Практкум по ЭиСА-А4

21

1,25Iдв Iнаг.элем.

Устройства встроенной температурной защиты электродвигателей (УВТЗ).

Для защиты электродвигателей от тепловых перегрузок используют тепловые реле, которые встраиваются в магнитный пускатель и поставляются вместе с ним. Однако тепловые реле являются устройствами косвенного действия и, следовательно, не всегда отражают истинный температурный режим обмотки электродвигателя. Поэтому в последнее время промышленность стала выпускать устройства встроенной тепловой защитой типа УЗ-1А, УВТЗ-1, УВТЗ-4Б и другие. В качестве датчика температуры служит позистор (термистор), встраиваемый в лобовые части обмотки статора. Схема защиты электродвигателя при помощи УВТЗ -1 показана на рис. 1а, б.

Устройство встроенной температурной защиты типа УВТЗ-1 предназначено для предотвращения чрезмерного перегрева статорных обмоток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и состоит из токового ключа, выполненного на транзисторах VT1 и VТ2 исполнительного реле КL , управляемого тиристором VS7 и блока питания, состоящего из диодного моста VD1-VD4, стабилитрона VD5, конденсатора С1, резисторов R1 и R2 для ограничения тока в цепи стабилитрона VD5. Токовый ключ состоит из транзисторов VT1,VТ2 и резисторов R3...R6, которые совместно с сопротивлением термодатчиков, подключаемых черев клеммы 5 и 6 к базе транзистора VТ2, образуют делители напряжения.

Принцип действия устройства защиты.

При нажатии кнопки "Пуск" подается напряжение питания на клеммы 1 и 4 (рис. 1а). Если температура обмотки двигателя в допустимых пределах, то сопротивление датчика меньше сопротивления срабатывания.

Рис. 1а. Принципиальная схема встроенной тепловой защиты типа УВТЗ-1

Рис.1б. Включение УВТЗ-1 в схему управления электродвигателем

Вэтом случае транзистор VT1 будет открыт, а транзистор VT2 закрыт, а значит закрыт тиристор VS7 и катушка реле КL обесточена. При увеличении температуры обмотки выше допустимого, значение сопротивления термодатчиков резко возрастает до величины, при которой открывается транзистор VT2 и закрывается VT1. При этом на управляющий электрод тиристора VS7 поступает сигнал.

Открывается тиристор VS7, промежуточное реле КL сраба-

тывает, размыкаются контакты реле КL в цепи питания катушки магнитного пускателя (рис. 1б), отключая тем самым электродвигатель от сети.

Позисторы подключают к внешнему устройству, состоящему из усилителя сигнала и электромагнитного реле. Укоренилось мнение, что температурная защита предпочтительнее. Но она имеет ряд недостатков: необходимо тщательно встраивать температурные элементы датчики в обмотку электродвигателя; интенсивность датчиков отрицательно проявляется при больших перегрузочных и пусковых токах; для повышения чувствительности реле надо включать последовательно несколько элементов. Вследствие этих обстоятельств УВТЗ не получает широкого распространения.

Фазочувствительное устройство защиты (ФУЗ).

Для универсальной защиты трехфазных электродвигателей разработано фазочувствительное устройство защиты ФУЗ-М (рис. 2а, б).

Назначение, устройство и принцип работы.

Вустройстве применен принцип выявления аварийных режимов работы электродвигателя, чем обеспечивается устойчивая работа устройства в условиях несимметричных трехфазных электросетей.

ФУЗ-М состоит из двух фазовращающих трансформаторов тока TA1 и TA2, фазового кольцевого преобразователя (VD1… VD4 и R1… R4), реле защиты КV и схемы контроля перегрузки.

22

Каждый фазовращающий трансформатор имеет две первичные обмотки с разным числом витков, включенные встречно в разные фазы питания электродвигателя. Это обеспечивает определенный заданный угол фазового сдвига между вторичными изменениями напряжения (рис. 1.2в). При нормальной работе двигателя, т.е. без обрыва фаз, угол фазового сдвига между измеряемым напряжением выбран 90°, что обеспечивается соотношением числа витков токовых обмоток при 3:1. При этом на выходе кольцевого преобразователя (в катушке реле КV) тока нет. При обрыве фазы угол фазового сдвига между измеряемыми напряжениями становится 0° или 180°, в зависимости от того, в какой фазе обрыв, а на выходе фазового преобразователя будет большой ток, и реле KV срабатывает. Аналогично ФУЗ-М срабатывает при коротких замыканиях в электрических цепях, от перегрузки осуществляется контролем величины одного из измеряемых напряжений, пропорционального токам нагрузки двух фаз.

При нормальной работе электродвигателя тиристор VS6 управляемого выпрямителя закрыт и напряжение не конденсаторе С1 отсутствует.

При определенной перегрузке открывается тиристор управляемого выпрямителя и начинается зарядка конденсатора. Угол открывания тиристора пропорционален нагрузке электродвигателя. Процесс зарядки конденсатора происходит с определенной задержкой во времени, что обеспечивается сопротивлением зарядного резистора R9, емкостью конденсатора C1 и автоматическим изменением угла открывания тиристора в зависимости от перегрузки электродвигателя. При длительной перегрузке, когда конденсатор С1 заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона VD8, последний пропускает импульс открывания тиристора VS7. В последствии того открывается и тиристор VS5, который шунтирует балластный резистор R4 и фазовый преобразователь разбалансируется. Ток разбаланса включает реле защиты КV, которое отключает цепь управления электродвигателем.

После кратковременной перегрузки заряд конденсатора разряжается через резистор R10 и защита не срабатывает.

При незапустившемся электродвигателе, когда измеряемое напряжение увеличено, конденсатор быстро заряжается до напряжения включения тиристора и защита срабатывает с небольшой выдержкой времени. Переменный резистор R7 служит для регулировки устройства защиты соответственно номинальному току защищаемого электродвигателя.

1. Основные технические данные

Время срабатывания при обрыве фаз не более 1 с. Время срабатывания при перегрузке 1,5 IН не более 50 с. Время срабатывания при перегрузке 7,5 IН не более 10 с.

Настройка рабочего режима устройства.

Категорически запрещается трогать подстроечные резисторы (R8, R9). Точная регулировка их установлена на заводе-изготовителе. Шкала переменного резистора R7 градуирована в делениях от -0,35 до +0,35. Каждому делению шкалы соответствует определенный номинальный рабочий ток электродвигателя, соответственно которому выбирается определенный типоразмер защиты и положения шкалы переменного резистора.

Среднему значению диапазонов рабочих токов соответствует единица на шкале переменного резистора. Если, например, диапазон рабочих токов устройства защиты от 8...16 А, по отметке "I" на шкале переменного резистора соответствует ток 0,5(8+16)=12 А, а отметка - 0,2, соответствует (1 - 0,2)12=9,6 А.

После подключения устройства защиты к электродвигателю снимается крышка, и шкала переменного резистора поворачивается до отметки соответствующей номинальному току электродвигателя.

Рис 1а. Схема включения ФУЗ-М

23

Рис. 1б. Схема включения ФУЗ-М

Рис. 1.в. Векторная диаграмма напряжений на трансформаторах тока.

Защита от обрыва фаз.

Схема с применением тепловых реле типа ТРН и РТЛ.

Потеря фазы при полной нагрузке может привести к "опрокидыванию" электродвигателя, т.е. его полному торможению. Запуск на двух фазах даже при отсутствии нагрузки не возможен из-за отсутствия пускового момента. Величина тока протекающего по обмоткам электродвигателя такова, что срабатывает тепловое реле.

При соединении обмоток статора в треугольник линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в√3 раз больше фазного тока.

Поэтому при работе электродвигателя на двух фазах токи в обмотках возрастают в большей степени, чем токи в линейных проводах. Следовательно, с целью повышения чувствительности защиты, нагревательные элементы теплового реле могут быть включены так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Включение нагревательных элементов теплового реле для повышения чувствительности защиты от работы на двух фазах при соединении обмоток электродвигателя в треугольник.

Схемы с применением реле ЭН-531, ЭН-

526 и ЕЛ-10.

В практике применяют также схему 3. Между нулевой точкой обмотки микродвигателя, соединенный в схему "Звезда" и нулевым проводом включают катушку реле ЭН-526 на 50...60В, а размы-

кающий контакт реле в цепь обмотки магнитного пускателя.

24

Рис. 3. Схема защиты от работы на двух фазах при помощи реле напряжения ЭН-526 на 60 В

Для защиты электродвигателя от работы на двух фазах можно также использовать схему с реле ЭН-526, катушка которого рассчитана на линейное напряжение сети (рис. 4). Контакт этого реле включается в цепь катушки магнитного пус-

кателя. При обрыве любой из фаз электродвигатель будет отключен. Недогруженный электродвигатель может не отключиться, поскольку величина тока для срабатывания реле будет недостаточна.

Рис. 4. Схема защиты от работы на двух фазах при помощи реле напряжения ЭН-526 на 220 В

Рис. 5. Схема защиты электродвигателя при помощи реле контроля фаз типа ЕЛ-10

Рис. 6. Схема защиты электродвигателя от работы на двух фазах при помощи реле обрыва фаз марки ЭН-531

Промышленность выпускает специальное реле обрыва фаз марки ЕЛ-10, (До этого выпускала реле ЭН531). Схемы включения реле ЭH-53I и ЕЛ-10 показаны на рис. 5 и рис. 6.

Заключение

Тепловое реле хорошо защищает электродвигатель от перегрузок по току, но ненадежно: при обрыве фазы; при включении электродвигателя с заторможенным ротором. Не реагирует на нарушение системы охлаждения.

25

В тех случаях, когда тепловое реле не может обеспечить защиту электродвигателя, например, при большом числе включений в час и с резко-переменной нагрузкой, следует применить встроенную температурную защиту (УВТЗ).

Рис. 7. Схема испытания теплового реле

ФУЗ применяется для защиты от любых перегрузок и неполно-фазных режимов электроустановок мощностью не более 20 кВт. Если же мощность электроустановок выше указанного значения, целесообразно использовать комбинированную защиту, включающую РТЛ, ТРН с реле обрыва фаз, либо УВТЗ с реле обрыва фаз

EЛ-10.

Рекомендации по выбору

защиты.

При выборе типа защиты трехфазного электродвигателя мощностью до 20 кВт можно использовать рекомендации приведенные в табл. 1.

1.Рекомендуемые типы защиты для электропривода различных с.х. машин

Порядок выполнения работы.

Исследование защитных характеристик теплового реле.

26

Характеристикой теплового реле называется зависимость времени срабатывания реле от тока, протекающего через нагревательный элемент. Для снятия характеристик реле собирают схему, приведенную на рис. 7.

Характеристики следует снять в следующем порядке.

Включить автоматический выключатель QF. С помощью автотрансформатора установить ток нагревательного элемента ТРН в пределах от 1,3 до 5 А. Одновременно с установкой тока на заданное значение необходимо включить секундомер. После нагрева биметаллической пластинки срабатывает тепловое реле, разомкнутся контакты КК, катушка КМ обесточится, сигнальная лампа HL выключится. Далее, выключить секундомер и автоматический выключатель, охладить нагревательный элемент. Характеристики реле снимать для положения установки реле +5, -5. Данные опыта занести в таблицу 2.

Исследование защитных характеристик УВТЗ-М.

В данной работе лобовая часть обмотки асинхронного электродвигателя смоделирована нагревательным элементом (нихромовой спиралью). Последний подключается к зажимам автотрансформатора. Внутрь нагревательного элемента помещается позистор.

Задаться фиксированными значениями тока с помощью автотрансформатора. Это приводит к повышению температуры нагревательного элемента и соответствующему изменению сопротивления позистора. Для каждого значения тока в цепи определятся время срабатывания УВТЗ.

Проверка защитных свойств ФУЗа.

Необходимо собрать схему (рис. 1.2б). Проверить работу ФУЗа при следующих аварийных режимах:

1.Обрыв фазы.

2.Короткое замыкание.

3.Перегрузка.

Обрыв фазы создается размыканием одной фазы. Короткое замыкание - установлением перемычки на зажимах электродвигателя. Перегрузка - затормаживанием ротора электродвигателя.

Содержание отчета.

Паспортные данные электрооборудования. Принципиальная электрическая схема систем защиты электродвигателей. Результаты исследований. Выводы по работе.

Работа № 10 Исследование способов ограничения пусковых токов асинхронного электродвигателя с короткозамкну-

тым ротором

Программа работы:

1.Ознакомиться с оборудованием. Записать паспортные данные электрооборудования.

2.Проверить соответствие аппаратуры для управления данным электродвигателем.

Общие методические указания.

Современные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют большие кратности пускового тока. При пуске мощных электродвигателей РН>10 кВт (из-за больших пусковых токов) сильно снижается напряжение на остальных электродвигателях питающихся от этой сети. Для устранения этих нежелательных явлений, при пуске мощных электродвигателей с короткозамкнутым ротором применяют различные способы ограничения пускового тока.

Ограничить пусковой ток АД с короткозамкнутым ротором можно, включая в сеть статора сопротивления (активного или реактивного), либо уменьшением подводимого к статору напряжения и т.д. Индуктивные сопротивления применяют для сравнительно мощных электродвигателей (РН =75...100 кВт). Нужно иметь в виду, что снижение пускового тока ведет к снижению пускового момента. Поэтому ограничения пускового тока возможно только для машин с легкими условиями пуска (машины, пускаемые без нагрузки при малом коэффициенте инерции).

Определение величины активного или реактивного сопротивлений, которое необходимо включать в сеть статора для снижения пускового тока (Iпи) в а раз по сравнению с током при прямом пуске (Iпе) проводят по следующей методике:

Сопротивление короткого замыкания электродвигателя при прямом пуске:

27

где i - кратность пускового тока.

Активное сопротивление статора при коротком замыкании:

rке 0,45 Z ке .

Индуктивное сопротивление статора при коротком замыкании:

xке 2 rке .

Степень уменьшения пускового тока:

I пе

Добавочное активное сопротивление:

Добавочное индуктивное сопротивление:

Вцелях уменьшения пусковых токов применяют пуск электродвигателя при соединении обмоток статора

взвезду с последующим переключением для нормальной работы в треугольник. Тогда напряжение, подводимое к каждой фазе обмоток статора при пуске, снижается в 1,73 раза, а пусковой ток и момент уменьшаются в три раза. Рассмотрим доказательство.

При соединении обмоток статора в звезду линейный ток равен фазному, а линейное напряжение в 1,73 раза больше фазного.

При соединении в треугольник линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в 1,73 раза больше фазного тока.

Тогда, этот способ пуска уменьшает пусковой ток в 3 раза.

Отсюда потребляемая мощность одной фазы:

т.е. этот способ применим тогда, когда нагрузка на электродвигатель при пуске не превышает 1/3 Рн.

Порядок выполнения работы.

В данной работе ограничение пускового тока электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществить по следующим вариантам:

1.При помощи сопротивления в одной фазе (рис. 1б).

2.При помощи симметричных пусковых сопротивлений (рис. 1в).

3.Переключением соединения обмоток со "звезды" на "треугольник" (рис.1а).

4.Автотрансформаторный пуск (рис. 2).

Ограничение пускового тока переключением соединения обмоток со "звезды" на "треугольник ".

Собрать схему 2а. В данной схеме магнитный пускатель КМ1 подключает статор электродвигателя к сети. КМ2 соединяет обмотки статора в "звезду", КМ3 - в "треугольник". Переключение пусковой схемы на рабочую проводится в функции времени с применением реле

29

Работа № 11 Исследование схем автоматического управления трехфазными асинхронными электродвигателями

Программа работы:

1. Ознакомиться с номинальными данными электродвигателей, которые будут использованы в работе, и записать паспортные данные всего оборудования.

2.Ознакомиться с размещением аппаратов на панели управления и с изображением на схеме.

3.Усвоить условные изображения, обозначения, маркировки аппаратов.

4.Для одного из электродвигателей подобрать автоматический выключатель.

5.Ознакомиться с устройством и электрической схемой магнитных пускателей и тепловых реле разных типов, имеющихся в лаборатории. Проверить соответствие номинальных данных магнитных пускателей для управления предложенными электродвигателями.

6.Вычертить схему реверсивного управления двумя электродвигателями с короткозамкнутыми ротора-

ми.

7.Составить схему управления тремя электродвигателями с короткозамкнутыми роторами.

8.Собрать и испытать схему управления электроприводами поточно-транспортной системы (ПТС).

9.При апробировании всех схем устранить ошибки, допущенные при сборке, неполадки в аппаратуре и самостоятельно добиться нормальной работы схемы.

Общие методические указания.

Управление асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором осуществляется аппаратами неавтоматического, полуавтоматического (автоматические выключатели) и автоматического управления.

Аппаратами неавтоматического управления являются рубильники, пакетные выключатели, переключатели, реостаты и т.д. Они предназначены для нечастых пусков и остановок электродвигателей.

К аппаратам полуавтоматического управления следует отнести наиболее широко применяемые автоматические выключатели типа АП-50, АЗ100, АЗ700, АЕ20.

К аппаратам автоматического управления относятся контакторы, электромагнитные пускатели, различного рода реле. Электромагнитным пускателем называется устройство, предназначенное для дистанционного или автоматического пуска и остановки асинхронных электродвигателей. Они бывают нереверсивными и реверсивными, со встроенным тепловым реле и без них, со встроенной кнопочной станцией и без них. По защищенности они бывают открытыми, защищенными, пылебрызгозащитными и взрывобезопасными. Магнитный пускатель с тепловым реле защищает электродвигатель от небольших, но длительных перегрузок. Для разрыва токов короткого замыкания в цепи питания электродвигателя должен быть автоматический выключатель или плавкие предохранители.

Технические данные магнитных пускателей приведены в таблице 1.

4.1.Технические характеристики магнитных пускателей

Реверсивный магнитный пускатель состоит из двух равноценных нереверсивных пускателей, один из которых включает электродвигатель в прямом направлении, а другой в обратном.

Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить чередование фаз на зажимах электродвигателя. В реверсивном пускателе такая коммутация тока происходит автоматически при замыкании соответствующих главных контактов. Одновременное включение пускателей не допустимо. Оно приводит к двухфазному короткому замыканию силовой цепи. Чтобы не допустить такую аварию, применяют различные блокировочные устройства. Реверсивные пускатели могут иметь механическою, электрическою и комбинированную блокировку. Блокировка исключает возможность одновременного замыкания главных контактов двух пускателей.

Комплект, состоящий из автоматического выключателя и электромагнитного пускателя называется ящиком управления. В настоящее время для управления трехфазными электродвигателями мощностью до 10 кВт выпускаются ящики управления типов ЯУ5100 (нереверсивные) и ЯУ5400 (реверсивные).

При управлении электроприводами конвейеров широко используют релейно-контактную аппаратуру. В последнее время для автоматического управления механизмами все шире применяют бесконтактную аппаратуру: тиристорные пускатели, тиристорные контакторы, логические элементы, бесконтактные путевые выключатели и т.д.

Для дистанционного и централизованного управления конвейерам с целью сокращения, и упрощения линий связи используют средства телемеханики (телеконтроль, телесигнализация и телеуправления).

Порядок выполнения работы.

30

В процессе выполнения работы изучить аппаратуру и схемы управления автоматизированным электроприводом.

Схемы управления автоматизированным электроприводом.

Самостоятельно разработать и испытать схему управления двумя или тремя электродвигателями по указанию преподавателя.

Возможные варианты схем следующие:

1.Реверсивное управление двумя электродвигателями с использованием дополнительных контактов магнитных пускателей.

2.Реверсивное управление двумя электродвигателями с использованием главных замыкающих контактов магнитных пускателей.

3.Нереверсивное управление тремя электродвигателями с использованием дополнительных контактов магнитных пускателей.

4.Нереверсивное управление тремя электродвигателями с использованием главных контактов магнитных пускателей.

5.Реверсивное управление тремя электродвигателями с использованием дополнительных и главных контактов магнитных пускателей.

Некоторые возможные варианты схем приведены ниже.

Автоматизированное управление электроприводами поточно-транспортерной системы.

Для автоматизированного управления электроприводами механизмов непрерывного транспортера используют общие принципы построения схем управления с учетом блокировок, сигнализации и особенностей эксплуатации установок. Схема управления предусматривает пуск и остановку конвейера, сигнализацию, защиту от аварийных режимов, поочередной пуск двигателей, в направлении, обратном перемещению груза, чтобы не произошло завала линии грузом; при остановке одного из конвейеров все предыдущие, подающие груз на оставшийся должны сразу отключаться; общую остановку осуществлять поочередным отключением двигателей

внаправлении перемещения груза; для опробования и наладки конвейеров следует предусматривать пуск и остановку любого из них независимо от остальных. На обрыв тягового органа реагирует реле контроля скорости.

В качестве примера на рис. 1 приведена схема пусковой сигнализации поточно-транспортной системы. Перед пуском конвейеров включают звонок НА кнопкой SB1. С рабочих мест, при готовности механизмов, кнопками SB2 и SB включаются реле KL1 и KL2, которые блокируют кнопки с рабочих мест, включают сигнальные лампы HL1 и HL2 на пульте оператора. После включения КМ1 и КМ2 лампы HL1 и HL2 отключаются, так как реле KL1 и KL2 обесточиваются.

На рис. 2 показано расположение трех совместно работающих конвейеров, приведена схема управления ими. Конвейеры 1 и 2 наклонные, 3 - горизонтальный. Привод конвейеров от трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором M1...M3.

Рис. 1 Схема пусковой сигнализации поточно-транспортной системы: SB2 – кнопка подачи звукового сигнала о пуске; SB3 – кнопка ответов о готовности к пуску с рабочих мест

Пуск двигателя конвейеров начинается с включения двигателя М1 кнопкой SB2. КМ1 срабатывает, подключает двигатель М1 к сети. Одновременно становится возможным пуск двигателя М2 второго конвейера замыканием кнопки SB4. После пуска второго за счет замыкания контакта КМ2 осуществляется пуск кнопкой SB6 двигателя третьего конвейера. Таким образом, пуск двигателя М2 раньше пуска Ml не возможен, т.к. в цепь катушки контактора КМ2 последовательно включен замыкающий контакт КМ1. Аналогично сблокированы двигатели M2 и МЗ.

Чтобы при наладочных работах запустить двигатели независимо один от другого, замыкающие контакты КМ1:2 и КМ2:2 шунтируют выключателями SA7 и SA8.