Практкум по ЭиСА-А4

12

коэффициента мощности cos φ, КПД, скорость вращения и полезной мощности на валу Р2 от момента сопротивления при постоянных параметрах сети (U, S).

По полученным данным построить характеристики. Следует учесть, что ток холостого хода асинхронного электродвигателя в однофазном режиме примерно в 1,73 раза больше тока холостого хода, чем в трехфазном режиме. При однофазном режиме потери холостого хода электродвигателя выше, чем при трехфазном, т.к. потери в обмотке статора увеличиваются из-за возросшего тока холостого хода и в обмотке ротора появляются потери от тока, наведенного обратным полем.

Рассчитать необходимую емкость и выбрать тип конденсатора для различных схем включения обмоток статора 3-х фазного электродвигателя в однофазную сеть. Собрать и испытать все четыре схемы конденсаторного электродвигателя с тремя статорными обмотками.

Испытать электродвигатель с пусковым конденсатором 4А МН6З В4 НО I2C08 при различных емкостях.

С =(0,5...1,2) СН.

)

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик электродвигателя при работе в однофазном

режиме

Содержание отчета

Схема включения трехфазного электродвигателя в качестве однофазного. Расчетные данные емкостей пусковых конденсаторов для различных схем включения. Выводы о работе трехфазного электродвигателя в однофазном режиме. Графики зависимостей снятых характеристик электродвигателя.

Работа №6 Исследование кривых нагрева, охлаждения и определение постоянной времени нагрева трехфазного

асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Программа работы:

1.Ознакомиться с оборудованием рабочего места.

2.Собрать электрическую схему для исследования кривой нагрева электродвигателя и ознакомиться со схемой измерения температуры нагрева.

3.Снять кривую нагрева электродвигателя при продолжительной постоянной нагрузке.

4.Определить постоянную времени нагрева различными способами и номинальную мощность электродвигателя.

5.Пересчитать мощность электродвигателя на действительную температуру окружающей среды.

14

где: τдоп=65°С - для двигателя малой и средней мощности с изоляцией класса А, τуст - установившееся значение превышения температуры при действительной нагрузке двигателя Ризм (измеряется ваттметром).

Номинальная мощность двигателя, указанная в паспорте, соответствует температуре окружающей среды, равной + 40 0С. При более низкой температуре двигатель может быть нагружен выше номинальной мощности. Величина мощности до которой может быть нагружен двигатель при данной температуре окружающей среды, определяют формулой:

где α - отношение постоянных потерь к переменным (для асинхронных двигателей малой и средней мощностей α=0,5).

Методика выполнения работы

Для исследования кривой нагрева двигателя собрать электрическую схему (рис. 3). Нагрузка на валу электродвигателя создается нагрузочной машиной постоянного тока, якорь которой жестко связан с валом двигателя. Для увеличения тормозного момента нагрузочной машины, необходимо увеличивать величину сопротивлений R1 и R2 в целях якоря и обмотки возбуждения. Нагрузка электродвигателя определяется по величине тока статора, измеряемого амперметром РА.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема исследования кривой нагрева

Регистрация измерения температуры нагрева двигателя производился с помощи КСП-4, посредством термопары, вложенный в паз электродвигателя.

По исследованной кривой нагрева определить постоянную времени нагрева по четырем вышеуказанным методам и оценить.

Содержание отчета.

Технические данные приборов. Принципиальная электрическая схема опытной установки. Результаты опытов. Графическое построение кривой нагрева, методика определения постоянной времени нагрева. Номинальная и допустимая мощность при действительной температуре окружающей среды.

Работа №7 Исследование электропривода постоянного и переменного тока с использованием полупроводниковых

элементов

Программа работ:

1.Ознакомиться с электрооборудованием и записать паспортные данные.

2.Изучить функции, реализуемые логическими элементами.

3.Изучить тиристорное управление электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения.

4.Провести монтаж силовой сети управления реверсивным электродвигателем.

5.Изучить и испытать тиристорный пускатель.

Общие методические указания

Бесконтактные системы управления (БСУ) предназначены для автоматического управления отдельными объектами и технологическими процессами. Бесконтактные системы управления применяют в тех случаях, когда высокие требования, предъявляемые к системе управления не обеспечиваются контактно-релейной аппаратурой, а именно надежность, быстродействие, технологичность производства и монтажа, высокая мощность реализуемых функций и программ. В настоящее время БСУ нашли широкое применение в технике. Электронная промышленность выпускает много серий интегральных и аналоговых микросхем, позволяющих решать задачи построения систем управления и регулирования самыми различными способами.

Бесконтактные устройства, выполняющие определенные логические функции, принято называть логическими, элементами. Т.к. реле находится лишь в двух положениях - включено или выключено, что может соответствовать логическим понятиям "да" или "нет", то удобно состояния входных и выходных цепей реле описывать цифрами "1” и "0". Для конкретных реле цифра 1 означает, что цепь замкнута, цифра 0 - цепь разомкнута, (табл.1).

Контактное реле имеет размыкающий контакт. Если катушка обесточена, то выходной сигнал равен нулю, контакт реле замкнут - сигнал на выходе равен единице. При подаче напряжения на катушку сигнал на вхо-

15

де равен 1, реле размыкает свой контакт - сигнал на выходе равен нулю. Реле в данном случае реализует логическую операцию НЕ (отрицание, инверсия). Такой логический элемент обычно называется инвертором. В случае наличия замыкающего контакта при подаче питания на катушку реле, оно выполняет логическую операцию "ПОВТОРЕНИЕ", а логический элемент называется повторителем. Если катушка реле включается последовательно включенными замыкающими контактами и имеет замыкающий контакт, то оно сработает, когда оба контакта в цепи катушки будут замкнуты ( на обоих входах по единице). Это соответствует логической операции И (конъюнкция), выполняемой логическим элементом И. В случае размыкающего контакта у реле оно выполняет логическую операцию И - НЕ.

При управлении катушкой реле посредством двух параллельно включенных замыкающих контактов реле соответственно будет выполнять в зависимости от вида его контакта логические операции ИЛИ (дизъюнкция) и ИЛИ – НЕ.

Тиристорное управление двигателем постоянного тока независимого возбуждения

Принципиальная электрическая схема тиристорного управления изображена на рис. 1. Регулятор мощности: состоит из генератора пилообразного напряжения, устройства управления тиристором и блоком питания. Генератор пилообразного напряжения собран на транзисторе V ТЗ R2 цепочкой R3, R5, С1 и стабилитронах VD1

и VD2.

1. Основные операции реализуемые логическими элементами

Принцип его работы следующий: конденсатор С1 периодически заряжается через резистор R1, R3, R5, а потом быстро разряжается через транзистор VT3, в то время когда он открыт. Постоянная времени цепи R3, R5, C1, выбраны такой, что за время одной полуволны выпрямленного напряжения конденсатора успевает зарядиться лишь до напряжения +15 В. На конденсаторе получается напряжение близкое к пилообразному и синхронизированное с напряжением сети. Синхронизация обеспечивается отрицательными импульсами, снимаемые с делителя напряжения R1 и R2 и стабилитрона VD1, VD2 открывающих транзистор в конце каждого полу периода пульсирующего выпрямленного напряжения.

16

Рис. 1. Тиристорное управление движением постоянного тока независимого возбуждения

Устройство управления тиристором состоит из дифференциального каскада, собранного на транзисторах VT7 и VT8 и усилителя тока, выполненного на транзисторе VT9.

Это устройство вырабатывает прямоугольные импульсы, длительность которых меняется в зависимости от напряжения на базе транзистора VT8 и пилообразного напряжения, поступающего на базу транзистора VT7. В точении каж- дой-полуволны выпрямленного напряжения тиристор включается на большее или меньшее время, благодаря чему и

достигается плавное регулирование скорости. Конденсатор С2 служит для компенсации индуктивной составлявшей тока. Это необходимо для нормальной работы тирисотора. На рис. 2 представлена осциллограммы напряжения на зажимах машины постоянного тока.

Рис. 2. Осциллограмма напряжения на зажимах машины постоянного ток при различных сопротивлениях переменного резистора

R10:

а) R10=сред.

б) R10=0

в) R10=макс.

Тиристорные пускатели.

В настоящее время в с.-х, производстве находит применение полупроводниковая аппаратура защиты и управления. На смену магнитным пускателям

приходят тиристорные пускатели, например силовой блок СБ-160 (рис. 4). Он предназначен для ручной двухпозиционной неавтоматической бесконтактной коммутации силовой трехфазной сети на активную или активно - индуктивную нагрузку. В качестве силовых элементов, осуществляющих коммутацию тока через нагрузку, применяются кремниевые управляемые вентили - тиристоры VS1...VS6, включаемые встречно параллельно. Работой каждого тиристора управляет соответствующий однополупериодный выпрямитель диод УД7...УД12 со сглаживающей емкостью C1...C6 через резистор R4...R9. Каждый диад УД7 УД12 питается от одной из шести вторичных обмоток трансформатора ТV, первичная обмотка которого включена на фазное напряжение через тумблеры, SA1, SA2 и предохранитель FU. Для сигнализации о работе блока служат неоновые лампы HL1, HL3. При выключенной нагрузке (тиристоры не проводят ток) лампы не горят, а при включении нагрузки загораются. Блок допускает практически неограниченное число включений и отключений. При помощи блока можно лять любым устройством, например однофазным приемником; в этом случае элемент управления подсоединяют к клемма, 1 и 3, цепь между которыми он должен коммутировать.

17

Рис. 4. Электрическая схема силового блока СБ-160

Тиристорные пускатели серии ПТ служат для дистанционного управления трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, а также для включения и отключения других, трехфазных электроприемников, (рис.5).

Тиристорные пускатели выпускаются как нереверсивные, так и реверсивные. Условное обозначение пускателя расшифровывается следующим образом: ПТ 16- 380-У5-2; ПТ - пускатель тиристорный; 16 - номинальный ток, А; 380 - напряжение сети, В; У5 - климатическое ис-

полнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69; 2 - исполнение (1 - взрывоопасное, 2 - общепромышленное).

Работа тиристорного пускателя

Схема пускателя состоит из силовой схемы, схемы управления, схемы защиты и источника питания (24В постоянного тока). Силовая часть состоит из тиристоров включенных в каждую фазу встречно-параллельно

(рис.5).

Рис. 5. Схема тиристорного пускателя типа IIТ

Управление силовыми тиристорами осуществляется широтно-импульсным методом. В исходном положении все тиристоры закрыты и находятся под фазным напряжением. После замыкания контактов реле К при положительной полуволне напряжения сети на аноде тиристора VT2 ток управления от анода к катоду идет через диод VD15, контакт реле, резистор R14. Тиристор VT2 открывается. С открытием тиристора автоматически сни-

мается сигнал управления, т.к. падение напряжения на открытом тиристоре не превышает 1В. При переходе тока через нуль тиристора VТ2 закрывается. При обратной полуволне тока аналогично открывается тиристор VT1.

Аналогично формируются импульс управления тиристорами и в других фазах. При таком способе формирования импульсов управления, контакты включенных реле практически находятся в обесточенном состоянии, т.к. через, них проходит слаботочный сигнал. Работает пускатель следующим образом. При подаче напряжения сети на зажимы пускателя Л1, Л2, Л3 получает питание трансформатор Т, вторичное напряжение выпрямляется и подается на элементы управления и защиты. На элементы управления напряжение подаѐтся только при нажатии кнопки "Пуск". При замыкании контактов этой кнопки включается реле К. После включения этого реле замыкаются контакты в цепях управления тиристоров. Тиристоры открываются, и напряжение подается на нагрузку. При нажатии кнопки "Стоп" реле отключается, снимаются импульсы управления с тиристоров и нагрузка отключается. Таким образом, осуществляют нулевую блокировку, которая обуславливается схемой включения реле К.

Блок защиты предназначен для отключения пускателя в аварийных режимах и удержания его в отключенном состоянии до осмотра установки и устранения неисправностей.

Резистор R6 служит для регулирования порога срабатывания максимальной токовой защиты, резистор R5

– для регулирования, порога срабатывания тепловой защиты от перегрузки тиристоров.

Ток нагрузки контролируется в двух фазах трансформаторами тока ТА1 и ТА2, вторичные обмотки которых включены на резистор R13. Напряжение с этого резистора выпрямляется и через стабилитрон VS2 подается на базу транзистора VT7. При нормальном токе в цепи нагрузки транзисторы VT7, VT8 закрыты. Увеличение тока нагрузки до (9...10) Iн приводит к увеличению сигнала с резисторов R6 или R7 до значения опорных напряжений стабилитронов VS1 и VS2 и транзисторы VT7 и VT8 отпираются. В результате чего переход эмитер - база транзистора VT9 шунтируется транзистором VT7 через диод VD1. Транзистор VT9 запирается, что приводит к

18

выключение реле К. Так как транзистор VT8 остается при этом открытым, то транзистор VT9 остается запертым до возвращения схемы в исходное положение, для чего нужно снять напряжение на выходе пускателя.

Порядок выполнения работы

Изучить условное обозначение логических элементов, реализуемые их функции и релейный эквивалент

(табл. 1).

Изучить принципиальную электрическую схему тиристорного управления (рис. 1), электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения. При собранной конструкции для различных значений сопротивлений R10 снять осциллограммы напряжения на зажимах машины постоянного тока и замерить скорость вращения якоря.

Бесконтактное реверсивное управление электродвигателем

Изучить и испытать бесконтактное реверсивное управление электродвигателями.

Данная схема служит для бесконтактного пуска реверсивного трехфазного электродвигателя. Схема работает на цифровых микросхемах "ИЛИ-НЕ" 155 серий. Кнопка SВ1 служит для пуска электродвигателя вперед, a SВ5 назад. Остановка двигателя осуществляется кнопкой SВ2. Схема работает только через кнопку SВ2 (Стоп). При нарушении режима работа через кнопку SB2 двигатель останавливается. Т.е., когда двигатель работает в одну из сторон, и включается второй режим минуя кнопку "Стоп", происходит отключение электродвигателя. Далее, чтобы запустить двигатель нужно нажать кнопку "Стоп". На данном стенде монтаж силовой схемы выполнен с помощью магнитного пускателя.

В промышленной обстановке можно применить бесконтактную силовую схему состоящую из 10 тиристоров и 5 семисторов.

Рис. 5. Бесконтактная схема реверсивного управления электродвигателем

Управление электроприводом с применением тиристорного пускателя ПT-I6 и силового блока СБ-160

Изучить и испытать тиристорные пускатели ПТ-16 (рис.7) и силовой блок СБ (рис.6).

Рис. 6. Схема управления электрообогревном с применением тиристорных элементов: РТ-049 и ПТ 16-380

В пускателе ПТ-16-380-У5-2 в качестве силовых коммутационных элементов использованы тиристоры типа Т50. Номинальные и рабочие токи тиристорного пускателя выбираются в связи с реальными условиями комутации (число вдохов в час, наличие пусковых токов в электродвигателе с короткозамкнутым ротором). Пускатели снабжены, максимальной токовой защитой, током срабатывания (9.. .10) Iн и теплотой; защиты тиристоров от перегрузок. Последняя осуществляется термодатчиком, размещенным на охладителе одного из тиристоров.

Защита от перегрузок электродвигателя пускатель не осуществляет.

Работой тиристорного пускателя ПТ (рис.7) управляет терморегулятор типа РТ-049 с бесконтактным выходом. Коммутационным исполнительным органом можно управлять в ручную (положение переключателя SA1-2) и автоматически. (положение ). В автоматическом режиме работы включение первичной обмотки трансформатора ТV1 блока питания устройств защиты и управления тиристориого пускателя происходит, по сигналу терморегулятора, а при ручном регулировании - выключателем SA2. Посредством автоматического выключения осуществляют разрыв тиристорного пускателя от питания сети.

19

Рис. 7. Схема управления электрообогревном с применением тиристорных элементов РТ-0,49 и СБ-160

Работа № 8 Комплектные устройства управления сельскохозяйственными

технологическими машинами

Программа работы:

Ознакомиться с оборудование и номинальными данными. На основе технологической схемы разработать схему управления, собрать и испытать. Составить монтажную схему.

Общие методические указания.

Для управления работой технологического оборудования, устройств транспортировки, обогрева, вентиляции и других механизированных процессов применяются комплектные устройства управления (табл.1).

1. Технические данные устройства управления сельскохозяйственными технологическими машинами.

Программа работы:

1.Изучить устройство аппаратов и схем защиты электродвигателей.

2.Собрать и испытать схемы защиты электродвигателей.

Общие методические указания. Тепловое реле.

Для защиты электродвигателей от перегрузки и неполнофазных режимов питающей сети служит тепловое реле типов: ТРН, РТЛ.

Принцип действия реле заключается в следующем. Ток, протекая по нагревательным элементам, вызывает их нагрев. Тепло от нагревателя через небольшой воздушный промежуток передается на термобиметаллический элемент, который тоже нагревается. При протекании тока перегрузки нагреватель и термобиметаллическая пластина нагреваются, последняя изгибается и приводит к отключению аппарата. Тепловое реле должно срабатывать не более чем через 20 с после наступления 20 % перегрузки. При выборе нагревательных элементов реле необходимо соблюдать следующие условия: