтобы исключить провисание верхней рабочей и нижней холостой ветвей ленты, вдоль трассы устанавливают поддерживающие ролики 11. Барабан привод ной станции через редуктор 8 соединен с двигателем 10. Для сглажи вания возможных ударов в процессе пуска и торможения валы дви гателя и редуктора соединяют упругой муфтой 9. Транспортируемый груз подается на ленту через загрузочную во ронку 3 и выгружается плужком 4.

Длина ленточного конвейера может дости гать 2—3 км при скоро сти движения ленты 1,5—3 м/с , при ширине ленты 2 м . Такой кон вейер может обеспечи вать производительность 700 т/ч .

Ленточные, конвейеры применяют не только для транспортировки груза в горизонтальной плоскости. При перемещении с углом наклона более 20°, когда возможно осыпание груза, устанавливают ленточ ный скребковый конвейер (рис. 3.1, б). Вспомогательная лента 4 с закрепленными на ней скребками 5 движется синхронно с несущей лен той 1. Материал из загрузочного лотка 3 высыпается в приемную во ронку 2, захватывается скребками и транспортируется до разгрузоч ной воронки 6.

Поточные линии машиностроительных и автомобильных заводов оборудованы подвесными конвейерами (рис. 3.1, в ). Грузозахватываю щие приспособления 1 шарнирно присоединены к каткам 2, движущимся по монорельсу 3. Тяговое усилие каткам сообщается от двигателя бесконечной цепью 4 через звездочку приводной станции.

Рис. 3.2. Схемы поточно-транспортных систем

асто производственный процесс обслуживается группой конвейе ров, объединенных общим технологическим циклом в единую поточно-транс портную систему (ПТС), например процесс смесеобразования в ме таллургическом производстве (рис. 3.2). В ПТС конвейеры могут образовывать несколько параллельных (конвейеры 2, 3, 6, 7 или 9, 10) и ли последовательных (3, 4 и 1) цепочек (рис. 3.2, а ). При этом движение тянущих органов конвейеров должно быть строго согласованным. Нарушение условия согласованной работы, вызванное, например, остановкой одного из последовательно расположенных конвейеров, может привести к неправильному составу смеси, образованию завала и даже остановке всего производства. Чтобы избежать этого при пуске ПТС или ее остановке, включение двигателей конвейеров должн о производиться в определенной последовательности. Так в схеме, пр едставленной на рис. 4.2, а, первым должен включаться двигатель М1, а затем М4, М8, МЗ, М5, М2, М9, М10, М6, М7. Остановка ПТС без образования завала и сохранения постоянного содержания компо нентов обеспечивается, если двигатели будут отключаться в послед овательности: М3, М5, М2, М4, М9, М10, М8, М6, М7 и M 1 .

На трассах большой протяженности используются ПТС с последовате льно расположенными конвейерами (рис. 3.2, б).

Асинхронные двигатели с к.з. ротором простейших одиночных конвейеров управляются при помощи магнитных пускателей или ав томатами с максимальной и тепловой защитой от перегрузки. Для управления асинхронными двигателями с фазным ротором мощных одиночных конвейеров используют магнитные станции с электриче ской аппаратурой для защиты и автоматического пуска двигателя.

Наиболее сложны схемы управления конвейерами ПТС. При сов местно работающих конвейерах должна предусматриваться блоки ровка, обеспечивающая пуск и остановку двигателей без возникнове ния завала транспортируемого груза. Запускают двигатели конвейеров в последовательности, обратной направлению движения груза, а остановку линии начинают отключением двигателя конвейера, с которого поступает груз на последующие конвейеры. Полная остановка линии может произойти и при одновременном отключений двигателей. По команде на остановку прекращается поступление груза на голов ной конвейер и по истечении времени, необходимого для прохождения грузом всей трассы линии, все двигатели автоматически отключаются. При остановке какого-либо конвейера двигатели всех конвейеров, подающих груз, на остановившийся конвейер, должны остановиться, а следующие за ним конвейеры могут продолжать работать.

Реле контроля скорости барабана натяжной станции контролирует исправное состояние тянущего элемента. В случае обрыва или соскальзывания ленты с ведущего барабана приводной станции реле контроля скорости дает команду на отключение двигателя. Контроль за нор мальным движением груза осуществляется специальными датчикам и, конструкция которых определяется видом транспортируемого мате риала. В случае возникновения завала датчики воздействуют сначала на цепи сигнализации, а затем на отключение двигателей.

Управление конвейерами ПТС может быть централизованным , тогда оно осуществляется дистанционно с диспетчерского пункта, и местным , — при выполнении наладочных работ или при ликвидации зав ала. При централизованном управлении изменение режима работы про исходит по команде диспетчера, который воздействует на универсаль ный переключатель или кнопку диспетчерского пульта. Поступившая в схему команда отрабатывается автоматически при соблюдении всех требований технологического процесса.

Местное управление двигателем конвейера осуществляется при пом ощи кнопок «Пуск» и «Стоп», расположенных вдоль трассы конвейера. При местном управлении исключается соответствующей блокировкой централизованное управление, и наоборот.

Схемой управления группой конвейеров предусмотрена сигнализация . Звуковая сигнализация предупреждает обслуживающий персонал о предстоящем пуске. При аварийной остановке конвейера или возник новении завала диспетчер извещается сигналом звонка. На мнемо нической схеме диспетчерского пункта управления световая сигнал изация информирует о работе конвейеров и других механизмов, вход ящих в ПТС. Аварийная звуковая и световая сигнализации позволяю т быстро обнаружить неисправность и исключить возникновение зава ла, который может привести к остановке всего производства.

Схема управления групповым электроприводом с одновременным пуск ом электродвигателей.

В конвейерных линиях небольшой производите льности, когда возможные завалы не приводят к нарушению технического процесса производства и легко ликвидируются вручную, применяют простейшие схемы управления двигателями. На рис. 3.3 приведена схема управления двигателями линии, состоящей из трех конве йеров. В качестве приводных двигателей используют асинхронные с к.з. ротором двигатели. Включение двигателей осуществляется контакторами К1 — К3. Последовательность включения двигателей, исключающая завал транспортируемого груза, обеспечивается включением катушек контакторов через главные контакты. К цепи питания к атушка контактора предыдущего конвейера подключается через главны й контакт контактора последующего конвейера. При воздействии на пусковую кнопку КнП включается К1 и запускает двигатель M 1 левого конвейера. Через замкнувшийся силовой контакт KI образуется цепь питания катушки контактора К2, пускающего двигате ль М2 среднего конвейера. Напряжение к двигателю М1 головного конве йера, который снабжает грузом второй и третий, подводится конт актором КЗ, катушка которого может обтекаться током только при работающем М2. Чтобы остановить линию, достаточно воздействоват ь на одну из кнопок стоп КнС1-КнСЗ, расположенных па трассе и отключающих контактор K 1. Остальные контакторы выключа ются вслед за К1 силовыми контактами последующих контакторов.

Предусмотренная тепловая защита РТ1 — РТ6 отключает перегру женный двигатель. При этом останавливается не только конвейер с пе регруженным двигателем, но и предыдущие, с которых поступает транс портируемый груз. Последующие конвейеры при этом остаются рабо тающими.

Схема обеспечивает световую сигнализацию, указывающую, в ка ком состоянии находятся двигатели: включенная зеленая лампа ЛС31—ЛСЗ3 указывает на отключенное состояние двигателя, красная ЛСК1—ЛСК3 — на рабочее состояние.

Рис. 3.3. Схема управления конвейерной линией

Лабораторная работа № 4 (2 час)

Изучение типовых схем управления электроприводами компрессорной установки

Цель работы : ознакомление с конструкцией воздуходувных машин для транспортировки воздуха и газов и получения сжатого воздуха, используемого в пневматических машинах; изучение схемы управления электроприводом компрессорной установки с параллельно работающими компрессорами.

Общие методические указания

В ряде отраслей промышленности широко применяют насосы, предназначенные для перемещения жидкостей, и воздуходувные машины транспортировки воздуха и газов и получения сжатого воздуха, используемого в пневматических машинах. Насосы и воздуходувные маш ины потребляют энергию от электропривода и сообщают ее жидкос ти или газу. Обычно процесс передачи энергии сопровождается пов ышением давления жидкости или газа за насосом или воздуходувной машиной.

По степени повышения давления воздуха или газа воздуходувные маши ны делят на вентиляторы, характеризующиеся отношением давлений ( р _вых , р _вх — давление на выходе и входе машины, при котором воз дух можно рассматривать как несжимаемую жидкость), и ком прессоры, у которых  1,1.

Схема управления электроприводом компрессорной установки с параллельно работающими компрессорами.

Компрессорные установки небольшой производительности, потребители которых работают с пе ременным расходом сжатого воздуха, могут оборудоваться двумя па раллельно включенными компрессорами. На рис. 4.1 приведена тех нологическая схема установки с компрессорами 2, 6, приводимыми в движение асинхронными к.з. двигателями 1 и 7.

Сжатый воздух от компрессоров по трубопроводу 4 через воздухосборник (ресивер) 8 поступает к потребителям по магистрали 9. Воз духосборник сглаживает пульсации подачи воздуха из компрессоров и поддерживает постоянным давление в питающей магистрали. Об ратные клапаны 3 и 5 исключают работу одного компрессора на другой при разнице мгновенных значений давлений, создаваемых компрессорами. Для измерения давления и автоматического управления приводными двигателями компрессоров используют два электроконтактных манометра М _н1 и М _н2 , подвижные контакты которых установлены на определенные верхние и нижние пределы давлений в воздухосборнике . При давлении, равном верхнему пределу, срабатывает контакт М _в1 . Нижние пределы давления, при которых срабатывают контакты манометров, устанавливают различными. Давление, при котором замыкается контакт М _н1 , несколько выше давления срабатывания конта кта М _н2 . Схемой управления компрессорной установкой предусмотр ено отключение электродвигателей компрессоров при. повышении да вления в воздухосборнике до верхнего предела, а при снижении давления до нижнего предела вначале включается один компрессор и, если после этого давление будет продолжать снижаться, вступает в действие второй.

Рис. 4.1. Технологическая схема компрессорной установки

Схема управления электроприводом компрессорной установки приведе на на рис. 4.2. Двигатели M 1 и М2 включаются в сеть контакторами К1, К2 через автоматы BA 1, BA 2, имеющие тепловую и максимальную защиту. Управление компрессорами может быть ручным и автомат ическим. При ручном управлении двигатели включаются и отключа ются универсальными переключателями ПУ1 и ПУ2, контакты которых введены в цепь катушек контакторов К1 и К2. При автоматическ ом управлении K 1 и К2 включаются промежуточными реле Р1 и Р2. Ес ли давление в магистрали равно верхнему пределу, оба двигателя отключены. При снижении давления до величины нижнего предела, из меряемого первым манометром, его контакт М _н1 (см. рис. 4.1) замк нется в цепи катушки реле P 1, которое включит двигатель M 1 . (рис. 4.2). В результате работы компрессора давление будет расти. Однако реле Р1 останется включенным, так как цепь контакта М _н1 бу дет шунтирована размыкающим контактом реле отключения P О и замкнувшимся контактом реле P 1 При повышении давления до ве рхнего предела замкнется контакт манометра М _в1 , который включит ре ле РО, и через Р1 и К1 отключит двигатель первого компрессора.

Если же расход воздуха в магистрали окажется больше производи тельности первого компрессора, давление будет продолжать снижаться и при достижении нижнего (минимального) предела, измеряемого манометром М _н2 , замкнется контакт М _н2 , который через промеж уточное реле Р3 включит контактор К2 двигателя второго компрессора. Оба компрессора будут работать, пока давление не достигнет верхнего предела, при котором контакт М _в1 , замкнувшись, включит реле РО. Последнее через Р1, Р2 и контакторы К1 , К2 отключит дви гатели M 1 и М2.

Схемой предусмотрена аварийная сигнализация. Если при двух работающих компрессорах давление в магистрали продолжает па дать, то при замкнутом контакте М _Н2 останется включенным реле Р3. При этом загорится сигнальная лампа ЛС, а через время, определяемое выдержкой реле РВ, включится сирена Ср.

Рис. 4.2. Схема управления электроприводом компрессорной установки

Лабораторная работа № 5 (4 час)

ИЗУЧЕНИЕ РАЗОМКНУТЫХ схем управления электропривода

Цель работы : изучить электрические схемы, которые выр абатывают необходимые управляющее воздействия на двигатель, а также рассмотреть их техническую (аппаратную) реализацию .

Общие методические указания

К разомкнутым относятся схемы, в которых для управления электроприводами (ЭП) не используются обратные связи по его координатам или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины или производственного механизма. Эти схемы, отличаясь простотой своей реализации, широко используются там, где не требуется высокое качество управления движением ЭП, в частности для пуска, реверса и торможения двигателей.

Разомкнутые схемы, осуществляя управление ЭП, обеспечивают и защиту ЭП, питающей сети и технологического оборудования при возникновении различных ненормальных режимов — коротких замыканий, перегрузке двигателей, исчезновении питающего напряжения или обрыве фазы питающей сети и т.д. Для этого они содержат соответствующие аппараты и устройства, находящиеся во взаимодействии с устройствами управления двигателями. В разомкнутых схемах управления главным образом используется релейно-контакторная аппаратура, в состав которой входят командные маломощные аппараты, силовые коммутационные аппараты с ручным и дистанционным управлением, реле управления и защиты.

Типовые узлы и схемы управления электроприводов с двигателями постоянного тока (ДПТ)

Управление пуском, реверсом и торможением ДПТ в большинстве случаев осуществляется в функции времени, скорости (ЭДС), тока или пути. Рассмотрим ряд типовых схем, с помощью которых реализуются указанные режимы.

Типовая схема пуска ДПТ с независимым возбуждением в функция времени . Эта схема содержит кнопки управления (рис. 5.1, а ) SB 1 (пуск) и SB 2 (останов, стоп ДПТ), линейный контактор КМ1, обеспечивающий подключение ДПТ к сети, и контактор ускорения КМ2 для выключения (закорачивания) пускового резистора R _д . В качестве датчика времени в схеме использовано электромагнитное реле времена КТ. При подключении схемы к источнику питания происходит возбуждение ДПТ и срабатывает реле КТ, размыкая свой размыкающий контакт в цепи контактора КМ2 и подготавливая двигатель к пуску.

Рис. 5.1. Схема ( а ) пуска двигателя в функции времени, характеристики ( б ) и кривые переходного процесса ( в )

Пуск ДПТ начинается после нажатия кнопки SB 1, в результате чего получает питание контактор КМ1, который своим главным контактом подключает ДПТ к источнику питания. Двигатель начинает разбег с резистором R _д в цепи якоря. Одновременно замыкающий блок-контакт контактора KM 1 шунтирует кнопку SB 1 и она может быть отпущена, а размыкающий блок-контакт KM 1 разрывает цепь питания катушки реле времени КТ. Через интервал времени  t _КТ после прекращения питания катушки реле времени, называемый выдержкой времени, размыкающий контакт КТ замкнется в цепи катушки контактора КМ2, последний включится и своим главным контактом закоротит пусковой резистор R _д в цепи якоря. Таким образом, при пуске ДПТ в течение времени  t _КТ разгоняется по искусственной характеристике 1 (рис. 5.1, б ), а после шунтировки резистора R _д — по естественной 2. Величина сопротивления резистора R _д выбрана таким образом, что в момент включения двигателя ток I ₁ в цепи якоря и соответственно момент М ₁ не превосходят допустимого уровня. За время  t _КТ после начала пуска скорость вращения двигателя достигает величины  ₁ , а ток в цепи якоря снижается до уровня I ₂ (рис. 5.1, в). После шунтировки R _д происходит бросок тока в цепи якоря от I ₂ до I ₁ , который не превышает допустимого уровня.

Типовая схема пуска двигателя в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени. В этой схеме (рис. 5.2, а ) в качестве датчика скорости (ЭДС) использован якорь М, к которому подключены катушки контакторов ускорения КМ1 и КМ2. С помощью регулировочных резисторов R _{y 1} и R _{y 2} эти контакторы могут быть настроены на срабатывание при определенных скоростях двигателя.

Рис . 5.2. Схема пуска ДПТ ЭДС и динамического торможения в функции времени ( а ) и механические характеристики ( б )

Для осуществления торможения в схеме предусмотрен резистор R _{д 3} , подключение и отключение которого осуществляется контактором торможения КМЗ. Для обеспечения выдержки времени используется электромагнитное реле времени КТ, размыкающий контакт которого включен в цепь контактора торможения КМ2.

После подключения схемы к источнику питания происходит возбуждение ДПТ, причем аппараты схемы остаются в исходном положении. Пуск ДПТ осуществляется нажатием кнопки SB 1, что приводит к срабатыванию линейного контактора КМ и подключению ДПТ к источнику питания. Двигатель начинает разбег с включенными резисторами в цепи якоря R _{д 1} + R _{д 2} по характеристике 1 (рис. 5.2, б ). По мере увеличения скорости ДПТ растет его ЭДС и соответственно напряжение на катушках контакторов КМ1 и КМ2. При скорости  ₁ срабатывает контактор K М1, закорачивая своим контактом первую ступень пускового резистора R _{д 1} , и двигатель переходит на характеристику 2. При скорости  ₂ срабатывает контактор КМ2, закорачивая вторую ступень пускового резистора R _{д 2} . Двигатель выходит на естественную характеристику 3 и заканчивает свой разбег в точке установившегося режима, определяемой пересечением естественной характеристики 3 двигателя и характеристики нагрузки  (М _с ).

Для перехода к режиму торможения нажимается кнопка SB 2. Катушка контактора КМ теряет питание, размыкается замыкающий контакт КМ и ДПТ отключается от источника питания. Размыкающий контакт КМ в цепи контактора торможения КМ3 замыкается, последний срабатывает и своим главным контактом подключает резистор R _{д 3} к якорю М, переводя ДПТ в режим динамического торможения по характеристике 4 (рис. 5.2, б). Одновременно размыкается замыкающий контакт контактора КМ в цепи реле времени КТ, оно теряет питание и начинает отсчет времени. Через интервал времени, который соответствует снижению скорости ДПТ до нуля, реле времени КТ отключается и своим контактом разрывает цепь питания контактора КМ3. Резистор R _{д 3} отключается от якоря М ДПТ, торможение заканчивается, и схема возвращается в свое исходное положение.

Типовая схема пуска ДПТ в одну ступень в функция времени и динамического торможения в функции ЭДС . Разбег ДПТ происходит по аналогии со схемой рис. 5.1. Отметим, что при включении двигателя (рис. 5.3) и работе его от источника питания размыкающий контакт линейного контактора КМ в цепи контактора торможения КМ2 разомкнут, что предотвращает перевод двигателя в режим торможения.

Торможение осуществляется нажатием кнопки SB 2, Контактор КМ, потеряв питание, отключает ДПТ от источника питания и замыкает своим контактом цепь питания контактора КМ2. Последний срабатывает и замыкает якорь М ДПТ на резистор торможения R _{д 2} . Процесс динамического торможения происходит до тех пор, пока при небольшой скорости ДПТ его ЭДС не станет меньше напряжения отпускания контактора КМ2. Тот отключится и схема вернется исходное положение.

Рис. 5.3. Схема пуска ДПТ в одну ступень в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС

Типовая схема пуска двигателя с последовательным возбуждением в функции тока. В этой схеме (рис. 5.4) используется реле тока КА, катушка которого включена в цепь якоря М, а размыкающий контакт — в цепь питания контактора ускорения КМ2. Реле тока настраивается таким образом, чтобы его ток отпускания соответствовал току I ₂ (см. рис. 5.1, б). В схеме используется также дополнительное блокировочное реле KV со временем срабатывания большим, чем у реле КА.

Рис. 5.4. Схема пуска ДПТ с последовательным возбуждением в одну ступень по принципу тока

Работа схемы при пуске происходит следующим образом. После нажатия на кнопку SBI срабатывает контактор КМ1 и двигатель подключается к источнику питания, в результате чего он начинает свой разбег. Бросок тока в якорной цепи после замыкания главного контакта контактора КМ1 вызовет срабатывание реле тока КА, которое разомкнет свой размыкающий контакт в цепи контактора КМ2. Через некоторое время после этого срабатывает К V и замыкает свой замыкающий контакт в цени контактора КМ2, подготавливая его к включению.

По мере разбега ДПТ ток якоря снижается до значения тока переключения I ₂ . При этом отключается реле тока и замыкает свой размыкающий контакт в цепи контактора КМ2. Последний срабатывает, его главный контакт закорачивает пусковой резистор R _д в цепи якоря, а вспомогательный контакт шунтирует контакт реле тока КА. Поэтому вторичное включение реле тока КА после закорачивания R _д и броска тока не вызовет отключения контактора КА и ДПТ продолжит разбег по своей естественной характеристике.

Типовые релейно-контакторные схемы управления ЭП содержат элементы блокировок, защит и сигнализации, а также связи с технологическим оборудованием. Для унификации схемных решений электротехническая промышленность выпускает стандартные станции, блоки и панели управления, специализированные по видам ЭП рабочих машин и механизмов, функциональным возможностям, условиям эксплуатации, роду тока и т.д. Так, для управления крановыми механизмами выпускаются различные крановые панели, для ЭП лифтов разработаны типовые шкафы управления, для ЭП конвейеров выпускаются типовые станции управления и т.д.

Андрианов В.Н, Воропаев Н.И., Дружинина НА., Никонов Л.В. Практикум по электрическим машинам и аппаратам. — М.: Колос, 1969.

Брускин Д.Э., Зорохович А.В., Хвостов B . C . Электрические машины, ч. I , ч. II . — М.: Высшая школа, 1979.

Вольдек А.И. Электрические машины. — Л.: Энергия, 1978.

Джендубаев А-З.Р. Электромагнитный, полезный и статический момент электропривода. // Электричество.-1999, № 2.

Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. — М.: Энергия, 1980.

Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу. — М.: Высшая школа, 1983.

Копылов И.П. Электрические машины. — М.: Высшая школа, 2004

Специальные электрические машины /А.И. Бертинов, Д.А. Бут, С.Р. Мнзюрин, Б.Л. Алиевский и д.р.; под ред. А.И. Бертинова. — М.: Энергоиздат, 1982.

Торопцев Н.Д. Электрические машины сельскохозяйственного назначения. — М.: Энергоиздат, 2005.

Электрооборудование и электропривод промышленных установок. Под ред. Проф. М.М. Соколова. – М.: Высш. Школа, 1979. – 359 с.