лабораторная работа № 1 - Ставропольский государственный

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
(лабораторный практикум)
Для студентов по специальности 311400
“Электрификация и автоматизация сельского хозяйства”
Ставрополь
2003
2
Лабораторный практикум по дисциплине «Эксплуатация электрооборудования» для студентов факультета электрификации сельского хозяйства по специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» - Ставрополь. Изд-во тип. СтГАУ, 2003.-204 с.
В лабораторном практикуме отражены вопросы организации и проведения
лабораторных работ, даны краткие сведения из теории согласно теме лабораторной работы, порядок выполнения лабораторной работы, требуемая отчетность по
ней, рекомендуемая литература для подготовки к лабораторной работе.
Составители: доктор технических наук, профессор кафедры электрических
машин В.Я. Хорольский, доцент А.Г. Молчанов, старший преподаватель В.Г. Жданов, ассистенты В.Н. Шемякин и В.Н. Авдеева
Рецензенты: Зав. кафедрой “Применение электрической энергии в сельском
хозяйстве”, кандидат сельскохозяйственных наук С.А. Пешков,
кандидат технических наук А.Б. Ершов, Ставропольский филиал
Ростовского военного института
Лабораторный практикум одобрен и утвержден методической комиссией
факультета электрификации сельского хозяйства (протокол №1 от 08.09.2003 г.)
ФГОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет, 2003 г.
3
ВВЕДЕНИЕ
Целью настоящих методических указаний является оказание помощи студентам в подготовке к выполнению лабораторных работ по электрификации сельского хозяйства. Содержание и тематика лабораторных работ подобраны так, чтобы обеспечить более глубокое изучение студентами ряда практических вопросов
учебной программы.
Организация и порядок выполнения лабораторных работ следующий. Перед
выполнением лабораторных работ студент обязан внимательно изучить правила
техники безопасности при работе на лабораторной установке.
К каждому занятию студенты обязаны готовиться заранее. Подготовка заключается в проработке соответствующего теоретического материала по данным
указаниям и рекомендованной литературе, изучении содержания работы и схемы
электроустановки согласно её описания, вычерчивании схем и таблиц; в которые
будут заноситься данные, полученные в результате измерений и вычислений. Неподготовленные студенты к работе не допускаются.
После окончания практической части работы (не разбирая электросхемы лабораторной установки), результаты измерений необходимо показать преподавателю. Обработка лабораторного исследования и оформление отчёта осуществляется
студентами в лаборатории.
В отчёте указывается номер, название, паспортные данные машин, приборов и другого электрооборудования, приводятся программа работы, математические расчёты, сводные таблицы, графики, даётся изображение электросхем, делаются необходимые выводы.
В формулах и схемах следует использовать принятые по ГОСТу условные
обозначения и размерности. Отчёты предоставляются для защиты преподавателю
каждым студентом индивидуально.
4
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1 Правила техники безопасности при работе
в электротехнической лаборатории
1.1. Перед выполнением лабораторных работ в начале занятия студенты
каждой группы должны прослушать вводный инструктаж и дополнительно, при
необходимости, инструктаж на рабочем месте по технике безопасности. Инструктаж проводится преподавателем, ведущим занятия, и оформляется в журнале по
технике безопасности данной лаборатории.
1.2. В лаборатории запрещается:
а) загромождать рабочее место (стенд) личными вещами;
б) вешать личные вещи на лабораторное оборудование;
в) ходить без разрешения по лаборатории.
1.3. Перед включением коммутационных аппаратов, питающих электрическую сеть лаборатории, стенда необходимо громко предупредить присутствующих: "ВНИМАНИЕ! Подается питание в лабораторию, на стенд". Коммутационные аппараты может выключать старший работник, назначаемый преподавателем,
ведущим занятие.
1.4. Сборку, разборку и пересоединение в схеме на лабораторном стенде
следует производить только при отключенном питании на рабочем месте.
1.5. При выполнении внеочередных ремонтных работ на лабораторном
стенде, последний отключается через разъем от питающей сети.
1.6. Включать исследуемые установки, лабораторные стенды в сеть разрешается только после проверки схемы преподавателем, ведущим занятие или лаборантом. После каждого изменения в схеме предъявление ее для проверки преподавателю обязательно.
1.7. При сборке схемы запрещается использовать провода с поврежденной
изоляцией, а также сращивать отдельные провода.
1.8. Перед сборкой схемы опыта на лабораторном стенде необходимо внимательно ознакомиться:
а) со схемой;
5
б) с пределами измеряющих приборов;
в) с набором приборов и оборудования, используемых в данной работе.
2 Организация выполнения лабораторных работ
2.1. Тринадцать работ разбиты на два курса (1…6 – по ЭТС, 7…13 – по
ЭЭО). Работы выполняются последовательно друг за другом (1, 2, 3, 4, 5, 6 - первый цикл; 7, 8, 9,10,11,12, 13 - второй цикл). Все работы 4-х часовые.
2.2. Студенты, выполняющие первые работы цикла, являются кураторами
этих работ. Они должны их досконально знать, чтобы потом помочь остальным в
их освоении. Кураторы работ помогают преподавателю проверить схемы, правильность полученных данных для лабораторных исследований, являются консультантами по данной лабораторной работе.
2.3. Лабораторные работы выполняются по бригадам в количестве от двух
до четырех человек в соответствии с графиком прохождения лабораторных работ.
Комплектация бригад производится самими студентами по их желанию.
2.4. Студент допускается к первой лабораторной работе, если он:
а) прослушал инструктаж по технике безопасности вводный и при необходимости на рабочем месте;
б) усвоил программу исследований и ознакомился с методикой ее выполнения;
в) вычертил схемы измерений, разобравшись в принципе их действия, выписал паспорта приборов и исследуемых электроустановок и электрооборудования;
г) вчерне подготовил таблицы для результатов опытов.
2.5. Студент допускается к последующей работе при оформлении отчета по
предыдущей лабораторной работе и по возможности получения зачета по ней.
3 Оформление и защита выполненных работ
3.1. Каждый студент самостоятельно оформляет отчет по работе. Допускается оформление одного отчета на бригаду. Отчет оформляется в тетради по данной дисциплине.
6
3.2. В отчете должны быть приведены: цель работы, программа работы,
паспортные данные оборудования и приборов, схемы проведенных опытов, таблицы с данными измерений и результатами вычислений, графики полученных зависимостей, выводы по работе, содержащие практическую оценку опытов.
Схемы и графики следует выполнять аккуратно с применением чертежных
инструментов или трафаретов, все обозначения схем должны соответствовать
ГОСТ. При построении графиков наносятся все точки данных опытов, по которым проводится плавная усредненная кривая.
3.3. Оформленный отчет по работе просматривает куратор работы, проверяет правильность расчетных данных, построение графиков и выводы по работе.
При правильном оформлении отчета куратор допускает студента к защите.
3.4. Каждый студент после оформления отчета сдает зачет по работе. Преподаватель проводит индивидуальный, бригадный или в форме технической игры
опрос студентов по вопросам теории, методике выполнения работы, по анализу
графиков и использованию результатов исследования на практике. Отчет с ошибками подлежит переработке и защищается в дополнительное, назначенное преподавателем, время.
Зачет по лабораторным работам может проводиться в специально оговоренные со студентами дни, после всех проделанных лабораторных работ.
7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КОЭФФИЦИЕНТ
МОЩНОСТИ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И ИЗУЧЕНИЕ
МЕТОДОВ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
Цель работы: исследовать факторы, влияющие на коэффициент мощности,
изучить естественные и искусственные способы его повышения в установках с трехфазными электродвигателями.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
При переменном токе различают три вида мощности: активную, реактивную
и полную (или кажущуюся).
Активная мощность Р равна произведению напряжения на активную составляющую тока:
P=UIcos, (Вт ; кВт).
Реактивная мощность Q равна произведению напряжению на активную составляющую тока:
Q=UIsin, (вар; квар).
Полная мощность S равна произведению напряжения на полный ток:
S=UI, (B·A).
Для цепей трехфазного тока в формулы вводится множитель
3 . Так, ак-
тивная мощность генератора трехфазного тока:
Р= 3 Uicosφ,
где  - угол сдвига фаз между током и напряжением.
Перечисленные три мощности можно представить в виде треугольника
мощностей (рисунок 1) , из которого следует, что полная мощность:
8
S  P 2  Q 2 ; cosφ =
P
=
S
P
P Q
2
2
.
Так как cos дает соотношение между двумя мощностями, то он называется
коэффициентом мощности.
Величина коэффициента мощности показывает, какую часть от полной
мощности составляет активная мощность, используемая для полезной работы. Коэффициент мощности также характеризует потребление электроприемником реактивной мощности.
S
Q
φ
P
Рисунок 1 - Треугольник мощностей
Реактивная мощность Q может рассматриваться как характеристика скорости обмена энергией между генератором и магнитным полем приемника электрической энергии.
Величина коэффициента мощности не остается постоянной, а меняется во
времени.
Различают мгновенное и средневзвешенное значение коэффициента мощности.
Мгновенное значение коэффициента мощности (cos) измеряется фазометром или рассчитывается по формуле:
cosφ=P/( 3 UI);
где
Р - активная мощность электроприемника, Вт;
U - линейное напряжение, В;
I - линейный ток, А.
9
Средневзвешенное значение коэффициента мощности (cosср.
вз.)
исполь-
зуется при расчетах за электроэнергию и расчетах при выборе компенсационных
установок. Этот коэффициент на основании показаний счетчиков активной и реактивной энергии за определенный промежуток времени (час, сутки, месяц, год)
определяется по формуле:
cos  ср.вз. 
1
,
1  (W р / Wa ) 2
где Wa и W p - соответственно суммарное потребление активной (Втч) и
реактивной (ВАрч) энергии.
Наибольшее влияние на значение коэффициента мощности оказывают
асинхронные двигатели и трансформаторы, т.к они нуждаются в намагничивающем токе для создания электромагнитных полей. Активная энергия преобразуется
в двигателе в механическую энергию, а реактивная энергия периодически пульсирует, загружая электрическую сеть.
Значение коэффициента мощности асинхронных двигателей зависит от:
степени их загрузки;
колебания питающего напряжения;
величины воздушного зазора между статором и ротором.
Низкий коэффициент мощности вызывает следующие последствия:
1. Увеличение потерь электроэнергии на нагревание кабелей и проводов сетей и обмоток электрических машин. При одной и той же передаваемой активной
мощности ток тем больше, чем меньше коэффициент мощности:
I
P
3  U  cos 
,
Потери же мощности на нагревание пропорциональны квадрату тока:
P  I 2  r
2. Увеличение сечение и массы кабелей и проводов за счет роста силы тока при уменьшении коэффициента мощности.
10
3. Увеличение полной мощности генераторов на электростанциях,
неполное использование мощности первичных двигателей, увеличение
полной мощности трансформаторов.
У трансформаторов при уменьшении коэффициента мощности потребителей уменьшается пропускная способность активной мощности вследствие повышения реактивной, а первичные двигатели у генераторов на электростанциях оказывается загруженными не полностью.
4. Увеличение колебания напряжения сети. Повышение силы тока при
уменьшении коэффициента мощности приводит к увеличению потерь напряжения, что вызывает понижение напряжения у потребителя.
Снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником тока
и приемником, а следовательно, и снижение реактивного тока в генераторах и сетях называется компенсацией реактивной мощности.
Мероприятия по повышению коэффициента мощности могут быть подразделены на естественные и искусственные.
Естественные мероприятия по уменьшению потребления приемниками реактивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их
осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат. К
ним относятся следующие:
1. Правильный выбор электродвигателей по мощности и типу (не допускать
излишних запасов мощности).
2. Замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей
мощности.
3. Переключение недогруженных асинхронных двигателей с треугольника на
звезду.
4. Ограничение холостого хода электродвигателей.
5. Повышение каче6ства ремонта двигателей. Перечисленные естественные
мероприятия обеспечивают работу асинхронных двигателей с предельно возможным для них номинальным коэффициентом мощности.
11
Для дальнейшего повышения коэффициента мощности используют искусственные способы, к числу которых можно отнести применение перевозбужденных синхронных двигателей, синхронных компенсаторов и косинусных конденсаторов.
В условиях сельскохозяйственного производства наиболее целесообразно
применять статические конденсаторы. Конденсаторы обладают незначительными
потерями (0,3 ... 1% от их мощности), просты и удобны в обслуживании.
Сущность улучшения коэффициента мощности с помощью конденсаторов
следует из рассмотрения треугольников мощностей (рисунок 2а).
Q,
Q,
квар
квар
S
S
Q p=Q – Q c
Q
φ
φ
Q
P
к
Р,кВт
P, кВт
P
а)
Qc
б)
Рисунок 2 – Треугольник мощностей двигателя: а) – без подключения конденсаторов; б) – с подключенными конденсаторами,
где Р - активная мощность, определяемая механической нагрузкой на валу двигателя, потерями в мотках и в стали машины;
Q - реактивная мощность, потребляемая на намагничивание машины и создание
магнитного поля рассеивания;
S - полная мощность:
S
P
.
cos 
При параллельном подключении конденсаторов к обмоткам двигателя общая реактивная мощность, циркулирующая между двигателем и генератором
Qp = Q - Qc ,
12
где Qc - реактивная мощность конденсаторов (в противофазе по отношению
к реактивной мощности двигателя) - рисунок 2б.
Из треугольника мощностей следует, что при подключении конденсаторов
 к  , а cos к  cos
Соответствующим подбором конденсаторов можно добиться, чтобы
Q = Qc, а  = 0, тогда cos = 1
В этом случае из сети будет потребляться только активная мощность, а реактивная будет циркулировать между двигателем и конденсаторами, полностью
разгружая сеть от реактивного тока. Рациональной схемой включения компенсирующих конденсаторов является схема соединения треугольником. В этом случае
напряжение на конденсаторах будет в
3 раз выше, чем при соединении звездой
а, следовательно, емкость батареи в первом случае при одной и той же реактивной
мощности Qc будет в 3 раза меньше, чем во втором случае. «Вузовская наука –
Северо-Кавказскому региону. Ставрополь, 2000.- 2
Краткое описание схемы лабораторной установки
Лабораторная установка (рисунок 3) состоит из короткозамкнутого асинхронного электродвигателя М, нагружаемого с помощью генератора G.
Изменение степени загрузки двигателя осуществляется посредством включения (отключения) нагрузочных резисторов R4.. .R5 и регулировкой напряжения
генераторов (в пределах до 220 В) с помощью реостата R6.
В качестве компенсирующего устройства используется батарея конденсаторов С1, С2, СЗ.
Для контроля и необходимых измерений имеются следующие измерительные приборы:
вольтметры PV1, PV2 для контроля напряжения в силовых цепях двигателя
М и генератора G.
амперметры РА1, РА2 для измерения тока общего I и емкостного I
- счетчик реактивной РК и активной PI энергии.
- ваттметр PW для измерения активной и реактивной мощности. Включение
и отключение установки осуществляется магнитным пускателем КМ1.
13
Разряд батареи конденсаторов обеспечивается пускателем КМ2 на резисторы R1...R 3.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить факторы, влияющие на коэффициенты мощности.
2. Изучить способы повышения cos в установках с 3 - фазными электродвигателями.
3. Снять зависимости cos и I от нагрузки на валу электродвигателя.
4. Рассчитать средневзвешенное значение коэффициента мощности.
5. По данным таблиц построить графики:
cos = f (Р) и cos = f (Rн), cosL (с) = f (С) и Ic = f(C).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться со схемой и работой лабораторной установки. Записать
паспортные данные двигателя.
2. Снять зависимость cos = f (), где  степень загрузки двигателя
 = Р/Рн
где
Р - мощность нагрузки двигателя;
Рн - номинальная (паспортная) мощность двигателя.
Для снятия зависимости включить установку, рукоятку ЛАТРа установить в
крайнее правое положение (по часовой стрелке), рукоятку потенциометра
"ВОЗБУЖД" также в крайнее правое положение.
Изменяя положение тумблеров "НАГРУЗКА", снять показания прибора. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты измерений зависимости cos = f (Rн)
R, Ом
cosL
 (х.х.)
30
14
14
3. Установить нагрузку, равную 30Ом. Изменяя положение рукоятки потенциометра "ВОЗБУЖД", установить по ваттметру PW значения мощности, указанные в таблице 2, и снять показания фазометра.
Результаты измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2 - Результаты измерений зависимости cos = f (Р)
Рн, кВт
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
CosL
По данным таблиц построить графики cos = f (Rн) и cos = f (Р).
4. Рассчитать cosср.вз на основе измерения активной и реактивной энергии
за время 10 минут по оборотам дисков счетчиков.
5. Ручку потенциометра "ВОЗБУЖД" установить в крайнее правое положение. Включить автомат QF2 (батарея конденсаторов) Изменяя емкость конденсаторов тумблерами 2мкф, 3мкф, 4мкф от Сmin = 0мкф до Сmax = 9мкф, снять зависимости cos = f (C), Ic = f (С). Результаты измерений занести в таблицу 3.
Таблица 3. – Результаты измерений зависимостей cos = f (C), Ic = f (С)
С, мкФ
0
2
3
4
5
6
7
cosL(с)
cos#(c)
Ic,A
По данным таблицы 3 построить графики cosL (с) = f (С) и Ic = f(C).
9
15
~ 380 В, 50 Гц
L1 L2
L3
N
SB1
QF1
SB2
КМ1
КМ1
КМ1
КМ2
TV1
VD1...VD4
PV1
V
cos φ
R2
R1
R3
РА1
А
PK
kvarh
PI
kWh
РА2
I*A
kW
С3
А
R4 14 Ом
SA2
КМ1
PW
С2
С1
КМ2
SA3
R5 30 Ом
SA1 Х.Х.
PV2
I*С
V
Я1
G Я2
R6
Ш1
Ш2
М
Рисунок 3 - Упрощенная схема установки индивидуальной
компенсации реактивной мощности
16
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Наименование лабораторной работы и ее цель.
2. Основные формулы для расчета cos.
3. Заполненные таблицы и графики зависимостей cos = f(Pн),
cos = f(R), cos = f(С), Ic = f(C).
4. Результаты измерений активной и реактивной энергии и расчета cosср.вз.
5. Вывод по расчету емкости компенсирующих конденсаторов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что характеризует коэффициент мощности?
2. От чего зависит cos в асинхронных двигателях?
3. Назвать последствия низкого cos.
4. Назвать методы повышения коэффициента мощности.
5. Объяснить сущность компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Варварин В. К., Койлер В. Я., Панов П. А. Наладка электрооборудования.
Справочник -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Россельхозиздательство, 1984 – 349 с.
2. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергия, 1981. – 200с.
3. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества
электроэнергии. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
4. Ильяшов В.П. Конденсаторные установки промышленных предприятий.
М.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975.
6. Поспелов Г.Е. и др. Компенсирующие и регулирующие устройства в
электрических системах. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1983 - 112с., ил.
17
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
НАЛАДКА И РЕГУЛИРОВКА СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ РАЗГРУЗЧИКОМ АВТОМОБИЛЕЙ
Цель работы: освоить наладку и регулировку схем автоматического управления, используемых в сельском хозяйстве.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В процессе эксплуатации разгрузчика автомобилей возникает необходимость в ремонте, наладке и регулировке схем автоматического управления. По
этой причине необходимо быть ознакомленным с некоторыми сведениями общего
характера.
При наладке и регулировке схем электротехнических изделий необходимо
знать их устройство, уметь проводить контроль технического состояния, принимать решение об их пригодности.
Цель испытаний электрооборудования - проверка соответствия требуемым
техническим характеристикам, установление отсутствия дефектов, получение исходных данных для последующих профилактических испытаний, а также изучение работы оборудования. Различают следующие виды испытаний: 1) типовые; 2)
контрольные; 3) приемосдаточные; 4) эксплуатационные; 5) специальные.
Проверка схем электрических соединений
Проверка схем электрических соединений предусматривает: 1) ознакомление с проектными схемами коммутации как принципиальными (полными), так и
монтажными, а также кабельным журналом; 2) проверку соответствия установленного оборудования и аппаратуры проекту; 3) осмотр и проверку соответствия
смонтированных проводов и кабелей (марки, материала, сечения и др.) проекту и
действующим правилам; 4) проверку наличия и правильности маркировки на
оконцевателях проводов и жил кабелей, клеммниках, выводах аппаратов; 5) проверку качества монтажа (надежности контактных соединений, укладки проводов
18
на панелях, прокладки кабелей и т.п.); 6) проверку правильности монтажа цепей
(прозвонку); 7) проверку схем электрических цепей под напряжением.
Цепи первичной и вторичной коммутаций проверяют в полном объеме при
приемосдаточных испытаниях после окончания монтажа электроустановки. Обнаруженные в процессе проверки ошибки монтажа или другие отступления от
проекта устраняют наладчики или монтажники (в зависимости от объема и характера работы).
Принципиальные изменения и отступления от проекта допустимы только
после согласования их с проектной организацией. Все изменения должны быть
показаны на чертежах.
Проверка правильности монтажа (прозвонка)
Правильность монтажа в пределах одной панели, шкафа, аппарата иногда
может быть проверена визуально прослеживанием проводов.
Во всех остальных случаях правильность монтажа цепей определяют прозвонкой.
В пределах одной панели, шкафа прозвонка цепей может осуществляться с
помощью простейшего прозвоночного устройства. Устройства такого типа можно
легко изготовить на месте проведения наладочных работ. В прозвоночных
устройствах с лампочкой заметно искрение при размыкании цепи, содержащей
катушку с железным сердечником; по искрению и судят об исправности катушки
(отсутствие обрывов и витковых замыканий).
Более совершенное прозвоночное устройство содержит миниатюрный магнитоэлектрический прибор - омметр (например, М371).
При прозвонке цепей на панели или коротких отрезков кабелей, не выходящих за пределы одного помещения, можно пользоваться также понижающим
трансформатором (220/12В.) с лампой или мегаомметром. Длинные отрезки кабеля, концы которого расположены в разных помещениях, лучше всего прозванивать с помощью двух микротелефонных трубок.
19
Наладка вторичных цепей распределительных
устройств напряжением до 1000В
Нормальная работа электрооборудования и всей электроустановки зависит
не только от качества и состояния электрооборудования, но и от электрических
соединений, связывающих электрооборудование данной электроустановки в единую систему.
Благодаря этим соединениям образуются электрические цепи - первичные
(силовые), которые включают первичное оборудование, и цепи вторичной коммутации, в которые входит оборудование вторичной коммутации.
Первичные цепи служат для осуществления энергетических функций: производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.
Цепи вторичной коммутации - для контроля за работой основного (первичного) оборудования и управления режимом его работы.
Цепи вторичной коммутации обычно намного сложнее первичных цепей,
поскольку они содержат значительно большее количество элементов. Поэтому
проверка цепей и аппаратов вторичной коммутации составляет основной объем
работ при проверке электрических цепей налаживаемой электроустановки.
К распределительным устройствам напряжением до 1000В относятся станции управления типа У15 – УРВС, которые предназначены для автоматического
управления разгрузчиком.
Конструктивно устройства У15 – УРВС выполнены в металлических ящиках со стандартными габаритами и установочными размерами.
Принципиальная электрическая схема станции типа У15 – УРВС приведена
на рисунке 1.
Программа наладки и испытаний аппаратов и цепей
При проведении пусконаладочных работ производят:
- внешний осмотр;
- проверку аппаратов;
- проверку схем управления, сигнализации, блокировки;
- измерение сопротивления изоляции;
20
- испытание электрической прочности изоляции вторичных цепей повышенным напряжением переменного тока;
- опробование работы аппаратов и цепей вторичной коммутации при пониженном и номинальном напряжении оперативного тока.
Внешний осмотр
При внешнем осмотре проверяют:
- соответствие установленных аппаратов и приборов проекту и защищаемому приводному механизму;
- наличие оконцевателей на проводах и жилах контрольных кабелей: панелях управления, бирок на кабелях с указанием марки кабеля и направления его
прокладки;
- параметры обмоток реле, катушек магнитных пускателей;
- наличие и исправность тепловых элементов реле и соответствие их параметров защищаемому электродвигателю;
- отсутствие механических повреждений (обрывов, изломов, нарушений
изоляции, трещин, сколов на корпусах приборов и т.д.);
- надежность крепления аппаратов и правильность их установки;
- состояние основных и блокировочных контактов, реле, ключей, кнопок
управления и т.д.;
- отсутствие пыли, грязи, ржавчины;
- целостность заземляющей проводки от аппаратов до места присоединения
ее к общей сети заземления;
- отсутствие прокладок, арретиров и других элементов, ограничивающих
ход подвижных частей во время транспортировки;
- отсутствие перекосов контактов и механических частей, заеданий и залипаний подвижных частей аппаратов в промежуточных положениях (свободный
ход подвижных частей аппаратов проверяется нажатием руки на подвижную
часть);
- наличие и исправность возвратных пружин подвижной системы;
- наличие растворов и провалов у главных контактов и блок-контактов;
21
- у реверсивных пускателей также проверяют надежность работы механической блокировки с целью предотвращения срабатывания двух контакторов.
Проверка схем управления, сигнализации и блокировки
Проверку производят с целью определения соответствия выполненных схем
управления, сигнализации и блокировок, принципиальным схемам проекта.
Перед проверкой знакомятся с проектом, характером технологического
процесса, работой оборудования, контролируют работоспособность принципиальных схем проекта.
Схемы проверяют путем прозвонки каждого провода и сверки отдельных
участков цепи с принципиальными схемами. Одновременно подключают и затягивают винтовые соединения на аппаратах (нулевые провода не подключают).
Все обнаруженные ошибки монтажа немедленно исправляют силами монтажной организации. Допустимые отклонения от проекта отмечают в исполнительных схемах.
Все элементы полностью собранных схем должны надежно функционировать в предусмотренной проектом последовательности.
Техника безопасности при испытательно-наладочных работах
При испытании и наладке аппаратуры схем автоматизированных сельскохозяйственных электроприводов необходимо строго соблюдать Правила техники
безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. Это особенно
важно для производственных помещений с повышенной опасностью поражения
наладочного персонала электрическим током (сырых, влажных).
Наладочные работы, как правило, должна выполнять бригада в составе не
менее двух наладчиков.
Инструмент для наладочных работ должен быть с изолированными ручками. Для определения наличия напряжения в схеме необходимо пользоваться специальными индикаторами напряжения. Все отключения и переключения приборов следует проводить только при снятом напряжении. Металлические корпуса
приборов и вторичные обмотки трансформаторов тока следует надежно заземлить.
22
Перед началом работ, связанных с опасными напряжениями, тщательно
проверяют наличие и состояние всех заземлений и связь их с контуром заземления, состояние контура заземления и соответствие его сопротивления растеканию
нормам.
Во время работ на выключателях во избежание травм принимают меры,
предотвращающие всякую возможность случайного включения и отключения,
например снятие оперативного тока, вывешивание плакатов (рекомендуется
иметь три наиболее употребляемых плаката: “Стой – высокое напряжение”, “Не
включать – работают люди”, “Работать здесь”) на оперативных рукоятках, перекрытие вентилей на воздухопроводах воздушных выключателей и т.п.
Устройство и принцип работы
Разгрузчик У15 – УРВС состоит из следующих элементов:
- макет платформы большой;
- макет платформы боковой;
- электроподъемников;
- системы управления.
Макет большой и боковой платформы состоят из площадок, с установленными на них макетами автомобилей.
Электроподъемники состоят из реверсивных электродвигателей М1 и М2
(рисунок 1).
Система управления предназначена для автоматического управления разгрузчиком. Она состоит из пульта управления ГУАР – 30А, концевых выключателей и системы соединительных проводов.
В ручном режиме работы (используется в данной лабораторной работе)
обеспечивается наклон и опускание платформ, а также автоматическая остановка
их в крайних положениях. Остановка в промежуточном положении при подъеме
может быть произведена нажатием кнопки SBТ2 “Стоп наклона платформы” на
пульте ГУАР – 30А.
23
Управление в ручном режиме производится с пульта управления с помощью
кнопок SBT1 “Опускание большой платформы”, SBC1 “Наклон боковой платформы”, SBC2 “Наклон большой платформы”, SBT2 “Стоп наклона платформ”.
Работа схемы
1. При нажатии кнопки SBC2 “Наклон большой платформы” образуется
электрическая цепь: А – QS1 – А1 – QF1 – FU3 – 1 – SBT1 – 8 – SBT2 – 49 – SB1–
50 – SBC2 – 52 – X:29 – SQ3 – SQ4 - X:31 – 58 – KK1 – 56 – KM2 – N, срабатывает
магнитный пускатель КМ2, самоблокируется контактами КМ2.4 и включает двигатель М2 по цепи: C – QS1 – C1 – QF1 – C4 – KM2 – C5 – KK1 – C6 – X:10 – 15 –
KL2.3 – 22 – X:12 – a3 – M2 – R2 – в4 – X:34 – N.
Происходит наклон большой платформы. При этом замыкается конечный
выключатель SQ1 (он разомкнут в нижнем положении платформы под давлением
ее массы). В крайнем верхнем положении платформа останавливается автоматически, так как концевые выключатели SQ3, SQ4 разомкнут цепь катушки пускателя КМ2 на участке Х:29 – Х31.
2. При нажатии на кнопку SB1 “Опускание большой платформы” образуется
электрическая цепь на участке: 1 – SBT1 – 8 – X:7 – a6 – SQ1 – в5 – X:8 – 9– SB1 –
27 – KM2.1 – 25 – X:14 – X:15 – 26 – KM1 – N.
Срабатывает магнитный пускатель КМ1. При этом своими контактами
КМ1.1 магнитный пускатель самоблокируется, а контактами КМ1 образует цепь:
A – QS1 – A1 – FU1 – A2 – KM1 – X:1 – a2 – KL3 – в4 – X:34 – N.
Срабатывает реле KL3 и включает электродвигатель М2 по цепи:
A – QS1 – A1 – QF1 – A4 – в3 – KL3.1 – M2 – R2 – в4 – X:34 – N.
Одновременно размыкается цепь катушки КМ2 на участке: 49 – SB1 – 50.
Происходит опускание большой платформы. При достижении платформой
крайнего нижнего положения срабатывает конечный выключатель SQ1 и размыкает цепь питания катушки магнитного пускателя КМ1 на участке Х:7 – Х8. Реле
KL3 отключается.
КМ2
С4
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная
С6
КК1
х:10
КК1
х:1 х:2 А6 В6
А3 С3
КМ1
КК1
А2 С2 А5 В5 С5
FU1 FU2 А4 В4
QF1
А1 В1 С1 FU3
1
х:3
QS1
~50 Гц 380В
А В С
х:1
х:12
х:13
х:32
х:7
В4
х:29
С1
а
SQ3
SQ1
SQ2
а
R1
М1
1
2
3
4
5
6
7
8
XS
1
2
3
4
5
6
7
8
ХР
С2
в
х:31
А4
х:34
х:8
х:33
KL3.1
SQ4
в
KL3
R2
М2
Опускание
боковой платформы SBT1
48
KL2.5
32
50
HLW
42
34
х:15
х:20
х:23
KL2
KL1
SBC2 платформы
КК1 КМ2
х:29 х:31
52
56
58
КМ2.4
х:27
х:26
х:22
х:21
33
29
х:13 х:17
х:12
Наклон большой
КМ2.3
36
23
22
х:33
26
N
х:34
27 КМ2.1 25 х:14
КМ1
KL2.1
KL1.4
KL1.2
35 KL1.3
KL1.1
KL2.4
KL2.3
KL2.2
КМ1.1
SB1
КМ2.2 41
SBT2 SB1
49
х:28
KL2.3
15
31
8 SBC1
х:18
х:16 28
х:10 15
х:32
х:7 х:8 9
9
11
Стоп наклона Опускание
платформ
большой
SBC1 51KL2.5
платформы
Наклон боковой
платформы
8
8
R
24
25
3. Наклон боковой платформы происходит после нажатия кнопки SBC1
“Наклон боковой платформы”.
Создается цепь: 1 – SBT1 – 8 – SBC1 – 32 – X:20 – X:21 – 33 – KL2 – N.
Срабатывает реле KL2 и своими контактами KL2.5 включает цепь срабатывания
магнитного пускателя KM2: 1 – SBT1 – 8 – SBT2 – 49 – SB1 – 50 – SBC1 – 51 –
KL2.5 – X:29 – a8 – SQ3 – SQ4 – в8 – X:31 – 58 – KK1 – 56 – KM2 – N.
Пускатель КМ2 самоблокируется контактами КМ2.4, а контактами КМ2
подготавливает цепь включения электродвигателя М1 (С4 подключается на С5).
Одновременно замыкаются контакты KL2.4 и создается цепь: C – QS1 – C1
– QF1 – C4 – KM2 – C5 – KK1 – C6 – X:10 – 15 – KL2.4 – 23 – X:13 – a4 – M1– R1
– в4 – X:34 – N.
Происходит наклон боковой платформы. При этом замыкается концевой
выключатель SQ2, который был разомкнут под действием массы платформы.
В крайнем верхнем положении платформа автоматически останавливается,
так как концевые выключатели SQ3, SQ4 размыкают цепь питания катушки пускателя КМ2 на участке Х:29 – Х:31.
4. Опускание боковой платформы происходит после нажатия кнопки SBT1
“Опускание боковой платформы”. При этом размыкается цепь питания катушек
пускателя КМ2 и реле KL2, а создается цепь: B – QS1 – B1 – QF1 – B4– a7 – SQ2 –
в6 – X:33 – KL2.2 – X:32 – a5 – M1 – R1 – в4 – X:34 – N.
Происходит опускание боковой платформы. При достижении платформой
крайнего нижнего положения срабатывает конечный выключатель SQ2 и размыкает цепь питания электродвигателя М1 на участке а7 – в6.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
На рабочем месте находится:
- ящик управления У15 – УРВС У2;
- макет большой и боковой платформ;
- измерительные приборы и инструмент (мегомметр, прибор комбинированный Ц4353, указатели низкого напряжения МИН-1, ИН-91, контрольная лампочка
с батарейкой, отвертка и др.).
26
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Ознакомиться с общими сведениями, изучить устройство и принцип работы разгрузчика У15-УРВС.
2. Выполнить работу в соответствии с порядком выполнения работы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Произвести наладку схемы “Наклон большой платформы”, для чего:
- вычертить схему цепи наклона большой платформы;
- проверить схему на функционирование;
- в случае необходимости осуществить ремонт и испытания в соответствии с
рекомендациями раздела “КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ”.
Платформа должна подниматься на угол, определяемый шаблоном.
2. Произвести наладку схемы “Опускание большой платформы”, для чего:
вычертить схему цепи опускания большой платформы;
проверить схему на функционирование;
в случае необходимости осуществить ремонт и испытания.
3. Произвести наладку схем наклона и опускания боковой платформы по
методике, приведенной в п.п. 1, 2.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
1. Наименование лабораторной работы и ее цель.
2. Отчет по каждому пункту работы, включающий:
- наименование пункта;
- результаты испытаний;
- причину неисправности.
3. Выводы о проделанной работе.
27
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что необходимо знать и уметь при наладке и регулировке схем?
2. Очередность проверки цепей.
3. Что такое испытание изделий и цель испытаний?
4. Различие первичных и вторичных цепей.
5. Техника безопасности при испытательно-наладочных работах.
6. Работа схемы, изображенной на рисунке 1:
- наклон большой платформы;
- опускание большой платформы;
- наклон боковой платформы;
- опускание боковой платформы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кокорев А.С. Контроль и испытание электрических машин, аппаратов и
приборов. – М.: Высш. Шк., 1990.
2. Разгрузчик автомобилей У15 – УРВС. Паспорт и инструкция по эксплуатации У15 – УРВС ПС.
3. Рапутов Б.М. Эксплуатация аппаратуры автоматики сельскохозяйственных электроприводов. М.: “Колос”, 1977.
4. Варварин В.К. и др. Наладка электрооборудования. Справочник. – 2-е
изд., перераб. и доп. – М.: Россельхозиздат, 1984 – 349с., ил.
28
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Цель работ: изучить методику и получить практические навыки составления
принципиальных схем сельских электроустановок.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В процессе эксплуатации сельских электроустановок или при их совершенствовании в ряде случаев возникает задача составления небольших проектов сельских электроустановок, выполнения их монтажа и наладки. В этой ситуации требуется разработка структурной и принципиальной, а иногда и монтажной схем.
Для инженеров-электриков по специальности 31.14.00 - «Электрификация и
автоматизация сельского хозяйства» в первую очередь необходимо уметь составлять схемы питания автоматизации силового электрооборудования, установок
электротехнологий, осветительного оборудования.
Схема - это графический конструкторский документ, на котором показаны в
виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи
между ними.
В зависимости от назначения различают следующие типы схем: структурные, функциональные, принципиальные, схемы соединения, подключения, общие
и схемы расположения. Для схем энергетических установок вместо названия
принципиальная схема соединений могут использоваться названия «полные» и
«монтажные» схемы.
Структурная схема определяет основные функциональные части изделия.
Функциональная схема разъясняет процессы, протекающие в них. Принципиальная (полная) схема определяет полный состав элементов и связей между ними и
дает представление о принципе работы установки. Остальные типы схем, как пра-
29
вило, разрабатываются в проектных организациях и нужны для монтажа и наладки электрооборудования.
Структурные
схемы
показывают
основные
функциональные
части
устройств, их назначение и взаимосвязь. Выполняются на стадиях, предшествующих разработке схем других типов и используются для ознакомления с устройством. Функциональные части на схемах изображаются в виде прямоугольников
без учета их действительного расположения и подробного наименования элементов и функциональных групп.
Обозначения вписываются внутрь прямоугольников или они нумеруются
цифрами. Допускается использование обозначений для функциональных и принципиальных схем. На линиях связи можно показывать направление процесса. На
схемах допускается указывать дополнительную информацию.
Принципиальные схемы сравнительно просты по начертанию, но по существу они самые сложные и важные, на их основе разрабатываются схемы других
типов (схемы соединений, расположения, объединенные). Принципиальные схемы используются при изучении принципа работы изделия, а также при наладке,
контроле и ремонте установок.
При разработке схем автоматизации технологических процессов обычно
выполняются принципиальные электрические схемы самостоятельных элементов,
установок или их участков автоматизированной системы, например: схема автоматического и дистанционного управления насосом, схема сигнализации уровня
воды в резервуаре и т.д. Используя эти схемы, в случае необходимости составляют общую принципиальную схему установки (принципиальная схема управления
насосной установкой).
При всем многообразии принципиальных электрических схем независимо
от степени сложности каждая из них представляет собой сочетание определенным
образом составленных достаточно простых типов функциональных узлов и элементарных электрических цепей.
30
ГОСТ 2.701-84 устанавливает классификацию, обозначения схем и общие
требования к их выполнению. Стандарт устанавливает следующую терминологию:
элемент схемы - составная часть схемы, которая выполняет определенную
функцию и не может быть разделена на части (резистор, конденсатор, трансформатор и т. д.);
устройство - совокупность элементов, представляющих функционально
конструкцию (блок, плата и т. д.);
функциональная группа- совокупность элементов, выполняющих определенную функцию, но не объединенных в единую конструкцию (усилитель);
линия электрической связи - линия, указывающая на схеме путь прохождения тока;
установка - условное наименование объекта, для которого выполняется
схема.
В проектной практике разработку принципиальной электрической схемы
рекомендуется вести в следующем порядке:
1. Задаются технические требования к установке.
2. На основании требовании формируется перечень функций, решаемых ею.
3. Составляется структурная схема. Ставятся условия и последовательность
действия схемы.
4. Каждое из заданных условий изображается в виде тех или иных элементарных узлов или цепей.
5. Элементарные цепи и узлы объединяются в общую схему.
6. Производится выбор аппаратуры и электрический расчет элементов.
7. Проверяется схема с позиций возникновения сложных цепей и ее неправильной работы.
8. Рассматриваются возможные варианты, и принимается окончательное
решение.
Разработка принципиальных схем содержит определенные элементы творчества. Схема должна быть максимально упрощена и минимизирована.
31
К схемам предъявляются следующие требования: надежность, простота и
экономичность, четкость действия схемы в аварийных ситуациях (безопасность
обслуживания, предотвращение дальнейшего развития аварии), удобство оперативной работы, удобство эксплуатации, четкость оформления.
Правила выполнения схем
Принципиальные электрические схемы выполняют в соответствии с требованиями государственных стандартов по правилам выполнения схем, условным
графическим обозначениям, маркировке цепей и буквенно-цифровым обозначениям элементов схем.
1.Элементы на схеме изображаются в виде условных графических обозначений (УГО), (Приложение 1). В соответствии с требованиями ЕСКД УГО образуются из простых геометрических фигур: квадратов, прямоугольников, окружностей, треугольников, а также из сплошных и штриховых линий и точек. При изображении на одной схеме разных функциональных цепей допускается различать их
толщиной линии, например, цепи питания показывать более толстыми линиями.
Линии выполняются толщиной от 0,2 до 1,0 мм в зависимости от форматов схемы
и размеров УГО.
Графическое пересечение линий связи изображается под прямым углом, а
место соединения линий электрической связи с помощью точки. Текст, относящийся к линии связи размещается над ней, в разрыве, в начале или в конце ее
(например, Блокировка: - 28 - ; - 12 / В4/; А - ).
2. Графическое обозначение элементов и соединяющих линий должны
обеспечивать наилучшее представление о взаимодействии составных частей. Линии связи должны быть из горизонтальных и вертикальных отрезков, иметь
наименьшее количество изломов и пересечений. Расстояние между соседними параллельными линиями должно быть не менее 3 мм. Линии связи, как правило, показываются полностью. Допускается обрывать линии для лучшего чтения схем,
обрыв заканчивается стрелкой и соответствующей надписью
( ).
На402
32
3. Элементы схемы, имеющие самостоятельную принципиальную схему,
очерчиваются сплошной линией, возле прямоугольника проставляется номер
устройства.
А-I стандартный блок
управления электродвигателем.
Элементы или функциональные группы, не имеющие самостоятельной
принципиальной схемы, могут выделятся штрихпунктирной линией.
На принципиальных электрических схемах могут при необходимости показываться элементы пневматических, гидравлических или кинематических схем, а
также элементы, не входящие в данную установку, но необходимые для разъяснения принципа ее работы. Графическое обозначение таких элементов и устройств
отделяют штрихпунктирными линиями и помещают надпись, указывающую местонахождения элемента и данные о нем.
P I - Поплавковое реле
Контакты аппаратов, работающих в других схемах, на данной схеме обводят
тонкой сплошной линией, около которой приводят обозначения аппарата и ссылку на номер чертежа схемы, в которую аппарат включен.
4. Схемы, как правило, выполняются для устройств, находящихся в отключенном состоянии.
5. Элементы и устройства на принципиальных электрических схемах могут
выполняться совмещенным и разнесенным способами. При совмещенном способе
составные части элемента, например катушки, контакты и др. изображаются на
33
схеме в непосредственной близости друг к другу (как бы в собранном виде). При
разнесенном способе составные части элементов и устройств изображаются на
схеме в разных местах для наглядности. В этом случае схема состоит из ряда цепей, расположенных слева направо и сверху вниз, в порядке последовательности
действия отдельных элементов (строчный способ).
Совмещенный способ
Разнесенный способ
При строчном способе допускается нумеровать строки арабскими цифрами.
Принципиальные электрические схемы питания, управления, измерения и
сигнализации выполняют, как правило, в многолинейном изображении. Для установок электроснабжения иногда используют однолинейное изображение.
6. Механическая связь на принципиальных электрических схемах изображается штриховой линией:
или двумя параллельными линиями: ==========.
7. Электрические машины, трансформаторы и другие элементы на схемах
могут изображаться упрощенным способом, либо развернутым, все зависит от того, с какой целью выполняется принципиальная схема.
8. Если в изделии имеется несколько одинаковых элементов, соединенных
последовательно, то допускается изображать первый и последний элементы, а
связь между ними показывать штриховыми линиями:
C1
C10
При параллельном соединении элементов функциональная группа может
изображаться одной ветвью.
9. Все элементы принципиальной электрической схемы должны иметь позиционные обозначения, проставленные рядом справа или вверху (Приложение 3).
34
Позиционные обозначения в общем случае состоят из трех частей, записываемых
подряд без разделительных знаков и пробелов. Оно образуется с применением
букв латинского алфавита и цифр. Буквы и цифры должны выполнятся одним
шрифтом.
Первая часть позиционного обозначения выполняется с помощью одно- или
двухбуквенного кодов (например, КМ - магнитный пускатель). Причем если в
схеме содержится только один из группы элементов, имеющих общий буквенный
код, то для первой части его позиционного обозначения используется однобуквенный код, в противном случае - двухбуквенный (например, если в схеме есть
только пускатели и нет реле, то пускатели обозначаются К1, К2, и т. д., но если
есть пускатели и реле, то пускатель будет обозначаться КМ, а реле в зависимости
от напряжения также двухбуквенным кодом).
Во второй части позиционного обозначения приводится порядковый номер
элемента в пределах данного вида. Третья часть позиционного обозначения (она
может отсутствовать) соответствует функциональному назначению элемента
(например, КН4 - реле, которое имеет порядковый номер 4 и используется для
сигнализации).
Если необходимо обозначить контакт какого либо элемента, после позиционного обозначения следует поставить знак “:” и цифру, указывающую номер,
КН4:3 указывает, что это третий контакт сигнального реле 4.
Иногда для уточнения вида элемента используется трехбуквенный код,
например ВС, ВТ - кнопочный выключатель на включение и отключение.
Рядом с УГО на принципиальной схеме допускается указывать технические
данные элемента (номинальные значения параметров, и т.д.), а на свободном поле
схемы временные диаграммы, таблицы коммутации и др.
10. Цепи принципиальной электрической схемы маркируют арабскими цифрами, перед которыми проставляются буквы АВС (для маркировки фаз) и N (для
маркировки нуля).
35
Входные и выходные участки цепей постоянного тока маркируют с указанием полярности “+”, “-“.
11. На схемах допускается помещать поясняющие надписи и указывать в
характерных точках величины токов, напряжений, а также указывать характеристики входных и выходных цепей (частота, напряжение, сила тока).
12. Для пояснения работы принципиальной схемы составляется специальная
таблица, помещаемая справа от изображения. В таблице записывается назначение
цепи и входящих в нее элементов (см. фрагмент схемы сигнализации).
Вызов
Кнопка вызова
с
рабочего места
Сигнальная лампа
13. Все элементы, входящие в изделие, на принципиальной электрической
схеме должны быть однозначно определены. Данные об элементах записывают в
перечне, выполняемом в виде таблицы, установленной формы.
Перечень элементов и устройств
Позиционное обо-
Наименование
значение
R1; R2
MЛT - 0,25 - 430Oм ± 10%
К
Примечание
-во
2
14. Принципиальная электрическая схема должна иметь название.
36
Рекомендации к разработке схем управления электродвигателями и
другим технологическим оборудованием
При проектировании схем управления технологического оборудования
сельскохозяйственных объектов широкое распространение получили контакторно-релейные схемы. К их недостаткам относится зависимость срока службы
устройств от количества включений, ограниченное применение устройств в условиях вредного действия окружающей среды (вибрации, сырости, пыли). В таких
условиях лучше использовать схемы управления на бесконтактных элементах.
Режим управления оборудованием оговаривается в задании на проектирование. Может быть местное, дистанционное и телемеханическое управление.
В зависимости от степени участия оператора в процессе управления оборудованием оно может работать в режиме ручного управления, в полуавтоматическом и автоматическом режимах.
При разработке схем управления электрооборудованием учитываются следующие требования:
наряду с автоматическим управлением, электроприемник обязательно должен иметь ручное управление;
выбор режима работы осуществляется переключателем, совмещение функции выбора режима и управления в одном аппарате не рекомендуется;
не должно быть одновременное управление электроприемником с разных
мест.
Одним из существенных вопросов проектирования схем управления технологическим оборудованием является выбор схемы питания и аппаратов защиты.
При этом руководствуются следующими соображениями: цепи управления допускается питать от главных (силовых) цепей или от постороннего источника при
схемах управления.
К аварийным или ненормальным режимам работы электроустановок относятся короткие замыкания и тепловые перегрузки электрооборудования и электропроводов из-за длительного прохождения по ним повышенного тока. Наиболее
37
опасны - короткие замыкания, т.к. ток повышается в десятки и сотни раз, тепловые и динамические воздействия могут привести к разрушению всей установки.
Аппаратура управления и защиты, устанавливаемая в схеме электропитания
приборов и средств автоматизации должна обеспечивать включение и отключение
электроприемников и участков сетей, предусмотренных технологией работ, а
также для ревизий и перезагрузок, если они есть.
Для выполнения указанных требований используют следующую аппаратуру:
- в питающих линиях: автоматический выключатель, рубильник, предохранитель;
- в цепях электродвигателей: автоматический выключатель, магнитный пускатель, рубильник, предохранитель, магнитный пускатель;
- в цепях контрольно-измерительных приборов и цепях сигнализации: пакетный выключатель (рубильник, ключ управления, тумблер), предохранители,
автоматический выключатель;
- в осветительных сетях: автоматический выключатель, рубильник, предохранитель.
Рубильники, пакетные выключатели и тумблеры служат для включения и
отключения отдельных электроприемников в нормальном режиме, а также для отсоединения при производстве ремонтных работ.
Предохранители защищают сети и отдельные электроприемники от коротких замыканий.
Автоматические выключатели используются в качестве защитной аппаратуры от коротких замыканий и перегрузок, а также для нечастых оперативных отключений электрических цепей и электроприемников. Таким образом, автоматический выключатель выполняет функции рубильника - предохранителя и магнитного пускателя (при работе с редкими включениями). Автоматические выключатели удобнее в эксплуатации, чем рубильники с предохранителями. Они более
надежны и безопасны в работе, обладают многократностью действия. При их
применении исключается возникновение неполнофазных режимов при отключе-
38
нии. Однако Автоматические выключатели намного сложнее и дороже, чем рубильник с предохранителями.
Магнитные пускатели выполняют функции аппаратов дистанционного
включения и отключения электроприемников. Кроме того, магнитные пускатели
могут выполнять функции защиты от перегрузок и понижения напряжения (и как
следствие от самозапуска), блокировку с другими аппаратами и электрическое реверсирование.
Питающие и распределительные сети систем электропитания, как правило,
относятся к сетям, не требующим защиты от перегрузок (см. ПУЭ) и защищаются
только от коротких замыканий. Это не относится к наружным участкам пожаро- и
взрывоопасных помещений, системы электропитания которых должны также защищаться от перегрузок.
Отдельные электродвигатели, которые по характеру своей работы могут
оказаться технологически перегружены, рекомендуется защищать от перегрузок и
коротких замыканий.
Простые неразветвленные цепи управления электроприемниками, как правило, должны получать питание от главных (силовых) цепей. Защита цепей
управления электродвигателями, когда силовые цепи и цепи управления выполнены проводом одного сечения, должна осуществляться защитными аппаратами,
установленными в главных цепях электродвигателя. Если сечение проводов или
кабеля меньше сечения силовых цепей или длина цепей управления достаточно
велика, для надежной защиты от коротких замыканий в цепях управления устанавливаются свои предохранители.
При питании от главных (силовых) цепей находит применение фазное и
междуфазное напряжение. Преимущественно при этом используется фазное
напряжение. Междуфазное напряжение для схем управления используют в сетях с
изолированной нейтралью и в сетях с глухо-заземленной нейтралью, когда для
защиты главных цепей используются предохранители и нет защиты от неполнофазных режимов.
39
При включении катушки магнитного пускателя на междуфазное напряжение электродвигатель может защищаться автоматически выключателем и предохранителем. При включении катушки на фазное напряжение должны применяться
трехполюсные автоматы и использоваться ступенчатая защита.
Преимущества фазного напряжения для питания схем управления перед
междуфазным - меньшая опасность, удобство выполнения схем управления и сигнализации, более широкие возможности при выборе аппаратуры. Кроме этого,
при наличии сложных схем управления с большим числом клеммных коробок,
датчиков наличия вибрации и влаги при междуфазном напряжении существует
вероятность замыкания на землю. Недостатки усугубляются при использовании в
главных цепях предохранителей.
Напряжение питания цепей управления от постороннего источника не
должно превышать 220 В.
Аппаратура управления и защиты не устанавливается в заземляющих проводниках. В то же время в сетях взрывоопасных помещений защита от токов короткого замыкания может находиться в фазном и нулевом проводах. Кроме того,
в помещениях всех классов аппараты защиты могут размещаться в нулевом проводе (и при его использовании в качестве заземляющего) если эти аппараты одновременно отключают все фазные провода.
Технология составления принципиальных электрических схем
Ранее указывалось, что принципиальные электрические схемы представляют собой сочетания отдельных элементарных узлов и простых электрических цепей.
Простой электрической цепью называется такая цепь, которая состоит из
одного источника тока (батареи, вторичной обмотки трансформатора, заряженного конденсатора, возбужденной катушки индуктивности), одного приемника (двигателя, резистора, лампы, катушки реле), провода от приемника к источнику и одного коммутирующего контакта. Например:
40
Контактор
Контактор
включается
контактом
К1
при
местном
управлении
включается кнопочным
выклю-
чателем SB1
Объединив цепи, получим:
Могут использоваться и типовые узлы и общепринятые принципиальные
схемы, например, типовой узел квартирной электропроводки для комнаты, имеющей светильник с одной лампой накаливания и одной розеткой имеет вид:
Рассмотрим на примере технологию разработки принципиальной электрической схемы насосной установки. Основными элементами схемы являются:
электродвигатель насоса, автоматический выключатель в сети питания для защиты от токов короткого замыкания, магнитный пускатель с тепловым реле, датчик
верхнего и нижнего уровня воды в баке, переключатель, разделяющий цепи ручного и автоматического управления.
Цепь питания состоит из следующих элементарных цепей:
41
Объединив элементарные цепи, получим:
Принципиальную схему автоматического управления насосной установки
будем разрабатывать, используя узлы типовых и общепринятых схем. Например,
схема ручного управления электродвигателем, осуществляемая с помощью кнопок «Пуск» и «Стоп» и магнитного пускателя имеет вид
42
В приведенной схеме нет автоматизации по уровню воды в баке. Включим
контакт нижнего уровня (НУ) датчика уровня SL параллельно кнопке SB2. По достижению водой НУ датчик включит пускатель в насос.
Однако в этой схеме нет автоматического отключения насоса при подъеме
воды выше отметки верхнего уровня (ВУ). Поэтому необходимо ввести второй
контакт датчика SL в схему управления. Контакт должен быть размыкающим, поскольку его действие аналогично кнопке «Стоп», т.е. включаем его последовательно с этой кнопкой.
В этой схеме ручное и автоматическое управление совмещено в общих
электрических цепях. Однако это неудобно и обычно цепи разделяют с помощью
переключателя. Введем переключатель SA на три положения: ручного управления
(P), отключено (O), автоматическое управление (А). Положение “О” необходимо
для отключения схемы при ремонтах, авариях и в других случаях.
43
Объединив цепи питания с цепями управления, получим общую принципиальную электрическую схему насосной установки.
Схемы электрического освещения
Для освещения используются лампы накаливания и газоразрядные лампы (в
частности люминесцентные), подключаемые через выключатели и переключатели.
Типовые узлы выполнения принципиальных электрических схем освещения
показаны ниже.
44
Лампа включается выключателем S
и имеется розетка X
Включение двух ламп EL1 и EL2
своими выключателями S1 и S2
Люстровый переключатель
Помимо перечисленных, в состав квартирных осветительных сетей входят
однофазные счетчики, автоматические выключатели, предохранители.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Номер, название и цель лабораторной работы.
2. Изучить принципы и методы составления электрических схем.
3. Составленные принципиальные схемы по выданным карточкам-заданиям.
4. Выводы о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое схема и для чего она используется?
2. Какие существуют типы схем и в чем их отличие?
3. Из каких частей состоит схема?
4. Рекомендуемый порядок разработки принципиальной электрической
схемы.
5. Требования, предъявляемые к схемам.
6. Для какого состояния устройств выполняются схемы?
7. Как обозначить контакты какого-либо элемента?
45
8. Какие требования учитываются при разработке схем управления?
9. Какие требования нужно учитывать при выборе схем питания и аппаратов защиты?
ЛИТЕРАТУРА
1. Е.А. Каминский. Практические приемы чтения схем электроустановок.
Энергоатомиздат, м.,1988ю
2. В.М. Камнев. Чтение схем и чертежей электроустановок. Высшая школа,
М., 1990.
3. С.Т. Усатенко, Т.К. Коченюк, М.В. Терехова. Выполнение электрических
схем по ЕСКД. Издательство стандартов, М., 1989.
4. Стандарты ЕСКД.
46
Приложение1
Буквенные обозначения элементов электрических схем
Вид элемента
Код
Вид элемента
Код
Фотоэлемент
BL
Терморезистор
Конденсатор
C
Потенциометр (переменное сопро-
Нагревательный элемент
EK
тивление)
RP
Лампа осветительная
EL
Выключатель, переключатель
SA
Предохранитель плавкий
EU
Выключатель кнопочный
SB
Батарея
GB
Выключатель
Звонок, сирена
HA
(управление, сигнализация, измере-
Прибор световой сигнализа-
RK
автоматический
ние)
SF
ции (лампа сигнальная)
HL
Контакт прибора, измеряющего:
Реле токовое
KA
скорость
BV
Реле указательное
KH
уровень
SL
Реле электротепловое
давление
SP
(тепловое
положение (путевой, концевой вы-
реле
магнитного
пускателя)
KK
Контактор, магнитный
ключатель)
SQ
температуру
SK
пускатель
KM
расход
SD
Реле времени
KT
рН
SN
Реле напряжения
KU
Трансформатор тока
TA
Реле промежуточное
KL
Трансформатор напряжения
TV
Амперметр
PA
Соединение разборное
Вольтметр
PV
(коробка соединительная, проход-
Выключатель автоматический
ная, клеммная, ряд зажимов)
XT
(электроснабжение,
Электромагнит
YA
электрооборудование,
силовое
элек-
Тормоз с электромагнитным прово-
троосвещение)
QF
дом
YB
Разъединитель
QS
Резистор
R
Стабилизатор
TS
Двигатель
M
Выпрямитель
US
Штепсельная розетка
XS
47
Приложение2
Обозначения условные графические в электрических схемах
Обозначение
Обозначение
Наименование
Наименование
и размеры
и размеры
1
2
1
2
1. Род тока и напряжение
- выключатель
- ток постоянный
Толщина
То же
0,3…0,4 мм (например, трехполюсный)
- ток переменный
То же
- ток постоянный
То же
и переменный
То же
2. Источники электрического тока
выключатель
авто- элемент
матический
гальванический или
аккумулятор
- батарея из гальванических или аккуТо же
муляторных элементов
3. Линии электрических связей
- линия электричесТолщина
кой связи (провод,
0,3…0,4 мм.
кабель, шина) общее
(допускается
обозначение
0,2…1 мм)
- линия электрической связи, осуществленной гибким
проводом
- выключатель кнопочный нажимной:
- с замыкающим
То же контактом
- линия электричеТо же
ской связи с ответвлением
- излом линии экТо же
лектической связи
4. Коммутационные устройства и контактные соединения
- предохранитель
плавкий (общее
назначение)
- размыкающий
- контакт электротеплового реле
То же
- пересечение линий
электрической связи
- контакт коммутационного устройства
замыкающий
- контакт замыкающий, работающий с
замыканием при срабатывании, возврате
- с размыкающим
То же
- переключатель однополюсной шестипозиционный
- контакт
переключающий
- контакт контактного соединения:
разборного
неразборного
- соединение контактное разъемное
То же
48
1
2
5. Воспринимающая часть
электро-механических устройств
- катушка электромеханического устройства (магнитного
пускателя)
- воспринимающая
часть электротеплового реле
6. Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы
- резистор постоянный
- резистор переменный (стрелка обозначает подвижной контакт
То же
- конденсатор
- сердечник (магнитопровод) ферромагнитный
Толщина
1…1,2 мм
- катушка индуктивности (дроссель):
без сердечника
с ферромагнитным
сердечником
- трансформатор без
сердечника
- регистрирующий
- интегрирующий
(например электросчетчик)
- обмотка токовая
измерительного прибора
- асинхронная трехфазная машина
с
короткозамкнутым
ротором и обмоткой
статора, соединенного
в треугольник
- машина постоянно
тока с последовательным возбуждением
- машина постоянного тока
с параллельным возбуждением
- машина постоянного тока
со смешанным возбуждением
9. Измерительный
трансформатор тока
То же
- трансформатор с
То же
ферромагнитным
сердечником
- автотрансформатор
То же
однофазный с ферромагнитным сердечником
7. Приборы электроизмерительные
- показывающий
1
2
- обмотка напряжения измерительного
прибора
8. Электрические машины
10. Осветительные и сигнальные
лампы
- лампа накаливания
осветительная и сигнальная
- лампа сигнальная
(допустимое общее
обозначение)
- лампа газозарядная
осветительная и сигнальная (например
люминесцентная)
- пускатель (для люминесцентных ламп)
49
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ИЗУЧЕНИЕ СТЕНДОВ ДЛЯ СБОРКИ И НАСТРОЙКИ
ПУСКОЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ
Цель работы: изучить назначение, краткие технические данные, устройство и
принцип работы стендов 70-7980-2203У3 и МИИСП. Получить
навыки работы по настройке пускозащитной аппаратуры.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Назначение стенда
Стенд для сборки и настройки пускозащитной аппаратуры предназначен для
настройки:
магнитных пускателей типа ПМЛ, ПМА; реле типа РП, РПУ, РПЛ на номинальное напряжение включения и отключения, а также на время срабатывания;
тепловых реле типа РТЛ, ТРН, РТТ силой тока до 100А на время срабатывания, несрабатывания и возврата;
реле времени РВП на диапазон выдержки и приставок ПВЛ;
калибровки плавких вставок однополюсных предохранителей напряжением
до 1000В.
Технические данные
Тип стенда
Напряжение питающей сети, В
Максимальная мощность потребления энергии от сети
при наибольшей нагрузке при изменении одного
параметра, кВт, не более
Напряжение на клеммах источника дискретного
напряжения переменного тока, В
стационарный
220 (+22, -33)
2
12, 24, 42, 110
220, 380
0…380
0…100
Регулируемое напряжение переменного тока на клеммах, В
Сила тока источника постоянного регулируемого тока, А
Напряжение на клеммах источника постоянного регулируемого
напряжения при токе до 1А, В
0…220
Сила тока источника переменного регулируемого тока, А
0…50 (0…20)
0…100
0…300
50
Устройство и работа
Стенд – сборная конструкция, состоящая из электроблока и стола. В состав
электроблока входит измеритель параметров реле цифровой Ф291. Электроблок
конструктивно выполнен в виде короба с передней панелью, съемной задней частью (стенкой), с внутренней панелью трансформаторов и панелью клемм подключения испытуемого оборудования. Все элементы снабжены соответствующими инструкционными табличками.
Электроблок (рисунок 1) оборудован:
- силовыми трансформаторами TV1…TV4;
- регулировочным трансформатором TV5;
- аппаратами управления S1…S9;
- измерительными приборами РА1…РА4, PV1…PV3 и РТ1;
- клеммами подключения нагрузок х1…х16;
- розетками хS2 и хS3 на напряжение 220В 50Гц и розеткой хS1 на напряжение 24В, выпрямительными диодами V1 и V2.
Защита от коротких замыканий осуществляется предохранителями F1…F5.
В первичной цепи, которая включается в сеть 220В с помощью автоматического выключателя QF1, расположенного на правой боковой стенке стенда, установлен автотрансформатор TV5.
Вторичная цепь включает в себя ряд источников постоянного и переменного тока и напряжения постоянного и переменного тока.
Источник дискретного напряжения переменного тока
Включает тумблер S1, предохранитель F1 “3A”, трансформатор TV1, переключатель S8, выходные клеммы х1, х2 (~12…380V).
Первичная обмотка трансформатора TV1 подключается к сети 220В.
Получение дискретных напряжений переменного тока на клеммах х1 и х2
(~12…380V) производится выбором соответствующего отвода вторичной обмотки трансформатора переключателем S8.
Клеммы х1, х2 и предохранитель F1 “3A”, тумблер S1 расположены соответственно ниже и выше инструкционной таблички “~12…380V”.
51
Источник переменного регулируемого тока
Состоит из тумблера S2, предохранителя F4 “5A”, трансформатора TV2,
трансформаторов ТА1…ТА3, переключателя S9 [~5А; (~50 (20)А, 100А); ~300А],
амперметра РА1 ”~0…5А”, выходных клемм х12 “
*”, а также х3 “~5A”, х13
“~300A”, х15 “~100A”, х16 “~50А (20А)”.
Измерение нагрузочного тока производится амперметром РА1 “~0…5А”.
Расширение пределов показаний до 300А дискретно – осуществляется с помощью
трансформаторов ТА1…Та3. выбор предела измерения амперметра РА1 производится переключателем S9.
Ток нагрузки на клеммах х12, х3, х13, х15, х16 плавно регулируется изменением напряжения на первичной обмотке нагрузочного трансформатора TV2 с
помощью регулируемого трансформатора TV5.
Источник постоянного регулируемого тока
В состав источника входят тумблер S2, предохранитель F4 “5A”, трансформатор TV2, двухполупериодный выпрямитель на диодах V1, V2, амперметр РА3
“
0…100A” с шунтом RS1, клеммы х12 “
* ”и х14 “
100А”.
Измерение нагрузочного тока производится амперметром РА3 через шунт
RS1.
Плавно ток нагрузки регулируется изменением напряжения на первичной
обмотке нагрузочного трансформатора TV2 с помощью регулируемого автотрансформатора TV5.
Источник напряжения переменного тока
Состоит из тумблера S4, предохранителя F2 “2A”, трансформатора TV3, амперметра РА2 “~0…1А”, вольтметров PV1 “(~0…10)х10V”, PV2 “(~0…5)х100V”,
тумблера S3 (~0…380V, ~0…100V), клемм х4, х5 (~0…380V).
Регулируемый трансформатор TV5 изменяет напряжение переменного тока
и ток нагрузки на выходных клеммах х4, х5.
Измерение напряжения переменного тока производится вольтметром PV1
(напряжение до 100В) и вольтметром PV2 (напряжение до 380В). Выбор вольт-
52
метра производится тумблером S3.Величина переменного тока измеряется амперметром РА2.
Клеммы х4, х5 и предохранитель F2 “2A”, тумблер S4, амперметр РА2
(~0…1А), вольтметр PV2 (~100…380V) расположены соответственно ниже и выше инструкционной таблички “~0…380V”, а вольтметр PV1 (~0…100V) – правее
тумблера S3 (~0…380V)(~0…100V).
Пульсатор
Используется при настройке реле. Включает предохранитель F5 “1A”, тумблер S6, двухполупериодный выпрямитель U2, собранный по мостовой схеме, реле К1, конденсатор С, клеммы х8, х9.
Пульсатор выполнен по схеме параллельного подключения емкости С к обмотке реле К1 и последовательно включенного активного сопротивления R2.
Миллисекундомер
Миллисекундомер РТ1 включается тумблером S7 и используется для измерения времени срабатывания проверяемых аппаратов.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
На рабочем месте находятся:
- стенд 70-7980-2203У3;
- прибор электроизмерительный комбинированный Ц4353;
- трансформатор тока И515М/1;
- амперметр Э8021 (Э8022);
- комплект соединительных проводов.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить научно-техническую документацию по устройству и техническим возможностям стендов.
2. Выполнить работу в соответствии с порядком выполнения работы.
53
N01
QF1
L11
N
N0
N
N0
L1
L1
N01
F1”3A”
S1
2
S8
Н1
сеть
TV5
S2
8
9
3
4
5
6
48
49
х2
~12...380V
х1
50
11
F4”5A”
U1
TV2
V1
12
S9
TV1
U1
300А
100А
5А
14
А РА1
~0...5A
а
_ 5V
~5V
(50А)
18
V2
х14
=100А
RS1
19
х3
~5A
х16
х15
~100A
х13
~300A
х12 *
ТА3
ТА2
15
F5
“1A”
А
S4
РА3 _ 0...100А
~0...10х10V
А
PV1 PV2
V
28
V
х100V
РА2~0...1A
S3~0...380V
хS3 N01
х4
х5 ~0...380V
U4
27
U1
S5
F3 “2A” 32
31 РА4-0...1А
33 +
А
PV3-0...250V
35
V
34
36
TV3
25
26
R1
29
хS2 N01
U1
30
~0...100V
36
21
22
24
F2 “2A”
23
ТА1
S6
37
TV4
V1
~ 24V
-
хS1
S1
S2
~ 24V
х7
х6 =0...220В
34
V2
-
+
39 К1
С
R243
42
44
41
К1
х8
К1 Пульсатор
45
х9
х11
S7
46
~ 220V РТ1
(к)
47
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная
х10
Секундомер
54
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Исследование источника дискретного напряжения переменного тока
Вычертить схему источника дискретного напряжения переменного тока.
Включить автоматический выключатель QF1, расположенный на правой боковой
стенке стенда. При этом загорится лампочка “СЕТЬ”.
Подготовить прибор Ц4353 для измерения напряжения переменного тока
(Приложение 1).
Включить тумблер S1.
Изменяя положение переключателя S8, установить последовательно на выходных клеммах х1 и х2 значения напряжения, указанные в таблице 1, одновременно измеряя эти значения на выходных клеммах “~12…380V” прибором Ц4353.
Результаты измерений занести в таблицу 1. Выключить тумблер S1.
Рассчитать относительную погрешность установки выходного напряжения
источника:
δV =
U Х .ВЫХ .  U Д
UД
 100% ,
где UХ.ВЫХ. – значение напряжения, установленное переключателем S8,
UД – показания прибора Ц4353.
Таблица 1 – Результаты измерения напряжения источника и расчета относительной погрешности
Установлено, UХ.ВЫХ., В
Измерено, UД, В
12
24
42
110
220
380
Погрешность, δV, %
Исследование источника напряжения переменного тока
Вычертить схему источника напряжения переменного тока. Подготовить
таблицу 2.
Поставить тумблер S3 в положение “~0…100V”. Убедиться, что рукоятка
автотрансформатора TV5 находится в крайнем левом положении.
Включить тумблер S4.
55
Рукояткой автотрансформатора TV5 установить на выходных клеммах х4 и
х5 по прибору PV1 (~0…10)х10V последовательно значения напряжения, указанные в таблице 2 до 100В включительно, одновременно измеряя эти значения на
выходных клеммах “~0…380V” прибором Ц4353. Результаты измерений занести в
таблицу 2.
Переключить тумблер в положение “~0…380V”.
Рукояткой автотрансформатора TV5 по прибору PV2 (~0…5)х100V продолжить установку значений напряжения, согласно таблице, контролируя их прибором Ц4353. Результаты измерений занести в таблицу 2.
Вывести рукоятку автотрансформатора в исходное положение и выключить
тумблер S4.
Вычислить относительную погрешность установки выходного напряжения
источника.
Таблица 2 - Результаты измерения напряжения источника и расчета относительной погрешности
Установлено, UХ.ВЫХ., В
30
40
60
80
100
150
200
300
400
Измерено, UД, В
Погрешность, δV, %
Исследование источника напряжения постоянного тока
Вычертить схему источника. Подготовить таблицу 3. Подготовить прибор
Ц4353 для измерения постоянного тока (Приложение 1).
Включить тумблер S5. Рукояткой автотрансформатора TV5 по пробору PV3
(0…250V) установить на выходных клеммах х6, х7 последовательно значения
напряжения, указанные в таблице 3, контролируя их прибором Ц4353. Результаты
измерений занести в таблицу 3.
Вывести рукоятку автотрансформатора в исходное положение и выключить
тумблер S5.
Вычислить относительную погрешность установки выходного напряжения
источника.
56
Таблица 3 - Результаты измерения напряжения источника и расчета относительной погрешности
Установлено, UХ.ВЫХ., В
50
100
150
200
220
Измерено, UД, В
Погрешность, δV, %
Исследование источника переменного регулируемого тока
Вычертить схему источника. Подготовить таблицу 4.
1. Источник тока ~0…5А
Вычертить и собрать схему измерения (рисунок 2).
ТА И515М/1
х3 ~5А”
”
СТЕНД
х12
”
* ”
Л1 2,5А И1
РА
А 0...10А
Л2
И2
Рисунок 2 – Схема исследования источника “~5A”
Переключатель S9 “[~5А; (~50 (20)А, 100А); ~300А]”, установить в положение “~5A”. Включить тумблер S2. Рукояткой автотрансформатора TV5 по прибору РА1 (~0…5А) установить последовательно в цепи (выходные клеммы х3 и х12)
значения тока, указанные в таблице 4.
Произвести измерение величины тока внешним амперметром РА “0…10A”
и занести результаты измерений в таблицу 4.
Вывести рукоятку автотрансформатора в исходное положение и выключить
тумблер S2.
Вычислить абсолютную погрешность установки тока в цепи:
ΔI = IХ – IД,
где IХ – значения тока, установленные по прибору РА1 (~0…5А);
IД – значения тока, измеренные внешним амперметром РА (0…10А).
57
Таблица 4 - Результаты измерения величины тока и расчета абсолютной погрешности
Установлено, IХ, А
1,5
2
3
4
Измерено, IД, А
Погрешность, ΔI, А
2. Источник тока ~0…100А
Собрать схему измерения (рисунок 3).
ТА И515М/1
х15 ~100А”
”
СТЕНД
х12
”
* ”
Л1
50А
И1
РА
А 0...10А
Л2
И2
Рисунок 3 - Схема исследования источника “~100A”
Переключатель S9 “[~5А; (~50 (20)А, 100А); ~300А]”, установить в положение “~100A”. Включить тумблер S2. Рукояткой автотрансформатора TV5 по прибору РА1 (~0…5А) установить последовательно в цепи значения тока, указанные
в таблице 5.
Вывести рукоятку автотрансформатора в исходное положение и выключить
тумблер S2.
Вычислить абсолютную и относительную погрешности установки тока в
цепи. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 5.
Таблица 5 - Результаты измерения величины тока и расчета абсолютной относительной и погрешности
Установлено, IХ, А
Измерено, IД, А
Погрешность, ΔI, А
Погрешность, δI, %
30
40
60
80
100
58
ОСОБЕННОСТИ СТЕНДА МИИСП
По сравнению со стендом 70-7980-2203У3 стенд МИИСП дополнительно
позволяет осуществлять сушку обмоток электродвигателей постоянным током,
проверять контакты низковольтных аппаратов, определять фазировку обмоток
электродвигателей, заряжать аккумуляторы.
Принцип сушки обмоток электродвигателей
Сушке подлежат двигатели, долгое время не эксплуатировавшиеся; продолжительное время находившиеся при относительной влажности окружающего воздуха свыше 85%; сопротивление изоляции которых в холодном состоянии менее 4
МОм.
Сушка обмоток на стенде осуществляется постоянным током мостовым методом.
Принцип сушки заключается в следующем (рисунок 4): к одной диагонали
моста подводится напряжение постоянного тока, во вторую диагональ включается
измерительный прибор, а обмотка электродвигателя, подлежащего сушке, включается в одно из плеч моста. Измерительный прибор контролирует температуру
обмотки по изменению ее сопротивления.
к объекту
+общ.
дв.
20А
40А
R9
уст. 1000 изм-ль
R4
R7
R6 R5
А
R8
Т 0С/мост 0
S5 имит/100 С
уст. ”0”
грубо
уст. ”0”
плавно
-4В 100А
-24В 100А
Рисунок 4 – Схема моста стенда для контроля температуры обмотки при
сушке
59
Схема контроля работает следующим образом.
Резисторы R6 и R7, R5 и R8, R9 и сопротивление обмотки просушиваемого
электродвигателя составляют мостовую схему.
В начале сушки в положении “Т 0С/МОСТ” переключателя S5 автотрансформатором устанавливается ток в цепи обмотки статора. Величина тока выбирается из условия достижения необходимой температуры обмоток и зависит от температуры окружающей среды, исполнения и мощности электродвигателя. Ток
сушки следует выбирать в пределах 0,4…0,7 от номинального тока двигателя
(IН.ДВ.).
Резисторами R5 и R8 “Плавно УСТ.0”, “Грубо УСТ.0” стрелка измерительного прибора устанавливается на нуль шкалы.
Переключатель S5 устанавливается в положение “ИМИТ/100 0С”, а резистором R4 “УСТ. 100 0С” устанавливают стрелку измерителя на конечное значение
шкалы (100
0
С). После этого переключатель S5 переводят в положение
“Т0С/МОСТ” и ведут контроль температуры обмотки электродвигателя в процессе
его сушки.
Температура обмотки равна температуре окружающей среды плюс показания прибора, проградуированного в градусах.
Время, необходимое для сушки обмоток, обычно не более 7 часов. Сушка
производится до тех пор, пока сопротивление изоляции обмоток в горячем состоянии при температуре около +75 0С не достигнет несколько десятков МОм и при
дальней шей сушке не будет увеличиваться.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Наименование лабораторной работы и ее цель.
2. Назначение, технические характеристики, состав стенда 70-7980-2203У3.
Особенности стенда МИИСП.
3. Отчет по каждому пункту работы, включающий:
- наименование пункта;
- схема исследования (измерения);
60
- таблица с результатами измерений, расчетов;
расчеты.
4. Краткие выводы по проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение стенда 70-7980-2203У3.
2. Устройство и работа стенда 70-7980-2203У3.
3. Особенности стенда МИИСП.
4. Принцип сушки обмоток электродвигателей.
5. Прибор электроизмерительный комбинированный Ц-4353.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Прибор электроизмерительный комбинированный Ц-4353
1. Указания по мерам безопасности
При измерениях в цепях с напряжением свыше 36В рекомендуется включать и отключать прибор при выключенном напряжении в исследуемой цепи.
Недопустимо переключение прибора с одного вида измерения на другой, а
также переключение диапазонов измерения без отключения от исследуемой схемы.
2. Работа с прибором
Перед измерением установить прибор в горизонтальное положение, а стрелку прибора корректором установить на отметку механического нуля.
Включить автоматическую защиту нажатием на кнопку ”
“ или убе-
диться, что она включена. Проконтролировать работоспособность устройства защиты – при нажатии на кнопку “
” должно сработать устройство защиты,
после чего повторно включить автоматическую защиту.
Включить одну из кнопок переключателя рода работы “-“ или “~” в зависимости от вида измеряемой величины.
61
Установить переключатель пределов измерений в положение, соответствующее предполагаемому значению измеряемой величины. Если эта величина неизвестна, первоначально следует установить наибольший предел.
Подключить к исследуемому объекту и произвести отсчет результата измерения по соответствующей шкале отсчетного устройства (верхняя шкала “~” – для
измерения напряжения переменного тока, вторая сверху “-“ – напряжения постоянного тока).
ВНИМАНИЕ! Для уменьшения относительной погрешности измерения
следует выбирать такой предел измерения, чтобы стрелка измерительного механизма находилась в правой части шкалы.
Расчет цены деления производится по выражению
к = UПР/N,
где UПР – выбранный предел измерения,
N – число делений шкалы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хорольский В.Я. Эксплуатация электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. – Ставрополь, 1996. – 320с., 58 ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).
2. Пястолов А.А., Ерошенко Г.П. Эксплуатация электрооборудования. – М.:
ВО Агропромиздат, 1990.
62
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
КАЛИБРОВКА ПЛАВКИХ ВСТАВОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Цель работы: приобрести навыки калибровки плавких вставок предохранителей.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Предохранитель предназначен для автоматического однократного отключения защищаемой цепи при коротком замыкании или недопустимо длительной перегрузке.
1
2
3
4
Рисунок 1 – Схема предохранителя с наполнителем
Основными элементами предохранителя являются: корпус - 1, с двух сторон
к корпусу крепятся ножи - 2, к ножам присоединена плавкая вставка - 3, внутри
корпуса может быть наполнитель - 4 (рисунок 1).
Корпус (патрон) предохранителя выполняется из изоляционного материала.
Ножи соединяются с проводами защищаемой электрической цепи. Металлическая
плавкая вставка - основной элемент предохранителя - сгорает при повышенном
токе, тем самым разрывая цепь. Вставка изготовляется из легкоплавких металлов:
свинца, цинка, серебра, меди, алюминия, некоторых сплавов.
Наибольшее распространение получили вставки из меди. Форма их может
быть различной: ленточка, диск, несколько полосок фольги и др. Температура
плавления вставок понижается при использовании так называемого "металлурги-
63
ческого эффекта". Этот эффект состоит в том, что на середину вставки напаивается оловянный шарик. Олово плавится при температуре 2320С и, частично растворяясь в меди, снижает температуру ее плавления с 10800С до 475 0С. При этом
ускоряется процесс перегорания вставки.
При сгорании плавкой вставки образуется дуга, которая интенсивно охлаждается от соприкосновения с зернами наполнителя (кварцевого песка) и гаснет
за тысячные доли секунды, разрывая цепь. Разделение дуги на мелкие дуги в соответствии с числом параллельно соединенных ленточек вставки облегчает ее гашение.
Характеристиками предохранителя являются:
Номинальный ток (Iном) плавкой вставки - ток, который может протекать
по плавкой вставке неограниченно длительное время. При этом вставка сохраняет
свои электрические и тепловые характеристики в пределах допустимых норм. Такой режим работы предохранителя характеризуется как установившийся.
Пограничный ток (Iпог) - минимальный ток срабатывания - ток, при котором плавкая вставка в патроне плавится через промежуток времени, достаточный
для достижения ею установившейся температуры.
Пограничный ток представляет собой среднее значение между минимальным током, при протекании которого плавкий элемент расплавляется, и максимальным током, при протекании которого плавкий элемент не расплавляется.
Очевидно, что номинальный ток вставки Iном должен быть меньше Iпог во избежание ложно-аварийных и к тому же частых отключений. С другой стороны,
для получения хорошей защиты при малых перегрузках необходимо стремиться к
тому, чтобы Iном мало отличался от Iпог.
Защитная характеристика предохранителя - зависимость полного времени отключения (продолжительность расплавления плавкой вставки плюс продолжительность горения дуги) от величины отключаемого тока.
Кроме установившегося режима, предохранитель может оказаться в режимах короткого замыкания или токовых перегрузок.
64
Режим короткого замыкания
При возникновении короткого замыкания плавкий предохранитель должен
отключить аварийный ток прежде, чем возникнут какие-либо нарушения в цепи.
При этом плавкий элемент предохранителя расплавляется, нарушается его целостность и на образовавшемся промежутке происходит инициирование электрической дуги. Электрическая дуга развивается, на ней происходит постепенное
увеличение падения напряжения, которое и приводит к уменьшению тока в цепи
до нуля. При этом за короткое время в корпусе выделяется большое количество
энергии.
Режим токовой перегрузки
В общем случае предохранитель может работать при двух типах перегрузки:
1 - когда ток перегрузки ниже пограничного тока; 2 - когда ток перегрузки выше
пограничного тока.
При перегрузках первого типа, независимо от длительности перегрузки, узкий перешеек плавкого элемента не расплавляется, а после снятия перегрузки
предохранитель возвращается в исходное состояние. (При старении происходит
уменьшение пограничного и номинального токов).
При токовых перегрузках второго типа через предохранитель течет длительный ток, а затем плавкий элемент расплавляется, в результате чего происходит инициирование электрической дуги, ее горение и гашение. Предохранитель
отключает цепь. Отличие от работы в режиме к.з. в том, что за время, необходимое для расплавления плавкого элемента, имеет место значительный отвод тепла
от его поверхности, в то время как в режиме к.з. процесс нагрева плавкого элемента до температуры плавления непродолжителен и отдачей тепла в окружающую среду можно пренебречь.
При этом по абсолютному значению длительность горения дуги значительно больше, чем при коротком замыкании.
Выбор плавких предохранителей
Наименьшая плавкая вставка, способная при данном режиме длительно
обеспечить бесперебойную эксплуатацию, должна удовлетворять трем ниже ука-
65
занным условиям. Если одному из этих условий отвечает вставка одной величины, а другому условию - вставка большая, надо выбрать большую.
1.Предохранитель в условиях нормальной эксплуатации не должен перегреваться сверх допустимых для него температур.
2.Предохранитель не должен отключать линию при перегрузках, свойственных нормальной эксплуатации, например при пусковых токах (Iпуск).
На практике принято руководствоваться следующим:
для защиты ответвлений к одиночным двигателям при небольшой частоте и
длительности пусков, например, у металлообрабатывающих станков и подобных
механизмов:
Iном  Iпуск/2,5,
а при большей частоте пусков или при большой их длительности, например,
у двигателей кранов и др. механизмов повторно-кратковременного режима работы, или у таких механизмов, как центрифуги, которые очень медленно набирают
скорость:
Iном  Iпуск/(1,6...2,0);
для защиты линий, питающих более одного двигателя, если известен расчетный ток линии Iр и пусковой ток Iпуск того двигателя, у которого он больше
других:
Iном  (Iр + Iпуск)/2,5.
3.Предохранитель должен отключать линию при появлении опасных для нее
токов короткого замыкания в минимальное время, но, по возможности, селективно. Для безусловного получения селективности необходимо, чтобы время отключения, определенное по защитной характеристике большего предохранителя, превышало более чем в 3 раза время отключения по характеристике меньшего предохранителя.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1.Изучить назначение, конструкцию, принцип действия и характеристики
предохранителей с плавкими вставками.
66
2.Изучить методику калибровки плавких вставок предохранителей.
З. Произвести калибровку плавкой вставки предохранителя.
4.Снять времятоковою характеристику плавкой вставки.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Номинальным током плавкой вставки является ток в 2,5 раза меньше тока, приводящего к перегоранию вставки за 10с.
2. Нарезать 8...10 заготовок из медной проволоки и зачистить края на
10...l2мм.
3. По таблице 1 приложения, зная диаметр проволоки, определить приближенное значение номинального тока вставки.
4. Подключить калибруемую плавкою вставку в предохранителе к клемме
"~ общ." и к клемме, на ближайшее превышающее в 2,5 раза номинальный ток
плавкой вставки значение, 15A; 50А; 150A; 600A на стенде МИИСП.
Для других стендов - через внешний трансформатор тока с амперметром к
клеммам '~ «0» и " ~300A" или непосредственно к клеммам, в зависимости от Iном
калибруемой плавкой вставки.
5. Установить переключатель питания в положение "тр-р плавно" (стенда
МИИСП).
6. Вывести ручку "регулятор напряжения" в положение “О”.
7. Включить стенд МИИСП выключателем "сеть". Другие стенды, кроме того, тумблером "5А" или автоматом “~ 380...= 5В”.
8. Поворачивая ручку регулятора напряжения по часовой стрелке, обжечь
поочередно эмалевое покрытие вставок.
9. Плавно поворачивая ручку регулятора напряжения по часовой стрелке
так, чтобы ожидаемую величину тока плавления вставки достигнуть за 30...40 секунд, измерить по амперметру величину тока плавления. Номинальный ток вставки приблизительно в 2,5 раза меньше измерительного тока плавления.
10. Выключить стенд выключателем "сеть".
11. Отсоединить проверенную плавкую вставку.
67
12. Для более точной калибровки плавкой вставки с одновременной фиксацией времени перегорания следует, выполнив операции 4...6, закоротить клеммы
"БК" или "секундомер".
13. Вывести стрелку секундомера в 0, повернув рычаг на секундомере против стрелки до упора.
14. Включить стенд выключателем "сеть".
15. Быстро установить по амперметру "ток нагрузки", поворачивая ручку
регулятора напряжения по часовой стрелке, ожидаемый ток плавления вставки и
сразу выключить стенд.
16. Включить тумблер "секундомер". Дать вставке возможность остыть в
течение 1...2мин.
17. Включить стенд выключателем "сеть". Ток поддерживать постоянным
регулятором напряжения.
18. Выключить стенд выключателем "сеть" сразу же после прекращения тока в цепи калибруемого предохранителя и по секундомеру отсчитать время перегорания вставки.
19. Подключая новые вставки, выполнять операции 13...18, корректируя при
этом ток так, чтобы время перегорания вставки было близко к 10 секундам.
20. Рассчитать номинальный ток вставки: Iном = Iпл/2,5.
Рекомендации по технике проведения измерений
Измерения проводятся с помощью испытательного стенда по схеме рисунок 2.
68
~
QF
FU
QF
Т1
РА
А
FU
Т2
/
ТА
Рисунок 2 – Схема калибровки плавких вставок
T1 - автотрансформатор; Т2 - понижающий трансформатор; ТА - трансформатор тока; РА - амперметр; Q - выключатель; FU - предохранитель сети; FU′ испытуемая вставка предохранителя.
1. Произвести калибровку плавких вставок в соответствии с методикой калибровки.
2. Снять защитную характеристику плавкой вставки. Результаты измерений
занести в таблицу 1.
3. По результатам измерений построить защитную характеристику.
Таблица 1 - Результаты измерений калибровки плавких вставок
Время перегорания плавкой вставки при
Материал,
диаметр провода, мм
к = I/Iном (Iном = …....А)
2,0
2,5
3,0
4,0
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель работы.
2. Назначение, конструкция (основные узлы), принцип действия и характеристики предохранителей.
3. Результаты измерений.
69
4. Защитная характеристика плавкой вставки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Назвать основные характеристики предохранителя.
2.Режимы работы предохранителя.
3.Основные критерии выбора предохранителя.
4.Что такое “металлургический эффект”.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1 - Рекомендуемый диаметр медных проводов для плавких вставок
открытых предохранителей
Ток вставки, А
6
10
15
20
25
35
40
50
60
70
80
100
Диаметр
проволоки, 0,25 0,35 0,45 0,55 0,60 0,75 0,80 0,90 1,05 1,10 1,20 1,35
мм
ЛИТЕРАТУРА
1. Намитков К.К. и др. Плавкие предохранители. - М.: Энергия, 1979.
2. Кокорев А.С. Контроль и испытание электрических машин, аппаратов и
приборов. М.: Высш. шк., 1990.
Нормативные основы устройства и эксплуатации электроустановок. Нормативно-технический сборник. - Барнаул, 2002.- 976с.
70
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ИССЛЕДОВАНИЕ, РЕГУЛИРОВКА И НАСТРОЙКА ТЕПЛОВЫХ
РЕЛЕ И РАСЦЕПИТЕЛЕЙ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Цель работы: освоить методику регулировки и настройки тепловых реле,
исследовать их защитные характеристики.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ
Назначение, устройство и принцип действия тепловых реле
Тепловые реле предназначены для защиты электрических цепей и электродвигателей от перегрева при технологических перегрузках, недопустимых падениях напряжения в питающей сети или потере фазы.
Тепловое реле (рисунок 1) состоит из следующих основных элементов:
нагревателя 1, включаемого последовательно с потребителем в защищаемую от
перегрузки электрическую цепь; биметаллической пластинки 2, состоящей из
двух спрессованных металлических пластин с различными коэффициентами линейного расширения; системы рычагов 3 – 7 и пружин; контактов 8 и 9 и вывода
нагревателя 10.
7
8
9
6
5
4
3
12
10
Рисунок 1 – Схема теплового реле
Защита основана на том, что при прохождении через нагревательный элемент 1 тока, превышающего номинальный ток электродвигателя, в нагревателе
выделяется такое количество тепла, что незакрепленный (на рисунке левый) ко-
71
нец биметаллической пластины 2 изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения (т.е. опускается), нажимает на регулировочный винт 3 и выводит защелку 4 из зацепления. В этот момент под действием
пружины 6 верхний конец рычага 5 поднимается и размыкает контакты 8 и 9. При
этом разрывается цепь управления магнитного пускателя и двигатель обесточивается. Кнопка 7 предназначена для ручного возврата рычага 5 в исходное положение.
Биметаллическая пластина изгибается не только под действием тепла нагревателя, но и под действием тепла окружающего воздуха. Таким образом, в жаркие
дни реле будет срабатывать быстрее, чем в холодные. Для устранения этого явления в некоторых типах реле применяется температурная компенсация, сущность
которой заключается в том, что изгибанию биметаллической пластинки от изменения температуры окружающей среды соответствует противоположное по
направлению изгибание пластинки компенсатора. Пластинка компенсатора – биметаллическая пластинка с обратным по отношению к основной биметаллической
пластинке прогибом.
Тепловые реле устанавливаются в магнитные пускатели. Двухполюсными
тепловыми реле ТРН комплектуются пускатели серии ПМЕ, трехполюсными реле
РТТ – пускатели серии ПМА, трехполюсными реле РТЛ – пускатели серии ПМЛ.
Тепловые реле надежно защищают электродвигатели от длительных, но небольших перегрузок, а при заклинивании ротора двигателя и при включении двигателя с обрывом одной фазы скорость срабатывания реле недостаточна. Это объясняется их большой тепловой инерцией. У маломощных реле температурная
инерция меньше, т.к. спираль нагревательного элемента намотана непосредственно на биметаллическую пластину. Этим обеспечивается хорошая теплопередача.
В более мощных реле нагревательные элементы расположены параллельно биметаллическим пластинам, и большие зазоры увеличивают тепловую инерцию.
Тепловые реле серии РТЛ и РТТ имеют улучшенные характеристики и более чувствительны к несимметричным режимам, т.е. к обрыву фазы. Преимущества реле этого типа следующие: ускоренное срабатывание при обрыве одной из
72
фаз, температурная компенсация, регулирование тока несрабатывания, наличие
переключающего контакта для размыкания цепи катушки пускателя и включения
цепи сигнализации. Выпускаются на номинальные токи 0,2…630А, но не имеют
сменных нагревательных элементов.
Основным параметром тепловых реле является времятоковая (защитная) характеристика – зависимость времени срабатывания от величины перегрузки:
t = f(КП),
где: t – время срабатывания реле;
КП – коэффициент перегрузки: КП = I/Iном;
Iном – номинальный ток уставки.
Для каждого реле существует две защитные характеристики. Первая – для
реле, находящегося в холодном состоянии, т.е. разогрев реле током перегрузки
начинается, когда реле имеет температуру окружающей среды. Вторая – для реле
в горячем состоянии, т.е. когда через нагревательные элементы длительно течет
номинальный ток (30…40 минут). При этом все элементы реле принимают рабочую температуру.
Основные технические данные тепловых реле серии ТРН приведены в таблице 1.
Поскольку тепловые реле имеют большой разброс защитных характеристик,
то говорят о защитной зоне (рисунок 2).
Методика регулировки тепловых реле
Для обеспечения надежного и своевременного отключения электродвигателей при перегрузках тепловые реле регулируются на стенде. При этом исключается ошибка из-за естественного разброса номинальных токов заводских нагревательных элементов.
При проверке и регулировке тепловой защиты на стенде используется так
называемый метод фиктивных нагрузок. Через нагревательный элемент пропускается ток пониженного напряжения, имитируя, таким образом, реальную нагрузку,
и по секундомеру определяется время срабатывания.
73
Таблица 1 – Основные технические данные тепловых реле серии ТРН
Тип реле
Номинальный
ток реле
Iном, А
ТРН – 8А
ТРН – 10А
3,2
ТРН – 8
ТРН – 10
10
ТРН – 20
ТРН – 25
Номинальный
ток сменных
Пределы ретепловых элегулирования
ментов Iн.т., А
номинально(выгравирован
го тока
на тепловом
уставки
элементе)
0,32; 0,4; 0,5;
0,63; 0,8; 1,0;
(0,8…1,25)
1,25; 1,6; 2,0; 2,5;
±0,08Iном
3,2
25
0,5; 0,63; 0,8; 1,0;
1,25; 1,6; 2,0; 2,5;
3,2; 4,5; 6,3; 8,0;
10,0
(0,75…1,3)
±0,08Iном
5,0; 6,3; 8,0; 10,0;
12,5; 16,0; 20,0;
25,0
(0,75…1,3)
±0,08Iном
12,5; 16,0; 20,0;
25,0; 32,0; 40,0
(0,75…1,3)
±0,08Iном
ТРН - 32
Наибольший ток длительного режима при
установке реле на открытой панели при
температуре окружающего воздуха 400С,
не более, А
1,25 Iном
1,25 Iном
1,05 Iном
1,25 Iном
1,05 Iном
1,25 Iном
1,05 Iном
1000
900
800
700
600
500
400
300
Время срабатывания, сек
200
100
90
80
70
60
50
40
1 - зона защитных характеристик
при срабатывании реле с
холодного состояния
1
30
2 - зона защитных характеристик
при срабатывании реле с
горячего состояния (после
прогрева током уставки)
20
10
9
8
7
6
4
3
2
2
1
0,9
0,8
0,7
1 1,05 1,2 1,5
2
2,5
3
4
5
6
7 8 9 10
Кратность тока срабатывания по
отношению к току уставки
Рисунок 2 – Защитные характеристики реле типов ТРН – 8…ТРН – 40
74
Регулировка проводится следующим образом:
Проверить соответствие выбранного нагревательного элемента номинальному току нагрузки (таблица 1); отсутствие механических дефектов; взаимное
расположение нагревательных элементов и биметаллических пластин (если необходимо, отрегулировать зазоры, проверив правильность установки элементов
крепежными винтами, или добиться нужного положения регулировочными винтами на обратной стороне реле).
Регулировочный эксцентрик уставки теплового реле установить в положение “0”.
Подключить тепловое реле к стенду к клеммам, позволяющим получить необходимое значение выходного тока (поочередно одну, затем другую секцию)
(рисунок 3).
~
QF
Т1
FU
РА
А
Т2
ТА
~5А
(~50А)(~20А)
(~100А)
(~300А)
ТР
*
Рисунок 3 – Схема проверки и регулировки теплового реле
Быстро установить ток, равный 1,5Iном, и включить секундомер. Через 140
секунд, если тепловое реле не сработало, плавно повернуть регулировочный винт
против часовой стрелки до срабатывания. Если реле сработало за время меньшее
145 секунд, регулировочный винт повернуть по часовой стрелке на один оборот.
После интенсивного охлаждения регулировку повторить. Добиваясь времени срабатывания, равного 145 – 150 секунд.
Если реле срабатывает от обоих нагревательных элементов, проводят окончательную регулировку. Для этого оба нагревательных элемента соединяют последовательно и подключают к стенду, а регулировочный эксцентрик устанавли-
75
вают в положение “+5”. Снова устанавливают ток нагрузки 1,5Iном и через 145 секунд плавно поворачивают эксцентрик в направлении к “-5” до срабатывания теплового реле. После этого реле считается точно отрегулированным.
Методика настройки тепловых реле
Отрегулированное на номинальный ток нагревательного элемента реле
необходимо настроить на номинальный ток двигателя и на температуру окружающей среды. Это делают в том случае, когда Iном нагревательного элемента отличается от Iном электродвигателя (на практике, в основном, так и бывает) и когда
температура окружающего воздуха ниже номинальной (+40 0С) более чем на 10
0
С.
Настройка производится следующим образом:
Определить поправку (N1) реле на Iном двигателя без температурной коррек-
ции
±N1 = (Iном - I0)/с I0,
где Iном – номинальный ток электродвигателя;
I0 – ток нулевой уставки реле;
с – цена деления, равная 0,05 для открытых пускателей и 0,055 – для защищенных.
Определить поправку на температуру окружающей среды (N2):
N2 = (Т-30)/10,
где Т – температура окружающей среды.
Определить суммарную поправку (N):
±N = (±N1) + (-N2).
При дробном N округлить его до целого в большую или меньшую сторону в
зависимости от характера нагрузки. На полученное значение переводят эксцентрик.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Провести регулировку теплового реле в соответствии с методикой регулировки.
76
2. Снять времятоковые характеристики обоих секций теплового реле при
разогреве от холодного состояния. Результаты измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2 – Времятоковая (защитная) характеристика теплового реле
Секция
Время срабатывания при Кп = I/Iном
4
3
2
1,5
1
2
Построить график зависимости t = f (Кп).
3. Выбрать сменный тепловой элемент (таблица 1) и рассчитать поправку на максимальный ток двигателя и температуру окружающей среды согласно таблице 3.
Таблица 3 – Данные для расчета поправки на максимальный ток двигателя
N бригады
Iн.дв., А
Т, 0С
1
3,3
0
2
17
-10
3
32
+5
N (I0)
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Назначение, краткое описание устройства и принципа действия ТР.
3. Краткое описание методик настройки и регулировки теплового реле.
4. Схема проверки и регулировки теплового реле.
5. Таблица 2 с результатами испытаний.
6. График зависимости t = f (Кп).
7. Расчет поправки на номинальный ток двигателя и температуру окружающей среды.
8. Краткие выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение и устройство теплового реле.
77
2. Принцип действия теплового реле.
3. Влияние температуры окружающей среды на работу тепловых реле.
4. Методика регулировки тепловых реле.
5. Методика настройки тепловых реле.
6. Определение и виды защитных характеристик тепловых реле.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Цель работы: исследовать методы настройки и приобрести практические
навыки испытания расцепителей автоматических воздушных
выключателей.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Автоматические воздушные выключатели предназначены для включений и
отключений электрических цепей при номинальной нагрузке, а также для автоматических отключений их при перегрузках, коротких замыканиях и снижении
напряжения.
Автоматический выключатель состоит из следующих узлов: кожуха (основания с крышкой), контактной системы, дугогасительной камеры, расцепителя
максимального тока и механизма управления (свободного расцепления) автоматом (рис.4). Механизм управления обеспечивает так называемое моментное отключение, при котором скорость расхождения контактов не зависит от действий
оператора. Механизм состоит из шарнирно связанных рычагов 13, 14 и опоры.
Включение автоматического выключателя производится в следующей последовательности. Сначала поворотом рукоятки 15 против часовой стрелки взводят механизм свободного расцепления. При этом рычаги выпрямляются и создают жесткую связь. Затем поворотом рукоятки 15 по часовой стрелке выключают механизм управления. При этом сначала в камере 3 замыкаются дугогасительные контакты 5 (их удары смягчаются пружиной 4), затем главные контакты 6 - пружина
2 растягивается. Рычаги занимают "мертвое" положение.
78
Дистанционное включение производят электромагнитом 1.
Ручное выключение осуществляют поворотом рукоятки, дистанционное
нажатием кнопки КУ, включающей обмотку независимого расцепителя 12. Автоматическое отключение происходит под действием расцепителей. Расцепитель
максимального тока объединяет тепловой и электромагнитный элементы.
Электромагнитный расцепитель максимального тока состоит из сердечника 10 с катушкой и якорька. Когда по катушке проходит ток, превышающий установленный (ток короткого замыкания), якорек мгновенно притягивается к сердечнику и, перемещая рычаги механизма расцепления вверх, выводит их из "мертвого" положения. Пружина 2 размыкает контакты.
3
4 I
5
2
6
1
14
I
13
КУ
7
15
U
8
9
12 U
I
11
10
Рисунок 4 - Схема устройства автоматического выключателя
Тепловой термобиметаллический расцепитель используют для защиты от
перегрузки. Биметаллическая пластина 7, один конец которой жестко закреплен
на корпусе автомата, при нагреве изгибается и приводит в действие механизм
свободного расцепления. Нагреватель 9 подключен к зажимам резистора 8. Время
срабатывания расцепителя зависит от кратности тока перегрузки. При большем
токе нагрев и изгиб пластины происходит быстрее.
Электромагнитный и тепловой расцепители некоторых типов автоматических выключателей допускают плавную настройку на различные токи срабатывания. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя регулируется изменением
79
степени предварительного сжатия возвратной пружины, а теплового расцепителя
– изменением положения винта, ввернутого в свободный конец биметаллической
пластинки.
Расцепитель максимального напряжения 11 состоит из катушки, якорька
и сердечника. При подаче напряжения на катушку якорек притягивается к сердечнику, преодолевая сопротивление пружины. Когда напряжение на катушке
уменьшается до определенного значения, пружина преодолевает усилия притяжения якорька и, воздействуя на рычаги расцепителя, отключает автомат.
Автоматические выключатели разнообразны по конструкции и видам защиты, типу привода и т.д.
Они подразделяются на установочные, предназначенные для защиты
электроустановок от перегрузок и коротких замыканий; универсальные, содержащие несколько различных расцепителей и обеспечивающие комбинированную
защиту цепей; быстродействующие с временем срабатывания не более 0,005с
(разрывают цепь до момента достижения током короткого замыкания установившегося значения), нормальные, селективные с регулируемой выдержкой времени
до lc (отключается ближайший к месту аварии участок). Селективность (избирательность) достигается за счет установки выключателей с меньшей выдержкой
времени ближе к потребителю, в результате этого происходит его отключение от
сети в аварийном режиме.
В сельскохозяйственных электроустановках наиболее распространены автоматические
выключатели
АК-50,
АП-50,
А-63,
А3100,
А3700,
АЕ2000,"Электрон", АВМ и др.
Применение автоматических выключателей устраняет возможность работы
двигателя в неполнофазном режиме, т. к. при перегрузках и коротких замыканиях
отключаются сразу три фазы; значительно снижаются простои электрооборудования, т. к. на включение “сработавшего” автомата требуется минимум времени;
времятоковые характеристики защиты от перегрузки автоматов хорошо согласуются с защищаемым оборудованием.
80
Времятоковая (защитная) характеристика автоматического выключателя это функциональная зависимость времени срабатывания от кратности тока перегрузки к номинальному значению тока t = f(I/Iном), где Iном - номинальный ток
уставки максимального расцепителя.
Качественный вид времятоковых характеристик теплового и электромагнитного расцепителей приведен на рисунке 5.
При номинальном токе Iном защитный автоматический выключатель не срабатывает (t = ∞), при токе перегрузки Iп время его срабатывания может быть достаточно большим, при токе короткого замыкания Iкз автомат срабатывает практически мгновенно (отсечка).
Характерные параметры автоматических выключателей: минимальный ток
срабатывания
Iп = l,1...1,6Iном; установка большого аварийного тока (в области Iкз) равна
3...15Iном; время срабатывания при токах более 16Iном менее lc.
Основные технические характеристики некоторых типов автоматов приведены в таблицах № 1…5 приложения.
t, с
1000
Зона срабатывания расцепителя
макс. тока с током отсечки 3-4 Iн
Время срабатывания автомата
10
1,0
0,1
Iн
2
4
Зона срабатывания
расцепителя макс
тока с током
отсечки 6-8 Iн
Зона срабатывания
тепловых расцепителей
100
Зона срабатывания
расцепителей максимального тока с током
отсечки 8-14 Iн
I
Iн
Кратность тока нагрузки
Iп 6
8
10
12
14
Рисунок 5 – Времятоковая характеристика автоматического выключателя
81
Методика испытания и настройки расцепителей
автоматических воздушных выключателей
При испытании автоматических выключателей проверяют тепловые, электромагнитные расцепители и расцепители минимального напряжения.
Испытание электромагнитных элементов расцепителей
(для автоматических выключателей без тепловых элементов)
Для проверки максимального расцепителя через него от нагрузочного
устройства пропускают ток на 15% ниже тока уставки автоматического выключателя (тока отсечки). При этом автоматический выключатель не должен отключаться. Потом плавно увеличивают испытательный ток до его отключения. Сила
тока срабатывания не должна превышать значений тока уставки электромагнитного расцепителя более чем на 15%.
Ток может включаться на время не более 5с во избежание недопустимого
перегрева контактов выключателя.
Автоматический выключатель считается неисправным, если он не срабатывает даже при токе, равном максимальному значению тока срабатывания максимальной токовой защиты.
Испытание электромагнитных элементов комбинированных расцепителей
При этом испытании ток следует включать на очень короткое время (1...2с),
в противном случае сработает тепловая защита. Между отдельными включениями
автоматическому выключателю необходимо дать остыть.
Методика испытания следующая:
- К нагрузочному устройству подключают эквивалентное сопротивление,
равное полному сопротивлению (суммарному сопротивлению теплового элемента, электромагнитного и коммутирующего контактов) одного полюса испытываемого автоматического выключателя. Регулирующим устройством устанавливают
ток на 15% ниже тока уставки для автоматических воздушных выключателей.
82
- Не изменяя значения установленного испытательного тока от нагрузочного устройства, отключают эквивалентное сопротивление. Вместо него поочередно
включают все полюса автоматического выключателя, при этом он не должен отключаться.
- Вновь присоединяют эквивалентное сопротивление к нагрузочному
устройству и устанавливают значение тока на 15% выше тока уставки автоматического выключателя.
- Затем, не изменяя установленного испытательного тока, отключают от
нагрузочного устройства эквивалентное сопротивление и поочередно включают
все полюса автоматического выключателя. В этом случае автоматический выключатель под действием электромагнитных элементов отключается. Чтобы убедиться в этом, после каждого отключения необходимо (пока не остыли тепловые элементы) попытаться включить автоматический выключатель вручную. Если включение осуществилось нормально, значит, он был отключен электромагнитным
элементом. При срабатывании теплового элемента повторное включение автоматического выключателя не происходит.
Испытание расцепителя минимального напряжения
На зажимы расцепителя подают напряжение 0,8Uном и включают выключатель вручную. Затем напряжение плавно понижают до момента срабатывания, т.е.
до (0,35...07)Uном.
Методика расчета и установка тока уставки автоматического выключателя для защиты электродвигателя
1. Расчет производят на основании паспортных данных электродвигателя и
автоматического воздушного выключателя защиты.
Автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем характеризуются его током уставки: Iуст. = (7...10)Iном,
где Iном - номинальный ток расцепителя.
Сила тока уставки электромагнитного расцепителя при защите электродвигателя с короткозамкнутым ротором должна составлять от 1,5 до 1,8 значения
пускового тока электродвигателя. Если от общего автоматического выключателя
83
подается напряжение к нескольким двигателям, то ток уставки электромагнитного
расцепителя рассчитывается по формуле:
Iуст. ≥ (1,5…1,8)[∑Iном + (I'п - I'ном)],
где ∑Iном - сумма номинальных токов одновременно работающих электродвигателей;
(I'п -I'ном) - разность между пусковым и номинальным токами для электродвигателя, у которого они имеют наибольшее значение.
2. Для автоматических выключателей с тепловыми расцепителями ток
уставки расцепителя Iнр выбирают в зависимости от окружающей температуры.
Расцепители выключателей калибруются заводом-изготовителем при температуре
окружающей среды +350С. Если автоматический выключатель настраивают и
эксплуатируют при температуре окружающей среды t0окр. ниже +35 0С, следует
учитывать поправочный коэффициент α, определяемый по формуле
α = 1 + 0,006 (35-t0окр.),
где t0окр. - температура окружающей среды, 0С.
Обычно ток расцепителя равен номинальному току двигателя Iн дв. или несколько меньше его: Iн р. = Iн дв./ α.
При отклонении температуры окружающей среды от нормируемой, при которой откалиброван автоматический выключатель последний может сработать за
иное время или не сработать вообще.
3. Правильность выбора автоматического выключателя проверяют по условиям:
Uн.aв ≥ Uс;
Iн.ав ≥ Iн..дв;
Iн.р ≥ Iн.дв;
Iотс.р. ≥ (1,5…1,6) Iпуск.,
где Uн.ав и Iн. ав. - номинальные напряжение и ток автоматического выключателя;
84
Iн,p., Iн.дв., Iотс.р - номинальные токи соответственно теплового реле расцепителя выключателя, электродвигателя, отсечки электромагнитного расцепителя;
Iпуск - пусковой ток электродвигателя.
При выборе автоматических выключателей необходимо иметь в виду наличие у них регулируемой уставки тока несрабатывания, например:
АЕ 2000 - (0,9 - 1,15)Iн.р., АП 50Б - (0,6 – 1,0)Iн.р.
Тогда Iуст. = к Iн.p., где к = Iн.дв./Iн.р., а Iycт. = Iн.дв для надежной защиты
электродвигателя.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Испытание тепловых элементов расцепителей
При испытании автоматических выключателей проверяют тепловые, электромагнитные расцепители и расцепители минимального напряжения.
1. Проверяется работа каждого теплового расцепителя испытательным током 2Iн при температуре окружающей среды 25 0С.
Время срабатывания автоматического выключателя (35…100с) должно
находиться в пределах, указанных в заводской инструкции (паспорте), или
найденных по защитной характеристике для каждого типа автоматического выключателя.
Делается вывод о пригодности для эксплуатации автоматических воздушных выключателей, уставки расцепителей которых не регулируются (серии
А3100), или о необходимости настройки на номинальный ток.
Настройка заключается в установке при помощи винтов биметаллических
пластинок одинакового времени срабатывания при одинаковых значениях тока.
2. Все тепловые элементы соединяются последовательно, и определяется
номинальный ток расцепителя. Для этого в цепи устанавливается двукратный
(2Iном) ток и фиксируется время срабатывания. Время срабатывания расцепителя
должно находиться в пределах, указанных в заводской инструкции (паспорте). По
85
этому времени, пользуясь защитными характеристиками, определяют кратность
тока и ток уставки.
При необходимости для настройки тепловых расцепителей можно уменьшить ток срабатывания регулятором тока уставки или путем сверления и стачивания нагревательных элементов.
3. Проверяется начальный ток срабатывания автоматических выключателей,
у которых при проверке двукратным током время срабатывания не совпадает с
данными заводской инструкции.
Для этого в цепи устанавливается ток перегрузки Iп = (1,25…1,45)Iном в зависимости от типа автоматического выключателя. Выключатель должен отключиться в течение 1 часа (30 мин для АП50, А63; 2 часа для А3160). Если в течение
этого времени он не сработает, испытываемый автоматический выключатель считают неисправным.
~
Т V1
~5А
(~50А) (~20А)
(~100А)
QF1 (~300А)
FU
РА
А
ТV2
QF2
К
Э
ТА
*
ТV1 - автотрансформатор;
ТV2 - понижающий трансформатор;
ТА - трансформатор тока;
РА - амперметр;
К - тепловой расцепитель;
Э - электромагнитный расцепитель;
QF1 - выключатель;
FU - предохранители;
QF2 - автоматический выключатель.
Рисунок 6 – Схема проверки тепловых и электромагнитных расцепителей
автоматических выключателей
Произвести испытания тепловых, электромагнитных расцепителей и расцепителя минимального напряжения автоматического выключателя в соответствии с
методикой испытания и настройки (рисунок 6). Результаты испытаний занести в
таблицу 4.
Таблица 4 – Результаты испытаний тепловых, электромагнитных расцепителей и расцепителя минимального напряжения автоматического выключателя
86
Тип
автоматического
выключателя
Полюс
Время срабатывания
теплового расцепителя при к=I/Iном
3
2
Ток отсечки
Напряжение
максимального
срабатывания
расцепителя
расцепителя
Iотс.р.=nIном
1,5
1
2
3
4. По результатам испытаний построить защитные характеристики для каждого полюса автоматического выключателя. Сделать вывод о соответствии характеристик нормам, о пригодности или необходимости настройки автоматического
выключателя.
5. По данным таблицы 5 произвести выбор автоматического выключателя
для защиты электродвигателя.
Таблица 5 – Данные для выбора автоматического выключателя
№ бригады
Вариант
Тип двигателя
Iн.дв.,А
Uс.,В
Iпуск/Iном
1
2
1
2
1
2
1
2
4А71А2УЗ
4А112М4УЗ
4А6ЗА6УЗ
4А200L8УЗ
4А100L2УЗ
4А56В4УЗ
4А80А2УЗ
4А100L4УЗ
1,7
11,6
0,78
45,0
10,5
0,66
3,3
8,6
220
380
127
220
220
127
380
220
5,5
7,0
3,0
5,5
7,5
3,5
6,5
6,0
1
2
3
4
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Название и цель работы.
2. Схема проверки тепловых и электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.
3. Методики испытаний и настройки расцепителей автоматических выключателей.
4. Таблицы с результатами испытаний.
5. Результаты и обоснование выбора автоматического выключателя для защиты электродвигателя (по заданию преподавателя).
87
6. Вывод по проделанной лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение, классификация (типы) автоматических выключателей.
2. Маркировка автоматических выключателей, область применения.
3. Основные конструктивные особенности автоматических выключателей.
4. Влияние температуры окружающей среды на работу расцепителей.
5. Достоинства и недостатки автоматических воздушных выключателей.
6. Методики испытаний расцепителей автоматических выключателей.
7. Методики настройки расцепителей автоматических выключателей.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1 – Технические характеристики автоматических воздушных
выключателей
Тип автоматического выключателя
А3160
Номинальный
ток выключателя, А
Номинальный
ток расцепителя, А
50
15; 20; 25; 30;
40; 50
-
(1,1…1,35)IНОМ
А3110
100
15; 20; 25; 30;
40; 50; 60; 80;
100
10IНОМ
(1,1…1,45)IНОМ
А3120
100
15; 20; 25; 30;
40; 50; 60; 80;
100
430; 600;
800
(1,1…1,45)IНОМ
А3130
200
120; 150; 200
7IНОМ
(1,1…1,45)IНОМ
0,6…63
6,3…25
16…250
250…630
(3; 10;
12)IНОМ
(1,1…1,45)IНОМ
ВА21-29
ВА51-25
ВА57-35
ВА52-39
16…630
Ток отсечки, Ток перегрузки,
А
А
88
ЛИТЕРАТУРА
1. Варварин В.К., Койлер В.Я., Панов П.А., Наладка электрооборудования,
Справочник 2-е изд.- М; Россельхоздат,1984-349с.
2. Справочник энергетика строительной организации. В 2т. Т.1. Электроснабжение строительства / В.Г. Сенчев, А.К. Азаров, В.С. Аушев и др.; под ред.
В.Г. Сенчева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 640с.: ил. – (
Справочник строителя).
3. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2т. / Под
общ. ред. А.А. Федорова. Т.2. Электрооборудование. – М.: Энергоатомиздат,
1987. – 592с.; ил.
4. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 464с.: ил. –
(Электроустановки промышленных предприятий / Под общ. ред. Ю.Н. Тищенко и
др.).
89
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СУШКИ ОБМОТОК
ТРАНСФОРМАТОРОВ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Цель работы: исследовать наиболее распространенные способы сушки
трансформаторов и обмоток электродвигателей, овладеть
приближенными методами расчета параметров сушки и способами измерения увлажнения изоляции.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В процессе эксплуатации, транспортировки, хранения изоляционные конструкции электродвигателей и трансформаторов увлажняются от длительного соприкосновения с влажным воздухом или в результате отпотевания при резком изменении температуры, в результате окислительных процессов в масле, залитом в
бак трансформатора.
Появление влаги в изоляции приводит к резкому снижению ее электрической прочности и требует проведения сушки.
Необходимость сушки оценивается на основе измерения параметров изоляции, характеризующих ее диэлектрические свойства.
Способы обнаружения увлажнения изоляции
Наиболее простым и приемлемым способом оценки технического состояния
изоляции является эксплуатационный контроль - анализ изменения сопротивления изоляции постоянному току.
За сопротивление изоляции RИЗ принимается показание мегаомметра через
60с после начала измерений, т.е. RИЗ = R60.
90
Измеренное сопротивление сравнивают с результатом предыдущих измерений или же с результатом заводских измерений (но необходим учет температуры
окружающей среды).
Величина сопротивления изоляции не является всеобъемлющей характеристикой изоляции. О степени увлажнения изоляции судят по коэффициенту абсорбции
Ка =
R60
,
R15
где R15 – показания мегомметра через 15с после начала измерения.
Если Ка ≥ 1,3, то делают вывод о допустимости дальнейшей эксплуатации
силового трансформатора или электрической машины. Если Ка < 1,3, то делают
вывод о недопустимом увлажнении изоляции и необходимости сушки увлажнившейся изоляции.
Примечание:
1. Данная методика применительна для крупных машин мощностью более
100кВт и напряжением свыше 1000В. Такие машины имеют большую массу изоляции, и время ее поляризации соответствует рекомендуемым значениям 15с и
60с.
Машины меньшей мощности и особенно низковольтные машины имеют
значительно меньше массы изоляции и соответственно меньшее время поляризации. Поэтому в данной работе R15 следует измерять по истечении 5с от момента
приложения напряжения.
2. После изготовления главную изоляцию электродвигателя, испытывают
повышенным напряжением, величина которого, В
Uисп = 2Uн + 1000
и для электродвигателей с номинальным напряжением 220/380В принимается равным
Uисп = 1750 В.
91
По этой причине использовать мегаомметр на напряжение 2500В при измерении изоляции электродвигателя нельзя. Измерение сопротивления изоляции
осуществляют мегаомметром на напряжение 1000В.
3. В трансформаторах без масла изоляцию обмоток высшего напряжения по
отношению к заземленному корпусу измеряют мегаомметром на напряжение
2500В, а обмоток низшего (потребительского) напряжения - мегаомметром на
напряжение 1000В.
Дополнительной оценкой состояния изоляции является оценка по методу
"емкость-частота", такие измерения проводятся в ремонтной практике для оценки
скорости увлажнения изоляции.
Контроль осуществляется прибором типа ПКВ - 7 и позволяет найти отношение емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости при промышленной частоте
50 Гц, т.е. прибором ПКВ-7 можно оценить отношение С2/С50.
Для абсолютно сухой изоляции это отношение приближается к единице, т.е.
С2
1
С 50
Для увлажненной изоляции С2/С50 > 1, но обычно не должно превышать
значения С2/С50 ≤ 1,2 при t0 = + 20 0С.
Сушка изоляции обмоток трансформаторов
Изоляцию обмоток трансформатора можно сушить различными способами:
в сушильных печах, при помощи ламп инфракрасного света, током короткого замыкания, потерями в собственном баке и токами нулевой последовательности. В
условиях эксплуатации наиболее широко применяются последние три способа.
Сушка потерями в собственном баке
Способ заключается в следующем. На бак трансформатора (рисунок 1)
укладывают дополнительную намагничивающую обмотку из гибкого изолированного провода (при необходимости бак теплоизолируют асбестом), и подключают к источнику переменного тока.
При протекании тока по намагничивающей обмотке создается магнитный
поток, замыкающийся по баку трансформатора. Потери на вихревые токи, обу-
92
словленные переменным магнитным потоком, нагревают бак трансформатора, и
затем теплота передается изоляции обмоток.
QS
~ 50 Гц
220 В
А
W
V
Рисунок 1 - Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке
Достоинства способа: сушка производится на месте установки трансформатора, без его транспортировки, при наличии любого источника питания низкого
напряжения.
Недостатки способа: необходимо изготовлять специальную намагничивающую обмотку; большой расход электроэнергии; источник тепла располагается
снаружи (потери в баке), поэтому поток тепла и влаги имеют встречное направление (тепло - во внутрь, влага - изнутри в окружающую среду); достаточно велико
время сушки.
В основе расчета основных параметров сушки используется уравнение баланса мощности теплоотдачи и теплопоступлений трансформатора при установившейся температуре изоляции.
При расчете требуется определить число витков намагничивающей обмотки
W; мощность Р, потребную для сушки; силу тока I в намагничивающей обмотке и
диаметр провода d.
Исходными данными являются: напряжение источника тока U; геометрические размеры трансформатора (периметр бака l , полная поверхность F и поверхность бака, на которой размещена намагничивающая обмотка F0); температура
окружающей среды t0 и конечная температура бака tк; коэффициент теплоотдачи
Кт.
Необходимое число витков определяют из формулы
W = (UA)/l
где U - напряжение источника тока, В;
93
l - периметр бака, м.
Величину А находят из таблицы 1 в зависимости от удельных (греющих)
потерь ΔР (кВт/м2), которые определяют из условия баланса мощности нагрева Р
и мощности потерь теплоты с поверхности бака Р1
Мощность нагрева
Р = ΔРF0
где F0 = h0l - поверхность бака, на которую наматывается намагничивающая
обмотка, м;
h0 - высота стенки бака, на которую наматывается намагничивающая
обмотка, м.
Потери мощности в окружавшую среду
Р1 = КТF(tK – t0),
где КТ - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·град (для утепленного асбестом
трансформатора КТ = 5,3; для неутепленного – КТ = 12);
tK - конечная температура нагрева бака, обычно равная 1050С;
При установившемся процессе сушки
Р = Р1,
а
ΔР = КТ
F
(tK – t0).
F0
Таблица 1 – Значения величины А, в зависимости от мощности нагрева Р
Р, кВт/м2
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1,0
1,05
1,1
1,15
А
2,33
2,26
2,18
2,12
2,07
2,02
1,97
1,92
1,88
Р, кВт/м2
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
1,5
1,6
1,7
А
1,84
1,81
1,79
1,77
1,74
1,71
1,68
1,65
1,62
Величина тока в намагничивающей обмотке
I=
P
,
U  cos 
Р, кВт/м2
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
3,0
А
1,59
1,56
1,54
1,51
1,49
1,46
1,44
1,42
1,34
94
где cosφ = 0,5…0,55 для трансформаторов с гладкими или трубчатыми баками; для трансформаторов с ребристыми баками cosφ ≈ 0,3.
Диаметр не изолированного провода
d=
4I
(мм),
j
где j = 2...6 А/мм2 - плотность тока в намагничивающей обмотке.
Сушка токами нулевой последовательности
Токовая сушка заключается в нагревании изоляции трансформатора за счет
протекания тока через рабочие обмотки.
В качестве намагничивающей обмотки используется одна из обмоток
трансформатора, соединенная по схеме тока нулевой последовательности (рисунок 2).
QS1
Т1
QS2
А
W
V
а
А
в
В
с
С
Рисунок 2 - Схема сушки трансформатора токами нулевой последовательности
При соединении обмоток трансформатора по схеме звезда-звезда с нулем,
напряжение для сушки подводится к закороченным выводам фаз и нулевой точке
обмотки. Если обмотка трансформатора соединена в треугольник, напряжение
питания подводится в разрыв. Замкнутые контуры других обмоток должны быть
при этом разомкнуты.
Магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются через магнитопровод, воздушное пространство между магнитопроводом и баком и стенки бака. Поэтому нагрев трансформатора происходит за счет потерь в меди в намагничивающей обмотке, в стали магнитопровода и в баке.
Преимущества способа: сокращение времени сушки трансформатора, экономия проводникового и теплоизоляционного материала, высокий КПД и равномерный нагрев обмоток.
95
Недостаток способа: наличие источника питания нестандартного напряжения.
Сушка током короткого замыкания
Сущность сушки заключается в следующем. Обмотку низкого напряжения
обычно закорачивают, а к обмотке высшего напряжения подводят пониженное
напряжение, равное напряжению короткого замыкания ( UК приводится в паспорте трансформатора) (рисунок 3).
QS1
Т1
~50 Гц
220 В
QS2
W
А
W
А
V
А
а
В
в
С
с
Рисунок 3 - Схема сушки трансформатора током короткого замыкания
Потерями в стали сердечника пренебрегают, т.к. магнитный поток в стержнях трансформатора составляет всего 5...10 % от потока при нормальной работе
трансформатора.
Преимущества способа: источник тепла располагается внутри трансформатора (потери в обмотке), поэтому поток тепла и влаги имеют одинаковое направление, что приводит к сокращению времени сушки; способ универсальный, т.е.
можно сушить любой трансформатор; имеет высокий КПД.
Недостаток способа: неравномерный нагрев обмоток. Внутренние части
обмоток могут оказаться перегретыми, а наружные части обмоток - недостаточно
нагретыми. Этот способ требует также источника регулируемого напряжения.
На кафедре электропривода и электрических машин Целиноградского СХИ
разработан и предложен способ нагрева и сушки трансформаторов однофазным
коротким замыканием, который производится по схеме (рисунок 4).
На обмотку ВН трансформатора, соединенную в звезду, подводится пониженное трехфазное напряжение, фазы другой обмотки, соединенной в звезду, поочередно через равные промежутки времени замыкаются накоротко. Нагреваемый
96
трансформатор работает в режиме однофазного короткого замыкания по схеме
звезда - звезда.
QS1
Т1
QS2
W
~50 Гц
W
А
220 В
W
V
N0
А
а
В
I0
С
I0
в
3I0
с
2I0
Рисунок 4 - Схема сушки трансформатора однофазным коротким замыканием
При однофазном к.з, токи , протекающие по обмоткам, создают в каждой
фазе намагничивающие силы F0, равные по величине и направлению.
Потоки нулевой последовательности F0 не могут замкнуться в трехстержневой магнитной системе и замыкаются через воздух и конструктивные элементы
трансформатора, вызывая значительные потери мощности в остове и баке. Эти
потери используются для нагрева и сушки изоляции трансформаторов.
Основным параметром, по которому судят о ходе сушки, является сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса. Дополнительно контроль процесса сушки может проводиться измерением tgδ и параметра "емкость-время"
(ΔС/С).
Rиз
t
Рисунок 5 – График изменения сопротивления изоляции обмоток в период сушки
Окончание сушки определяется по кривой зависимости сопротивления изоляции от времени: RИЗ = f(t) (рисунок 5).
97
Сушка считается законченной, если при неизменной температуре сопротивление изоляции остается постоянным для трансформаторов до 35кВ включительно в течение 6 часов, для трансформаторов напряжением 110кВ и выше в течение
48 часов.
Сушка обмоток электродвигателей
Существуют следующие способы сушки изоляции электродвигателей: конвекционный, индукционный, токовый, терморадиационный.
Конвекционная сушка
Электродвигатели загружаются в сушильную камеру и нагреваются за счет
передачи теплоты от нагревателей к изоляции путем конвекции. Конвекционная
сушка является продолжительной, т.к. обмотки начинают высыхать с поверхности. Наружный слой, высыхая, задерживает дальнейшее испарение растворителя
(влаги) из внутренних слоев изоляции и обмотки.
Преимущество способа: большая универсальность сушильных камер.
Недостаток: низкий КПД процесса, продолжительность сушки принимают
8…10 час.
Термодинамическая сушка
Нагрев изоляции осуществляется за счет передачи теплоты инфракрасными
лучами от источника излучения к обмотке. Используются специальные лампы
накаливания.
Эффективность поглощения инфракрасных лучей зависит от цвета и природы лака. Покрытия из прозрачных материалов обладают низким коэффициентом
поглощения. Поэтому для достижения высоких температур необходимо использовать покрытия, обладающие высокой поглощающей способностью.
Сушка инфракрасными лучами более эффективна по сравнению с конвекционным способом.
Недостатки: низкий КПД, неравномерный нагрев изделия и малая универсальность,
Сушка способом индукционных потерь
98
Сущность: на машину укладывают дополнительную намагничивающую
обмотку из гибкого изолированного провода так, чтобы она охватывала спинку
статора. Машину размещают под вытяжным зонтом и подключают дополнительную обмотку к источнику переменного тока (рисунок 6).
Т1
А
~50 Гц
220 В
W
V
Рисунок 6 - Схема сушки изоляции обмоток электрических машин потерями
в стали (индукционный способ)
При протекании тока по намагничивающей обмотке создается магнитный
поток, замыкающийся по спинке статора. Потери на гистерезис и вихревые токи,
обусловленные переменным магнитным потоком, нагревают сталь статора и затем
изоляцию обмоток.
Достоинства способа: сушку можно производить на месте установки электродвигателя; не требуется специальный источник питания, т.к. число витков
намагничивающей обмотки можно подобрать на стандартное напряжение сети;
достигается равномерней быстрый нагрев изоляции при небольшом расходе электроэнергии.
Недостаток: из-за малой универсальности и большой трудоемкости намотки обмотки способ применяется главным образом для сушки крупных электродвигателей.
Токовый способ сушки
Заключается в нагревании изоляции электрической машины за счет протекания тока через рабочие обмотки. Может применяться как постоянный, так и переменный ток промышленной частоты. На практике наибольшее распространение
получил переменный ток (рисунок 7). Его преимущество заключается в том, что
теплота выделяется во всех частях машины - в материале проводов, в стали узлов
99
и в изолирующем материале. Постоянный ток выделяет теплоту только в материале проводов.
Токовая сушка может производиться от однофазных или трехфазных источников нестандартного напряжения. Это - недостаток способа.
Вместе с тем этот способ сушки является наиболее интенсивным, т. к.
нагревая внутренние части обмотки током, можно создать любой перепад температуры между внутренними и внешними слоями изоляции. Преимуществом является также малая продолжительность сушки и высокий КПД установки.
Т1
~50 Гц
220 В
А
W
С1 С2 С3
V
С4 С5 С6
Рисунок 7 - Схема токовой сушки
Токовая сушка постоянным током реализована в стенде МИИСП мостовым
методом. Принцип сушки заключается в следующем (рисунок 8): к одной диагонали поста подводится напряжение постоянного тока, во вторую диагональ включается измерительный прибор, а обмотка электродвигателя, подлежащего сушке,
включается в одно из плеч моста. Измерительный прибор контролирует температуру обмотки по изменению ее сопротивления.
Схема контроля работает следующим образом. Резисторы R6 и R7, R5 и R8,
R9, сопротивление обмотки просушиваемого электродвигателя составляет мостоТ0С
вую схему. В начале сушки в положении « МОСТ» переключателя S5 автотранс-
форматором устанавливается ток в цепи обмотки статора. Величина тока выбирается из условия достижения необходимой температуры обмоток и зависит от температуры окружающей среды, исполнения и мощности электродвигателя. Ток
сушки следует выбирать в пределах 0,4...О,7 от номинального тока двигателя
(IН:ДВ.).
100
к объекту
+общ.
дв.
20А
R9
уст. 1000 изм-ль
40А
R4
R7
R6 R5
А
R8
Т 0С/мост 0
S5 имит/100 С
уст. ”0”
грубо
уст. ”0”
плавно
-4В 100А
-24В 100А
Рисунок 8 – Схема моста стенда для контроля температуры обмотки при сушке
Резисторами R5 и R8 "Плавно УСТ.О", "Грубо УСТ.О" стрелка измерительного прибора устанавливается на нуль шкалы.
И
М
И
Т
.
0
Переключатель S5устанавливается в положение « 100 С», а резистором R4
"УСТ. 100 0С" устанавливают стрелку измерителя на конечное значение шкалы
Т0С
(100 0С). После этого переключатель S5 переводят в положение « МОСТ» и ведут
контроль температуры обмотки электродвигателя в процессе его сушки.
Температура обмотки равна температуре окружающей среды плюс показания прибора, проградуированного в градусах.
Время, необходимое для сушки обмоток, обычно не более 7 часов. Сушка
производится до тех пор, пока сопротивление изоляции обмоток в горячем состоянии при температуре около +750С не достигнет нескольких десятков мегаом, и
при дальнейшей сушке не будет увеличиваться.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
На рабочем месте находятся:
- трансформатор силовой;
- электродвигатель асинхронный;
- стенд МИИСП;
101
- измерительные приборы (Мегаомметры Ф 4102/1, Ф 4102/2, прибор контроля влажности ПКВ-7, прибор комбинированный цифровой Щ 4300, амперметр,
вольтметр);
- соединительные проводники.
IIPOГPAММA РАБОТЫ
1. Изучить "Общие теоретические сведения" настоящих методических указаний, законспектировать разделы "Способы обнаружения увлажнения изоляции",
"Сушка изоляции обмоток трансформаторов потерями в собственном баке", "Токовая сушка обмоток электродвигателя постоянным током".
2. Выполнить работу в соответствии с рекомендациями по выполнению работы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Исследовать способ сушки трансформатора потерями в собственном баке,
для чего:
- рассчитать параметры сушки трансформатора (раздел “Сушка изоляции
обмоток трансформаторов”);
- измерить коэффициент абсорбции мегаомметром (Приложение 1);
- оценить состояние изоляции методом "емкость-частота" с помощью прибора ПКВ -7 (Приложение 2);
- результаты расчетов и измерений занести в таблицы 2 и 3;
- собрать схему исследования и подключить к сети;
- через 30, 60, 80 мин после начала сушки осуществить повторную оценку
состояния изоляции мегаомметром и прибором ПКВ -7, а также измерить температуру обмоток трансформатора прибором Щ 4300, используя градуировочную
характеристику термопары (Приложение 3);
- результаты измерений занести в таблицы 2 и 3;
- построить графики зависимостей RИЗ = f(t); t°C = f(t).
102
Таблица 2 – Результаты расчетов и измерений параметров сушки трансформатора
Параметры сушки
Расчетные
Значения параметров
Опытные
Погрешность, δ, %
Ток, А
Напряжение, В
Мощность, Вт
Таблица 3 - Результаты расчетов и измерений параметров сушки трансформатора
Время, мин
Параметр
Фаза А
Фаза В
Фаза С
Ка = R60/ R15
С2/С50
t 0С
0
30
60
80
R60
R15
R60
R15
R60
R15
АВСА
В
С
А
В
С
2. Исследовать способ сушки обмоток электродвигателя постоянным током
(Приложение 4).
3. Результаты измерений коэффициента абсорбции занести в таблицу 4.
Таблица 4 - Результаты измерений коэффициента абсорбции
Время, мин
Ка = R60/ R15
0
30
Построить график зависимости RИЗ = f(t).
60
80
103
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
- наименование лабораторной работы и ее цель;
- анализ способов обнаружения увлажнения изоляции;
- методы сушки: "Сушка изоляции обмоток трансформаторов потерями в
собственном баке", "Токовая сушка обмоток электродвигателя постоянным током";
- отчет по каждому пункту работы, включающий:

наименование пункта;

расчет параметров сушки;

таблицы с результатами измерений;

графики зависимостей параметров сушки от времени;

выводы о проделанной работе.
Приложение 1.
МЕГАОММЕТРЫ Ф 4102/1, Ф 4102/2
Подготовка прибора к работе
1. К клемме “-“, с охранным кольцом и к клемме “Э” подключить соединительные шнуры в соответствии с маркировкой.
2. Корректором измерительного механизма установить указатель на отметку
“∞”.
Измерения
1. Установить переключатель измерительных напряжений в нужное положение.
При разомкнутых зажимах "rx" нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I и установить ручкой “УСТАН. ∞” указатель мегаомметра на отметку "∞".
2. Замкнуть зажимы "rx" нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I и установить ручкой “УСТАН. 0” указатель прибора на отметку "0", а затем, нажав обе кнопки
ИЗМЕРЕНИЕ II, проверить установку указателя на отметку "0". В случае от-
104
клонения указателя от отметки "0", установить указатель в первом и во втором
случае так, чтобы оплетка "0" оказалась посредине этих двух показании.
Допускается операции, указанные в п.п. 2.1, 2.2 проводить отдельно по
шкале I и по шкале II.
3. Убедившись в отсутствии напряжения на объекте, подключить объект к
зажимам "rx".
4. Для проведения измерений нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I, подав тем
самым на объект высокое напряжение. На время измерения держать кнопку нажатой. После установления указателя сделать отсчет значения измеряемого сопротивления по шкале I.
При необходимости проведения измерений с повышенной точностью, не
отпуская кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I, нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ II и сделать отсчет измеряемого сопротивления по шкале II.
Приложение 2
ПРИБОР ПКВ - 7
Подготовка прибора к работе
1. Прибор расположить в непосредственной близости от измеряемого объекта, корпус прибора заземлить.
2. Кабель питания прибора подключить к сети 220 В.
3. Включить тумблер "Сеть" и прогреть прибор в течение 2-3 минут.
Измерения
1. Переключатель предела поставить в положение "100 тыс. пф".
2. Тумблер "изм.-уст." установить в положение "уст." и ручкой "0" произвести установку стрелки измерителя на нуль. Переключение тумблера в положение "уст." и проверка нуля при отключении объекта измерения обязательны перед каждым измерением.
3. Присоединить объект измерения возможно более коротким проводом к
зажиму "объект" прибора.
105
4. Для измерения величины “С50” тумблер (“С50” - “С2 - С50”) установить в
положение “С50”, тумблер ("ЕВ" - "ПКВ") - в положение "ПКВ".
Тумблер "изм. - уст." перевести в положение "изм." и через 10-15 сек произвести отсчет показаний по шкале прибора,
Если показания стрелки составляют менее одной пятой шкалы, переключателем пределов измерения установить такой предел, чтобы стрелка находилась в
середине шкалы.
5. Для измерения величины “С50” “С2 - С50” тумблер (“С50” - “С2 - С50”)
установить в положение “С2 - С50”, тумблер ( "ЕВ"-"ПКВ") - в положение
"ПКВ". Отсчет взять спустя 30 секунд после переключения тумблера "изм. уст." в положение "изм."
Предел измерения подбирается так же, как в п.4.
Отношение С2/С50 находится по формуле:
С2/С50 = [(С2-С50)/С50] + 1.
Приложение 3
ПРИБОР КОМБИНИРОВАННЫЙ ЦИФРОВОЙ Щ 4300
Подготовка прибора к работе
1. Заземлить прибор, кабель питания подключить к сети 220В.
2. Включить кнопку "СЕТЬ" и прогреть прибор.
Измерение постоянного напряжения
1. Кнопку “
~ ”, отжать, установить род работы "U" , а предел измере-
ния - 220 мВ.
2. Выход термопары подключить к гнездам "U, R" и "*".
Для перевода измеренных значений напряжения в 0С воспользоваться градуировочной характеристикой термопары (рисунок 9).
106
U, мВ
5,5
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
t 0С
40 50 60 70 80 90 100
Рисунок 9 - Градуировочная характеристика термопары
Приложение 4
СУШКА ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
1. Для сушки изоляции один конец обмоток двигателя, соединенных последовательно или параллельно, присоединить проводом с наконечником
10мм к
клемме "40А" или "20А" в зависимости от величины тока, требуемого для сушки. Второй конец присоединить к клемме "+общ." проводом с наконечником
10мм и к клемме "к объекту" проводом с наконечником
5мм.
2. Установить переключатель напряжения в положение "-24В".
3. Установить "переключатель питания" в положение "тр-р плавно".
4. Установить переключатель "род работы" в положение “А/100”.
5. Вывести ручку "регулятора напряжения" в положение “0”.
6. Включить стенд выключателем "СЕТЬ".
7. Установить "регулятором напряжения" требуемую величину тока сушки по "измерителю".
8. Установить переключатель "род работы" в положение “V/50B” и измерить напряжение на обмотке по "измерителю", шкала которого в этом случае
равна 50В.
9. "Регулятором напряжения" уменьшить величину напряжения, измеренную по "измерителю" до 0,2U, от полученного в п.8 значения.
Т0С
10. Установить переключатель "род работы" в положение « МОСТ» и сба-
лансировать мост сопротивлениями "уст. 0" ("грубо"), ("плавно").
107
II. Включить переключатель "род работы" в положение “V/50B” и установить "регулятором напряжения" по "измерителю" напряжение, равное зафиксированному при выполнении п.8.
Т0С
12, Установить переключатель "род работы" в положение « МОСТ» и
окончательно сбалансировать мост сопротивлениями "уст.0" ("грубо"), ("плавно").
И
М
И
Т
.
0
1З. Установить переключатель "род работы" в положение « 100 С».
14. Установить сопротивлением "уст. 100 0С" стрелку "измерителя" на
конец шкалы. При этом вся шкала будет соответствовать превышению температуры на 100 0С. При отсутствии возможности установления стрелки на конец
шкалы (для двигателей относительно большой мощности), следует ее установить
на середину шкалы (50 делений). В этом случае вся шкала будет соответствовать
превышению температуры на 200 0С.
Т0С
15 .Установить переключатель "род работы" в положение « МОСТ». По
"измерителю", проградуированному в 0С, следить за изменением температуры
обмотки. Периодически отключать стенд и измерять КА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хорольский В.Я. Эксплуатация электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. – Ставрополь, 1996. – 320с., 58 ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).
2. Пястолов А.А., Ерошенко Г.П. Эксплуатация электрооборудования. – М.:
ВО Агропромиздат, 1990.
108
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ ЗАЩИТ ОТ
АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Цель работы: исследовать процесс функционирования и эксплуатационнотехнические характеристики температурной защиты УВТЗ;
фазочувствительной защиты типа ФУЗ.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Принцип работы и устройство защиты УВТЗ
Защита УВТЗ-1 (рисунок 1) состоит из токового ключа, выполненного на
транзисторах VТ1 и VТ2; исполнительного реле К2; тиристора VD7; узла питания, состоящего из диодного мостика и токоограничивающего сопротивления R2,
фильтра R1, С1, стабилитрона VD5, делителя напряжений R3, R4 и R6, Rt; позисторов (Rt) типа СТ-14-1 А или СТ-14-1Б, которые встраиваются в лобовые части
обмоток двигателя; диода VD6, служащего для снятия перенапряжений с катушки
реле К2 и для создания небольшой выдержки времени в момент отключения защиты; сопротивлений R5 и R7.
Принцип работы защиты состоит в следующем. При нормальной температуре обмоток двигателя сопротивление позисторов Rt мало (порядка 200Ом), то
есть меньше сопротивления R6. В этом случае на базу транзистора VТ2 будет подан отрицательный потенциал, и транзистор будет открыт. По цепи R5, "эмиттерколлектор-V2Т", R7 будет протекать ток. На сопротивлении R7 создается падение
напряжения, достаточное для открытия тиристора VD7. По цепи катушки К2 будет протекать ток и контакты реле К2:2 будут замкнуты в цепи катушки магнитного пускателя К1. При нажатии кнопки SВ2 двигатель будет работать. Транзистор VТ1 при этом будет закрыт из-за недостаточно большого потенциала на
эмиттере VТ1.
109
При увеличении температуры обмотки до (90-100) 0С сопротивление позисторов Rt резко увеличивается, что приводит к изменению потенциала на базе
транзистора VТ2, он становится более положительным. Транзистор VТ2 закрывается и ток в цепи транзистора уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на управляющем электроде тиристора VD7, и он закрывается. Ток в цепи
реле К2 уменьшается и реле отключается, разрывая своими контактами цепь катушки магнитного пускателя. Двигатель отключается от сети. При закрытии транзистора VТ2. транзистор VТ1 открывается, так как уменьшение тока в цепи транзистора VТ2 приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении R5
и потенциал на эмиттере VТ1 резко увеличивается, вследствие чего и увеличивается разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора VТ1, и он открывается. Ток будет протекать по цепи R5, "эмиттер-коллектор" транзистора
VТ1. Этим самым обеспечивается надежность работы транзистора VТ2.
При обрыве в цепи термодатчика на базу транзистора VТ2 будет по дан положительный потенциал и защита отключается. При коротком замыкании в цепи
термодатчика на базу транзистора VТ2 будет подан большой отрицательный потенциал, и транзистор VТ2 будет открыт. Однако ток через транзистор VТ2 будет
протекать не по цепи "эмиттер-коллектор", а по цепи "эмиттер-база", так как разность потенциалов между базой и эмиттером VТ2 будет больше. Через сопротивление R7 будет протекать небольшой ток, недостаточный для открытия транзистора. И защита отключает двигатель от сети.
Четкость срабатывания защиты во многом зависит от характеристики датчиков. Для универсальной встроенной температурной защиты “УВТЗ” в качестве
термочувствительных датчиков используются позисторы СТ – 14 – 1А и СТ- 14
1Б с положительной температурной характеристикой, то есть с увеличением температуры сопротивление термодатчика увеличивается. В диапазоне температур
(60–100)0С наблюдается значительное увеличение сопротивления (в несколько
раз), что дает возможность создать релейный эффект при срабатывании защиты.
110
Принцип работы и устройство защиты ФУЗ
Угол сдвига фаз между токами в трехфазной сети в нормальных условиях
равен 1200, а при обрыве одной из фаз в исправных фазах угол сдвига становится
равным 1800. Таким образом, если контролировать изменение угла сдвига фаз
между токами нагрузки электродвигателя, то его можно защитить, от основного
аварийного режима - обрыва фазы. Устройства защиты, реагирующие на изменение угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя, называются фазочувствительными устройствами защиты (ФУЗ), а специальные трансформаторы
тока, формирующие из трехфазных токов нагрузки измеряемые напряжения U1, и
U2 с определенным углом сдвига ψ, - фазовращающими трансформаторами тока.
Угол сдвига между векторами токов нагрузки с помощью трансформаторов
тока контролируется следующим образом.
Из трех фазных токов – IА, IB, IC питания электродвигателя можно формировать измеряемые напряжения U1, U2 методом трех, двух и одного фазовращающих
трансформаторов тока. На рисунке 2 показан наиболее распространенный вариант
формирования напряжений U1 и U2 с использованием двух фазовращающих
трансформаторов тока. Каждый трансформатор тока имеет две первичные токовые обмотки с различным числом витков w1 и w2, включаемые в разные фазы питания электродвигателя, причем навстречу одна другой (начальные концы соответствующих обмоток на рисунке обозначены черной точкой).
М
~ 380 В
потоки, создаваемые токами фаз А и В.
К1.2
QF
Rt
SA1
SB1
SA2
1
С1
R2
VD3
R1
VD2
4
VD4
VD5
R4
VT1
5
VT2
R5
6
R6
R7
VD7
VD6
2
3
К2 К2.1 К2.2
Рисунок 1 - Принципиальная схема и схема включения защиты УВТЗ-1
К1
К1.1
SB2
VD1
R3
УВТЗ - 1
111
Таким образом, в сердечнике трансформатора Т1 суммируются магнитные
112
IA
IB
IC
Т1
К1.1
W2
U1
W1
R1...R4
VD1...VD4
К1
Т2
W1
U2
W2
Рисунок 2 – Электрическая схема ФУЗ
.
.
Магнитные потоки ФА и ФВ пропорциональны току нагрузки электродвига.
теля и числу первичных витков W1 и W2. Суммарный магнитный поток Ф1 , в сер-
дечнике трансформатора Т1 равен геометрической сумме магнитных потоков, создаваемых токами фаз А и В (рисунок 3).
.
.
.
Ф1 = ФА + ФВ
.
Ф1
.
.
ФА
U1
.
ФВ
0
.
.
Ф2
U2
.
ФС
Рисунок 3 - Векторная диаграмма магнитных потоков
Аналогично токам фаз В и С создается магнитный поток Ф1 в сердечнике
трансформатора T2.
113
.
.
.
Ф2 = ФС + ФВ
Из векторной диаграммы видно, что суммарные магнитные потоки взаимно
сдвинуты на определенный угол по фазе ψ, который зависит от отношения числа
первичных витков w1/w2 трансформаторов тока. Из векторной диаграммы видно,
что
Ψ = 1200 - 2α,
где
α = arctg
3w1
.
2 w2  w1
Следовательно, изменяя число первичных витков трансформаторов тока так,
чтобы менялось и соотношение, можно изменять суммарные магнитные потоки
.
.
Ф1 и Ф2 и угол сдвига между ними.
.
.
Суммарные магнитные потоки Ф1 и Ф2 создают во вторичных обмотках
трансформаторов тока пропорциональные им измеряемые напряжения U1 и U2 и с
таким же углом сдвига по фазе Ψ (для упрощения векторной диаграммы на ри.
.
.
.
Ф
Ф
U
U
1
2
1
сунке 3 векторы
и , а также
и 2 совмещены).
Суммарные магнитные потоки определяют путем геометрического сложения:
.
Ф1 =
. .
.2
.2
ФА + ФАФВ + ФВ
= К IH
2
w21 + w1w2 + w 2
.
= К IHwП ;
.
Ф2 =
. .
.2
.2
ФС + ФСФВ + ФВ
= К IH
2
w21 + w1w2 + w 2
.
= К IHwП ;
где: К - коэффициент пропорциональности;
.
I H - ток нагрузки двигателя;
wП - приведенное число первичных витков трансформаторов тока,
определяющее суммарные магнитные потоки.
Изменением числа первичных витков трансформаторов тока w1 и w2 можно
получить Ψ = 900 ± 20. То есть, изменяя число витков w1 и w2, можно менять чувствительность защиты, оставляя без изменения его фазовую характеристику.
114
Отношение числа витков первичных (токовых) обмоток ФТП в устройствах
ФУЗ - М выбрано w1/w2 = 1/3.
.
.
U
U
Напряжения ( 1 и 2 ) со вторичных обмоток трансформаторов токов подаются на кольцевой детектор, который состоит из последовательно соединенных
диодов (VD1...VD4) и балластных сопротивлений (R1...R4). При равенстве напря.
.
U
U
жения 1 и 2 и угла сдвига Ψ = 900, ток через кольцевой детектор протекать не
будет и реле К1 обесточено.
При обрыве любой фазы нарушается рассмотренная система образования
.
.
измеряемых напряжений U 1 и U 2 , меняются их числовые значения и угол сдвига
фаз Ψ, который становится равным 00 или 1800 (в зависимости от того, в которой
фазе произошел обрыв). На выходе фазового детектора с косинусной характеристикой появляется большое напряжение (ток), и реле защиты срабатывает. Если
электродвигатель не запускается•или заклинивается во время работы, то токи
.
.
U
U
1
нагрузки электродвигателя, следовательно, и измеряемые напряжения
и 2
также увеличиваются. Ток в катушке реле К1 возрастает и становится больше тока притягивания реле IРП.
На рисунке 4 представлены фазовые характеристики защиты, которые показывают изменения тока в катушке при изменении угла Ψ. На характеристике точки 5 и 6 соответствуют обрыву фаз при пуске, 3 и 4 - обрыв фазы при работе двигателя под нагрузкой, точка 1 - при заклинивании ротора двигателя.
Для защиты электродвигателей от перегрузки в защите ФУЗ - М предусмотрена специальная схема контроля перегрузки. (Рисунок 5). Схема контроля перегрузки состоит из регулируемого тиристорного выпрямителя (VD6, R5, R6, R7),
зарядно-разрядной цепи (R8, R9), накопительного конденсатора С1, порогового
элемента - тиристора VТ8 со стабилитроном VD7, режимных резисторов
R10...R12 и шунтирующего тиристора VТ5.
115
IР
5
1
3
IРП
IРО
2
73
900
1800
0
-IРП
4
6
IН
2IН
3IН
4IН
5IН
6IН
Рисунок 4 – Фазовые характеристики IP = f(Ψ)
Схема контроля перегрузки работает следующим образом. При нормальной
нагрузке электродвигателя напряжения на конденсаторе С1 нет, так как тиристор
VD6 закрыт. При перегрузках напряжение U2, которое пропорционально токам
нагрузки двух фаз, увеличивается, тиристор VD6 пропускает ток и конденсатор
С1 заряжается. Зарядка конденсатора происходит с задержкой во времени, что
обеспечивается зарядным резистором R8. Если перегрузка длительна, конденсатор заряжается до напряжения включения стабилитрона VD7, тиристор VТ8 через
ограничивающий резистор R11 открывает тиристор VТ5. Таким образом, балластный резистор R4 шунтируется малым сопротивлением открытого тиристора.
Кольцевой детектор сильно разбалансирован, и вследствие этого через кольцевой
детектор будет протекать ток, который способствует срабатыванию реле.
Контакты К1:1 реле К разрывают цепь управления магнитным пускателем.
Двигатель отключается от сети. Уставка тока срабатывания при перегрузках устанавливается потенциометром R6.
После кратковременной перегрузки избыток заряда конденсатора С1 стекает
через резисторы R8, R9 и схема контроля перегрузки не срабатывает. При заклиненном электродвигателе, когда напряжение U2 резко возрастает, конденсатор С1
быстро заряжается, и через 5...6 секунд защита срабатывает.
116
Таким образом, ФУЗ-М защищает электродвигатель от неполнофазного режима, заклинивания (незапускания) и от любых ранее установленных перегрузок
R13
SA3
Х.Х НАГР.
C1
R9
R7
R6
R5
PV2
PV3
ТА2
К1
М
Z
У
В
Х
А
К2.1
QF2 QF3 QF4
С
ТА1
SA1
С
В
А
PW
PV
РА
R8
VD4
R1
VD3
R3
VD1
PV1
ЭС
К2.2
С
В
А
PV4
SA2
VD7 VT8
VD6
R4
VD2
R2
К1.3
Р К1.1 Р
К2
SB2
SB1
QF1
N
~ 380 В
А В С
R14
С2
С1
G
Я2
Я1
R11
R10
VT5
К1.1
R12
Ш1 Ш2
R15
220В
+ -
с заданной выдержкой времени, то есть от основных аварийных режимов.
Рисунок 5 – Принципиальная схема и схема включения защиты ФУЗ - М
117
Таблица 1 - Основные параметры модернизированного фазочувствительного устройства защиты ФУЗ - М
Значение показателей устройства
ФУЗ-1М
ФУЗ-2М ФУЗ-3М ФУЗ-4М ФУЗ-5М
Наименование
показателей
Диапазоны рабочего
тока, А
Ток срабатывания при обрыве фаз, А, не более
Время срабатывания при обрыве фаз, с, не более
Время срабатывания при перегрузке (1,5IH), с, не более
Время срабатывания при перегрузке (7,5IH), с, не более
Разброс тока срабатывания,
%, не более
Рабочее напряжение, В
Потребляемая мощность, Вт,
не более
1…2
2…4
4…8
8…16
16…32
1
2
4
8
16
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
30 - 50
30 - 50
30 - 50
30 - 50
30 - 50
6 - 10
6 - 10
6 - 10
6 - 10
6 - 10
10
10
10
10
10
380
380
380
380
380
5
5
5
5
5
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
На рабочем месте находятся:
- комплект защиты УВТЗ-1;
- комплект защиты ФУЗ-М3;
- панель с измерительными приборами и аппаратами пуска;
- позисторы СТ-14-1А;
- колба с трансформаторным маслом;
- мост постоянного тока Р333;
- термометр ртутный;
- магазин сопротивлений;
- комплект измерительный К505;
- набор проводников и кабелей;
- электромашинный агрегат (трехфазный асинхронный электродвигатель и
генератор постоянного тока).
118
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить принцип работы и устройство температурной защиты типа
УВТЗ.
2. Снять зависимость сопротивления позистора от температуры.
3. Определить сопротивление срабатывания и коэффициент возврата защиты при изменении напряжения питания от 0,8 до 1,1UH.
4. Собрать схему защиты и проверить четкость срабатывания при обрыве и
коротком замыкании в цепи термодатчика.
5. Изучить принцип работы и устройство фазочувствительной защиты типа
ФУЗ.
6. Собрать схему испытания защиты.
7. Снять зависимости входных сигналов трансформаторов тока от тока
нагрузки, и при обрыве фазы.
8. Снять токовременную характеристику защиты в зависимости от тока
нагрузки. Проверить четкость срабатывания защиты при перегрузках, и обрыве
фазы двигателя.
Замерить время срабатывания защиты.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Снятие зависимости сопротивления позисторов от температуры проводить в следующем порядке:
- опустить термодатчики в колбу с трансформаторным маслом и нагреть их;
- сопротивление термодатчиков измерить мостом постоянного тока (типа
РЗЗЗ), температуру масла - ртутным термометром;
- построить зависимость RТ = f(t).
Данные опыта занести в таблицу 2.
Таблица 2 - Снятие характеристики термодатчиков типа СТ-14
t0
RT
0
C
Oм
20
30
40
50
60
70
80
90
100
…
150
119
2. Для определения сопротивления термодатчика, при котором срабатывает
защита, собрать схему согласно рисунку 6.
SB1
Т1
SB2
3
2
К1:1
PV1
~220В
К1
1
HL1
V
4
5 6
МС
Рисунок 6 – Схема для определения сопротивления срабатывания и коэффициента возврата защиты
На зажимах 5 и 6 защиты взамен термодатчиков подключить магазин сопротивлений (МС).
3. Определить уставку сопротивления срабатывания (Rср), для чего:
- установить в цепи термодатчика сопротивление 200Ом;
- автотрансформатором (рисунок 6) установить напряжение 220В;
- кнопкой "SB2" включить защиту, при этом должна загореться сигнальная
лампа "НL1";
- постепенно увеличивать сопротивление в цепи термодатчика до отключения защиты, зафиксировать то значение сопротивления, при котором защита отключается/
4. Определить сопротивление возврата (Rв), для чего:
- установить в цепи термодатчика максимальное значение сопротивления
(верхний предал магазина сопротивления);
- нажать кнопку "SВ2" и постепенно установить сопротивление магазина до
включения пускателя, оно и будет равно сопротивлению возврата - Rв.
5. Определить значение коэффициента возврата Кв по формуле:
120
КВ = RB/RCP
где: Rср - сопротивление термодатчика, при котором защита отключается, Ом;
Rв - сопротивление термодатчика при котором возможно повторно
включение защиты, Ом.
Коэффициент возврата характеризует точность срабатывания защиты.
Результаты опытов занести в таблицу 3.
Таблица 3 - Определение сопротивления срабатывания и коэффициента возврата защиты УВТЗ - 1
U = 0,8UH
U = UH
U = 1,1UH
RCP
RB
KB
RCP
RB
KB
RCP
RB
KB
Ом
Ом
-
Ом
Ом
-
Ом
Ом
-
Температура
срабатывания
защиты
0
С
6. Изучить Принципиальную схему УВТЗ-1 по литературе (1) и по методическим указаниям (раздел "Общие теоретические сведения").
- собрать схему включения согласно рисунку 1;
- опустить термодатчик в колбу с трансформаторным маслом;
- кнопкой "SВ2" включить электродвигатель в сеть;
- нагревая трансформаторное масло, определить по термометру температуру
термодатчиков, при которой асинхронный электродвигатель отключится от сети;
- температуру, при которой срабатывает защита, занести в таблицу 3.
7. Проверить работу защиты в зависимости от исправности термодатчика,
для чего:
- тумблером "SА1" замкнуть накоротко клеммы 5 и 6 (или разорвать тумблером "SА2" цепь термодатчика);
- защита должна отключаться от сети.
8. При испытании защиты типа ФУЗ:
- изучить принципиальную схему включения защиты по литературе (1) и по
методическим указаниям;
- выяснить отличительные особенности принципа работы ФУЗ от других
видов защит;
121
- собрать схему испытания защиты согласно рисунку 5.
9. Снять зависимость U1, U2, U3 = f(I) для чего:
- ручкой потенциометра "Возбуждение" менять нагрузку на валу электродвигателя в пределах 0,4РН…1РН;
- замерить U1, U2, U3 при различных токах по фазам (IA, IB, IC);
- результаты замеров занести в таблицу 4;
- угол сдвига между векторами напряжений U1, U2, U3 измерять фазометром
типа ВАФ.
10. Снять зависимости напряжений U1, U2, U3 при обрыве фазы, для чего:
- замкнуть накоротко контакты К1:1;
- однополюсными автоматами поочередно разрывать цепи фаз (А, затем В и
С);
- данные опытов занести в таблицу 4
Таблица 4 - Снятие характеристик фазочувствительных трансформаторов тока
Режим работы
электроустановки
Переменная
нагрузка
Обрыв фазы
№
п.п.
1
2
3
4
5
6
А
В
С
I
A
I
A
I
A
U
B
U
B
U
B
Ψ
град.
UA
B
UB
B
UC
B
U1
B
U2
B
U3
B
Ψ
град.
11. По данным таблицы построить зависимости U1, U2, U3 = f(I).
12. Снять токовременную характеристику защиты - tCP = (I/IH) для чего:
- кнопкой -"SВ2" включить электродвигатель в сеть;
- рукояткой потенциометра "Возбуждение" установить ток двигателя больше тока уставки защиты (IДВ = 1,25IУСТ);
122
- отключить двигатель от сети;
- включить секундомер одновременно, с двигателем, замерить время срабатывания защиты;
- установить кратность тока срабатывания 1,5 IУСТ и повторить опыт.
Данные занести в таблицу 5
Таблица 5 Токовременная характеристика защиты ФУЗ
Кратность тока
Величина тока, А
Время
срабатывания, с
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
2,75
3
13. По данным таблицы построить зависимость t = f(I/IУСТ).
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
- наименование лабораторной работы и ее цель;
- краткий конспект раздела "Общие теоретические сведения";
- электрические схемы;
- результаты исследования (таблицы, графические зависимости), анализ полученных таблиц и зависимостей;
- выводы о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Принцип работы и устройство защиты УВТЗ.
2. Назначение защиты УВТЗ.
3. Принцип работы и устройство защиты ФУЗ.
4. Назначение защиты ФУЗ.
5. Отличительные особенности применения защит ФУЗ и УВТЗ.
123
ЛИТЕРАТУРА
1. Грундулис А.О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве. - М.:
Колос, 1982.
2. Мусин А.М. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты. - М.: Колос, 1979.
3. Пястолов А.А. и др. Практикум по монтажу, эксплуатации и ремонту
электрооборудования. - М.: Колос, 1976.
124
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ПРОВЕРКА ЦЕПИ “ФАЗА-НУЛЬ”
Цель работы: освоить методы измерения сопротивления заземлителей,
удельного сопротивления грунта, осуществить - расчет заземления. Изучить методы измерения сопротивления петли
“фаза-нуль” и заземляющей проводки.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут
оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус.
Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением.
Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значении напряжений прикосновения и шага, обусловленных| замыканием на корпус,
путем уменьшения потенциала заземленного оборудования.
Защитное заземление образует заземляющее устройство, состоящее из заземлителей и заземляющих проводников. Через заземлители, прокладываемые в
земле, происходит растекание тока в землю.
Заземляющие металлические проводники соединяют заземляемые части
электроустановок с заземлителем.
В качестве заземлителей: в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землей металлических коммуникаций
(за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединенных с землей, свинцовых
оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.д.
125
В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных
устройств рекомендуется использовать заземлители опор, отходящих воздушных
линий электропередачи, соединенных с заземляющим устройством подстанции
или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.
Если сопротивление естественных заземлителей удовлетворяет требуемым
нормам RЗ, то искусственных заземлителей не требуется.
Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не дает
нужных результатов, применяют искусственные заземлители: стержни из угловой
стали размером 50х50, 60х60, 75х75мм с толщиной стенки не менее 4мм, длиной
2,5...3м; стальные трубы диаметром 50...60мм, длиной 2,5...3м с толщиной стенки
не менее 3,5мм; прутковая сталь диаметром не менее 10мм, длиной до 10м и более.
Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой
от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остается 0,5…0,8м. Расстояние между вертикальными заземлит елями должно быть не менее 2,5...3м.
Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяет стальные полосы толщиной не менее 4мм и сечением не менее 48мм2 или стальной
провод диаметром не менее 6мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой.
Измерение сопротивления заземляющих устройств производят не реже 1-го
раза в год в периоды наименьшей проводимости почвы: летом - при наибольшем
пересыхании, зимой - при наибольшем промерзании; после монтажа; через год
после включения в эксплуатацию; при комплексном ремонте электроустановки;
не реже чем через 1 год в цеховых электроустановках потребителей.
Величина сопротивления защитного заземления RЗ в любое время года не
должна превышать:
- 2Ом - для электроустановок напряжением 660/380В;
- 4Ом - для установок напряжением 380/220В;
- 8Ом - для установок напряжением 220/127В.
126
Для электроустановок напряжением до 1000В значения RЗ даны при условии, что удельное сопротивление грунта ρ ≤ 100Ом∙м. При ρ > 100Ом∙м разрешается увеличивать вышеуказанные величины в k = ρ/100, но не более чем в 10 раз.
Измерение сопротивления заземляющих устройств
Существует три метода измерения сопротивления заземляющих устройств:
- мостовой (приборы КМ, Р-333);
- метод амперметра-вольтметра (МС-08);
- компенсационный (М-1103, М-416).
Метод амперметра-вольтметра является наиболее точным методом измерения.
Сущность этого метода состоит в том, что через испытуемый заземлитель
RX (рисунок 1) пропускается переменный ток. Для замыкания цепи тока IX используется забиваемый в землю вспомогательный электрод “B”. Вольтметр включается между заземлителем RX и зондом “З”, который также забивается в землю в
точке нулевого потенциала.
~
А
Ix
V
З
В
IB
Ix
Rx
20м
Ix
20м
Рисунок 1 – Схема измерения сопротивления заземления методом амперметра-вольтметра
Сопротивление заземлителя RX,Ом, определяется по формуле:
RX = UX/IX,
где RX – сопротивление заземляющего устройства, Ом;
UX – напряжение на заземляющем устройстве, В;
IX – ток, проходящий по заземляющему устройству, А.
127
Эта же схема может быть использована для измерения сопротивления группового заземлителя. При этом расстояния между заземлителем и электродами
должны быть не меньше указанных на рисунке 2.
20м
Х
20м
В
20м
0,5l
l
0,5l
В
0,25l
2D
D
В
1,5D З
D
В
D
3D
2D
З
З
З
Рисунок 2 – Рекомендуемое взаимное расположение электродов (зон-
дов) и минимальные расстояния между ними и испытуемыми заземлителями
Недостатки метода:
- необходимо пользоваться одновременно двумя измерительными, приборами, а затем производить расчет;
- вольтметр должен иметь достаточно большое внутреннее сопротивление (в
50...100 раз больше сопротивления зонда).
Компенсационный метод
Данный метод используется в специальных измерителях заземлений типа
М-416 или Ф-4103.
Упрощенная схема прибора и его присоединение при измерении показаны
на рисунке 3.
Тр.1
А
Преобразователь
С
Усилитель
В
2
1
Rx
mA
4
3
RЗ
RВ
Рисунок 3 - Схеме измерения сопротивления заземления прибором М-416
128
При измерении выход преобразователя присоединяется к вспомогательному
заземлителю (RB) и измеряемому сопротивлению (RX) через первичную обмотку
трансформатора Тр.1.
Во вторичную обмотку Тр.1 включен специальный калиброванный резистор- реохорд RABC. При такой схеме включения помимо основной цепи через
землю создается цепь через реохорд.
Компенсация наступает при таком положении реохорда, при котором падение напряжения на участке АВ равно падению напряжения на измеряемом сопротивлении, при этом ток в цепи индикатора равен нулю. Реохорд имеет оцифрованную шкалу, что позволяет непосредственно определять измеряемое сопротивление.
Для грубых измерений сопротивления заземления и измерений больших сопротивлений зажимы 1 и 2 прибора соединяют перемычкой, и прибор подключают к измеряемому объекту по трехзажимной схеме (рисунок 4).
При точных измерениях снимают перемычку с зажимов 1 и 2, и прибор подключают к измеряемому объекту по четырехпроходной схеме (рисунок 5). Это
позволяет исключить погрешность, вносимую сопротивлением соединительных
проводов и контактов.
Rx
2 4
5D+20м Rз 20м RВ
D
Rx
20м
Rз
10м
RВ
2 4
а)
б)
Рисунок 4 – Подключение прибора по трехзажимной схеме к одиночному
(а) и контурному (б) заземлителю
Недостатки компенсационного метода:
- чувствительность прибора снижается с увеличением сопротивления зонда;
- блуждающие токи вносят погрешность в измерения.
129
Rx
2 4
5D+20м Rз 20м RВ
D
Rx
20м
Rз
10м
RВ
2 4
а)
б)
Рисунок 5 – Подключение прибора по четырехзажимной схеме к одиночному (а) и контурному (б) заземлителю
Измерение удельного сопротивления грунта
При проектировании заземляющих устройств исходной величиной во всех
расчетных формулах является удельное сопротивление грунта ρ, Ом∙м, под которым понимается сопротивление между противоположными гранями куба грунта с
ребрами в 1м, если контакт с подводящими ток проводами выполнен по всей
плоскости грани.
Оно может быть определено опытным путем с помощью измерителя сопротивления заземления.
Различают следующие два метода измерения:
- метод пробного электрода;
- метод Веннера.
Метод пробного электрода
Измерение удельного сопротивления грунта производят аналогично измерению сопротивления заземления.
Метод состоит в том, что на месте измерения забивают в землю вертикальный стержень с известным диаметром d, и длиной подземной части l, равной
длине вертикальных элементов будущего или проверяемого существующего заземлителя.
Затем забивают еще два вспомогательных электрода, расположенных от
вертикального стержня на расстояниях, указанных на рисунках 4; 5 и измеряют
сопротивление заземления компенсационным методом.
130
Удельное сопротивление грунта на глубине забивки стержня подсчитывается по формуле:
ρИЗМ =
2 ,73R ИЗМ  l
, (Ом∙м).
4l / d
Метод Веннера
Сущность метода состоит в том, что на испытуемом участке земли по прямой линии забивают четыре коротких измерительных электрода через одинаковые расстояния “a” на глубину h = a/20.
Прибор М-416 подключат к электродам согласно схеме, изображенной на
рисунке 6.
2 4
а / 20
а
а
а
Рисунок 6 – Схема измерения удельного сопротивления грунта по четырехпроводной схеме
Удельное сопротивление грунта определяют по формуле:
ρИЗМ = 2πRИЗМ∙а,
где RИЗМ – показания измерителя заземления.
При этом способе измеряется среднее удельное сопротивление грунта на
глубине, равной расстоянию между забитыми электродами “a”.
Проверка цепи фаза–нуль и цепи между
заземлителями и заземленными элементами
Нормальная работа электроустановки зависит не только от качества и состояния электрооборудования, но и от электрических соединений, связывающих
электрооборудование данной электроустановки в единую систему, правильного
выбора и настройки аппаратуры защиты. Аппараты защиты по своей отключаю-
131
щей способности должны соответствовать токам короткого замыкания защищаемого участка сети. При этом защита обеспечивает отключение аварийного участка
при коротких замыканиях: однофазное и многофазное – в сетях с глухозаземленной нейтралью.
Важным элементом защиты являются заземляющие устройства, которые
подвергаются приемосдаточным испытаниям и периодически проверяются в процессе эксплуатации в следующем объеме:
1. Проверка элементов заземляющего устройства.
2. Проверка пробивных предохранителей в установках напряжением до
1000В.
3. Проверка цепи “фаза-нуль” в установках напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью.
4. Измерение сопротивления заземляющих устройств.
5. Проверка цепи между заземлителями и заземленными элементами.
Проверка цепи фаза-нуль
Целью проверки является определение тока короткого замыкания между
фазами и заземляющими проводниками. Этот ток должен иметь определенную
кратность по отношению к номинальному току плавкой вставки или расцепителя
автоматического выключателя защищаемого присоединения.
Сопротивление цепи фаза-нуль состоит из сопротивлений фазы трансформатора, фазного провода и нулевого провода.
Значение тока однофазного короткого замыкания определяется по формуле:
IK =
ZП
UФ
,
 ZТ / 3
где UФ – фазное номинальное напряжение;
ZП – сопротивление фазного и нулевого провода (полное);
ZT – сопротивление фазы трансформатора.
(1)
132
Сопротивление фазного провода определяется с учетом длины и удельного
сопротивления. Сопротивление нулевого провода может быть вдвое больше чем
фазного. Сопротивления фазы трансформатора приведены в таблице 1.
Наименьшая допустимая кратность тока однофазного короткого замыкания
относительно номинальных уставок защитных устройств приведена в таблице 2.
Таблица 1 - Сопротивления фазы трансформатора
Мощность трансформатора,
кВ·А
Полное сопротивление,
ZT·10-3, Ом
25
400
1000
3110
195
81
Таблица 2 - Наименьшая допустимая кратность тока однофазного короткого
замыкания относительно номинальных уставок защитных устройств
Кратность тока в помещении
Вид защиты
невзрывоопасном взрывоопасном
Плавкий предохранитель
3
4
Автомат с обратнозависимой от тока ха3
6
рактеристикой
Автомат с электромагнитным расцепителем с известным коэффициентом разброса
1,1 КР
1,1 КР
уставки КР
Тоже с неизвестным КР при IН уставки:
- до 100А
1,4
1,4
- более 100А
1,25
1,25
Имея вышеприведенные данные, определяют IК для заданной цепи и выбирают соответствующую защиту.
Согласно ПУЭ после монтажа электроустановки перед приемкой ее в эксплуатацию, а также после капитальных ремонтов проводки или электроприемников, но не реже, чем один раз в 5 лет, полагается измерять сопротивление цепи
фаза-нуль с целью экспериментальной проверки соблюдения условий таблицы 2.
Основными методами проверки цепи фаза-нуль являются:
- непосредственное измерение тока однофазного замыкания с применением специальных приборов (ИПЗ-Т);
133
- измерение полного сопротивления цепи с последующим вычислением
тока однофазного короткого замыкания (метод амперметра–вольтметра,
измерение прибором типа М–417).
Метод амперметра-вольтметра
Измерение производится по схеме представленной на рисунке 7.
Трансформатор Т1 подключается к ближайшему питающему трансформатору проводникам. Для создания цепи фазный провод присоединяется к корпусу
оборудования. Ток в измеряемой цепи должен быть не менее 10А. Полное сопротивление цепи фаза-нуль ZП определяется по формуле:
ZП = U/I.
Ток однофазного замыкания определяется по следующей формуле 1.
ТV1
QF1
N
~
FU1
R1
QF2
ТV2
pV
рА
М
Рисунок 7 – Схема измерения сопротивления цепи “фаза-нуль” методом амперметра-вольтметра
Измерение прибором М-417
Прибор М –417 предназначен для измерения сопротивления цепи фаза-нуль
в сетях переменного тока напряжением 380В.
134
Работа прибора основана на изменении падения напряжения на встроенном
в прибор нагрузочном сопротивлении, включаемом при измерении в контролируемую цепь. Это падение напряжения зависит от сопротивления цепи фаза-нуль,
что позволяет проградуировать шкалу измерительного прибора в Омах. Диапазон
измерения прибора 0,1…2Ом.
Метод измерения тока однофазного короткого замыкания
Непосредственное измерение тока однофазного короткого замыкания может
производиться прибором типа ИПЗ–Т. В основу работы прибора положено измерение тока однофазного короткого замыкания, осуществляемое через шунт, имеющий активное сопротивление 0,00373Ом. Коммутирующим элементом прибора
служит тиристор с фазовым управлением. Длительность протекания тока короткого замыкания не превышает 0,014с, что обеспечивает безопасность обслуживающего персонала в случае прикосновения к корпусам электроустановки.
Проверка цепи между заземлителями и заземленными элементами
Проводка, соединяющая оборудование и аппаратуру с заземляющим
устройством, не должна иметь обрывов и неудовлетворительных контактов. Сопротивление проводки не нормируется и составляет 0,05…0,1Ом.
Заземляющий проводник из меди должен иметь сечение 4,0мм2, из алюминия – 6,0мм2 . Сопротивление цепи между заземлителями и заземленными элементами измеряют приборами типа МС-08, М-416, М-371, М-372 или методом амперметра-вольтметра.
Расчет тока однофазного короткого замыкания
Ток однофазного короткого замыкания определяется по формуле:
IK =
ZП
UФ
,
 ZТ / 3
Для условий сельского хозяйства UФ = 220В. ZТ определяют из заранее составленных таблиц, выдержка из которых дана в таблице 1. Если линия электропитания состоит из различных участков, то для определения сопротивления петли
фаза-нуль необходимо использовать формулу:
135
n
ZП =  l i R 2 у .ф .нi  X 2 у .ф.нi
i 1
где li – длина участка линии, м;
RУ.Ф.Нi – удельное активное сопротивление цепи фаза-нуль, Ом/км;
ХУ.Ф.Нi - удельное индуктивное сопротивление цепи фаза-нуль, Ом/км;
Цепь фаза-нуль состоит из фазного и нулевого провода, следовательно:
RУ.Ф.Н. = RУ.Ф. + RУ.Н.
ХУ.Ф.Н. = ХУ.Ф. + ХУ.Н.
ХУ.Ф.Н. принимается равным 0,6Ом/км для воздушных линий, 0,5Ом/км для проводки на роликах, 0,15Ом/км - для проводки в трубах, 0 - для кабелей.
Удельное сопротивление определяется по таблицам в зависимости от типа
проводов. Для упрощения расчета принимается, что RУ.Ф. = RУ.Н.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
- Прибор М-416;
- прибор М-417;
- прибор М-371;
- заземлители металлические;
- провода соединительные;
- кувалда;
- заземляющее устройство трансформаторной подстанции;
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить назначение защитного заземления, освоить методы измерения
сопротивления заземлителей и удельного сопротивления грунта.
2. Произвести измерение сопротивления заземлителя компенсационным методом.
3. Произвести измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера.
4. Рассчитать искусственное защитное заземление.
136
5. Изучить методы измерения сопротивления петли “фаза-нуль” и заземляющей проводки.
6. Исследовать состояние заземляющей проводки электроустановок.
7. Определить токи короткого замыкания между фазой и заземляющим проводником. Выбрать защитную аппаратуру для электроустановок.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Подготовить прибор М-416 к работе, для чего установить переключатель
диапазонов измерения в положение “КОНТРОЛЬ 5Ω”, нажать кнопку, и вращением ручки “РЕОХОРД” добиться установления стрелки индикатора на нулевую
отметку. На шкале реохорда при этом должно быть показание “5 ± 0,3”Ом.
2. Произвести измерение сопротивления заземляющего устройства, указанного преподавателем, компенсационным методом, для чего подключить прибор к
заземлению по одной из схем (рисунок 4; 5), в зависимости от величины измеряемых сопротивлений и требуемой точности измерений.
Независимо от выбранной схемы измерение проводится в следующем порядке:
а) переключатель диапазонов измерения установить в положение “х1”;
б) нажать кнопку и, вращая ручку “РЕОХОРД”, добиться максимального
приближения стрелки индикатора к нулю;
в) результат измерения равен произведению показания шкалы реохорда на
множитель.
Если измеряемое сопротивление оказалось больше 10Ом, переключатель
установить в положение “х5”, “х20”, или “х100” и повторить операцию б.
3. Произвести измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера
в месте, указанном преподавателем. Расстояние между электродами (а = 500см.).
4. Рассчитать защитное заземление трансформаторной подстанции для IV
климатической зоны согласно следующим исходным данным:
137
Таблица 1 – Данные для расчета защитного заземления ТП
№ бригады
Напряжение
электроустановки, В
1
660/380
2
380/220
3
220/127
Тип заземлителя, его
размеры
Расстояние
между электродами, м
t 0, м
4
0,5
3
0,7
6
0,8
В ряд, трубчатый
d = 60мм, l = 2м
В ряд, уголок
50х50х5мм, l = 3м
В ряд, уголок
75х75х8мм, l = 2м
Рекомендации по технике проведения измерений
сопротивления цепи фаза-нуль
1. С помощью прибора М –417 произвести измерение сопротивления цепи
фаза-нуль для указанной преподавателем электроустановки. Перед измерением
ручку “Калибровка” поставить в крайнее против часовой стрелки положение.
Один из зажимов прибора присоединяют к зануленной части электроустановки,
второй к одной из фаз сети на распределительном щите. На время этого присоединения напряжение с соответствующей части щита или проводки снимается.
После подачи напряжения загорается сигнальная лампа Z ≠ ∞. Если лампа не загорелась, это означает, что в цепи зануления данного электроприемника обрыв.
При загорании сигнальной лампы нажать кнопку “Проверка калибровки” и при
помощи ручки “Калибровка” установить стрелку прибора на нуль шкалы. Отпустить кнопку “Калибровка” и нажать кнопку “Измерение”. Произвести отсчет.
Внимание! Кнопка “Измерение” должна быть нажата не более 4…7 секунд.
Повторное измерение можно произвести не ранее чем через 1 час. Если при измерении загорается вторая сигнальная лампа Z > 2Ом, кнопку “Измерение” отжать. Это означает, что сопротивление цепи фаза-нуль больше 2Ом и не соответствует нормам, а на зануленной части электроустановки может оказаться напряжение свыше 36В.
Результат измерения ZП + ZT/3 подставить в формулу:
I K( 1 ) 
kU Ф
.
Z П  ZT / 3
138
к = 0,85 - коэффициент, учитывающий погрешность измерений.
2. С помощью прибора М –371 измерить сопротивление между заземлителями и заземленными элементами указанной преподавателем электроустановки.
Нажать кнопку “вкл. бат.”, ручкой “установка ” установить стрелку
прибора на отметку “”. Присоединить к зажимам “-” и “х1” калиброванные
проводники общим сопротивлением 0,035Ом. Замкнуть эти проводники и механическим корректором установить стрелку на “0”. Разомкнуть проводники и ручкой “установка ” установить стрелку на “”. Присоединить проводники к измеряемому сопротивлению RХ и произвести отсчет.
3. Рассчитать ток однофазного короткого замыкания и выбрать защиту в соответствии с таблицей 2, согласно следующих исходных данных:
- воздушная линия состоит из двух участков l1 и l2;
- на участке l1 применены провода 4хА35, на участке l2 - 4хА25;
- удельные сопротивления проводов: А35 – 0,91Ом/км, А25 – 1,27Ом/км;
- длины участков l1 и l2 приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Данные для расчета тока однофазного короткого замыкания и
выбора защит
№ бригады
длина участка линии l1, м
длина участка линии l2, м
1
200
150
2
250
100
3
120
210
Расчет искусственного заземления методом
коэффициентов использования
1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое нормируемое сопротивление заземляющего устройства RЗН.
2. Измеряется удельное сопротивление грунта ρ. Если измерение невозможно, определяют значение ρ из таблицы 1.
139
Сопротивление заземления
RЗ = RЗН при ρ ≤ 100Ом∙м;
RЗ =

RЗН при ρ > 100Ом∙м.
100
При производстве расчетов значение ρ умножить на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземления (Ставропольский край
входит в IV климатическую зону таблица 2 приложения А).
Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей
(вертикальных заземлителей) ρРАСЧ.В. = К'С·ρ; для протяженного заземлителя (горизонтальных полос) ρРАСЧ.Г. = К'С·ρ.
3. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя - стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле
l
t`
t0
(рисунок 8):
d
Рисунок 8 Расположение вертикального заземлителя в земле
RВ =
0 ,366  РАСЧ .В .
2l 1 4t' l
(lg  lg
),
l
d 2 4t' l
при этом l>>d, t0 > 0,5м;
для уголка с шириной полки b получают d = 0,95b.
Примечание: Все размеры даны в метрах, а удельное сопротивление грунта
в омах, умноженных на метр (Ом∙м).
Сопротивление, Ом, растекания вертикального заземлителя можно определить по упрощенным формулам:
140
для уголка 50х50х5 мм
RВ = 0,348
ρРАСЧ.В.∙КС;
для уголка 60х60х6мм
RВ = 0,298
ρРАСЧ.В.∙КС;
для уголка 70х70х8мм
RВ = 0,292
ρРАСЧ.В.∙КС;
для трубы диаметром 60мм l = 2…2,5м
RВ = 0,302
ρРАСЧ.В.∙КС.
4.Установив характер расположения заземлителей (в ряд или контуру),
определяют число вертикальных заземлителей:
nB = RB/(ηBRЗ),
где
ηB
- коэффициент использования вертикальных заземлителей, завися-
щий от количества заземлителей и расстояния между ними (таблицы 3;4).
Количество вертикальных заземлителей для определения
nB можно принять
равным RB/RЗ.
5. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчет на этом можно закончить и не определять проводимость соединяющей полосы, поскольку длина ее относительно невелика (в этом случае
фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено).
При устройстве заземлителей по контуру из ряда вертикальных заземлителей целесообразно учитывать и сопротивление растеканию полос (горизонтальный заземлитель). Для этого на площади установки заземления намечают, как будут размещены вертикальные заземлители
nB, и
определяют длину, м, соедини-
тельной полосы:
lг = 1,05 nBа,
где а - расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным a/l = 1; 2; 3),.
6. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для стержневого круглого сечения (рисунок 9):
141
t`
d
l
Рисунок 9 - Расположение горизонтального заземлителя в земле
RГ =
0 ,366  РАСЧ .Г .
l2
.
lg
l
d  t'
Здесь l>d, l >> 4t’.
Для полосы шириной b получают d = 0,5 b
Действительное сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования: R’Г = RГ/
где
ηГ,
ηГ – коэффициент использования горизонтального заземлителя опреде-
ляется по таблицам 5, 6.
7. Уточняется сопротивление, Ом, растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя
R’В = R’ГRЗ/(R’Г – RЗ).
8. Определяют уточненное количество вертикальных заземлителей. Здесь
n’В округляется в сторону увеличения n’В = RВ/(ηBR’B).
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Способы и схемы измерения сопротивления заземлителя и удельного сопротивления грунта различными методами.
2. Заполненный протокол испытания заземляющего устройства (Приложение Б).
3. Результаты измерения удельного сопротивления грунта и расчета заземляющего устройства трансформаторной подстанции.
4. Способы и схемы измерения сопротивления цепи фаза-нуль.
5. Результаты измерения сопротивления цепи “фаза-нуль” и расчет токов
короткого замыкания между фазой и заземляющим проводником.
142
6. Выбор защитной аппаратуры для электроустановок.
7. Выводы о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Определение, назначение и принцип действия защитного заземления.
2. Материалы и конструкции, используемые для защитного заземления.
3. Нормируемые значения сопротивления и периодичность измерения сопротивления заземляющих устройств.
4. Методы измерения сопротивления заземляющих устройств.
5. Методы измерения удельного сопротивления грунта.
6. Назначение проверки сопротивления цепи фаза-нуль.
7. Методы проверки сопротивления цепи фаза-нуль.
8. Расчет тока короткого замыкания и выбор защитной аппаратуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хорольский В.Я. Эксплуатация электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. – Ставрополь, 1996. – 320с., 58 ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).
2. Пястолов А.А. и др. Практикум по монтажу, эксплуатации и ремонту
электрооборудования. - М.: Колос, 1976.
3. Пястолов А.А., Ерошенко Г.П. Эксплуатация электрооборудования. – М.:
ВО Агропромиздат, 1990.
143
Приложение А
Таблица 1 – Удельное сопротивление грунтов и воды, ρ
Наименование
грунта
Графит
Магнезит
Сульфиды
Уголь антрацит
Вода морская
подземная
Песок с соленой
водой
Песчаник рыхлый
Глина
Доломит
Вода речная
Известняк рыхлый,
ракушечник
Мергель
Уголь бурый
Уголь каменный
Песчаник плотный
Сланец глинистый
Известняк плотный
Вода дождевая
Гнейс
Базальт
Габбро
Гранит
Диабаз
Каменная соль
ρ, Ом .м
-6
10
-5
10
10
-4
-3
10
10-2 10-1
100 101 102 103 104 105 106
144
Таблица 2 – Признаки климатических зон и значения коэффициента kC
Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов. Климатические признаки зон:
Средняя многолетняя низшая температура (январь)
Средняя многолетняя высшая температура (июль)
Среднегодовое количество
осадков, мм
Продолжительность замерзания
вод, дней
Значение коэффициента kC при применении стержневых электродов
длиной 2 – 3м и глубине заложения
их вершин 0,5…0,8м
Значение коэффициента k’C при
применении протяженных электродов длиной 2 – 3м и глубине заложения их вершин 0,8м
Значение коэффициента kC при
длине стержней 5м и глубине заложения их вершин 0,7…0,8м
Климатические зоны
I
II
III
IV
от –20
до –150С
от +16
до +180С
от –14
до –100С
от +18
до +220С
от –10
до 00С
от +22
до +240С
от 0
до +50С
от +24
до +260С
~400
~500
~500
~300…500
190 - 170
150
100
0
1,8…2
1,5…1,8
1,4…1,6
1,2…1,4
4,5…7
3,5…4,5
2,0…2,5
1,5…2,0
1,35
1,25
1,15
1,1
Таблица 3 – Коэффициенты использования ηB вертикальных электродов из
труб, уголков или стержней, размещенных в ряд без учета влияния полосы связи
Отношение расстояния между электродами к их длине a/l
1
2
3
Число электродов nB
ηB
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
0,84…0,87
0,76…0,80
0,67…0,72
0,56…0,62
0,51…0,56
0,47…0,50
0,90…0,92
0,85…0,88
0,79…0,83
0,72…0,77
0,66…0,73
0,65…0,70
0,93…0,95
0,90…0,92
0,85…0,88
0,79…0,83
0,76…0,80
0,74…0,79
145
Таблица 4 – Коэффициенты использования ηB вертикальных электродов из
труб, уголков или стержней, размещенных по контуру без учета влияния
полосы связи
Отношение расстояния между электродами к
их длине a/l
Число электродов nB
1
4
6
10
15
20
ηB
0,84…0,87
0,76…0,80
0,67…0,72
0,56…0,62
0,51…0,56
0,47…0,50
0,90…0,92
0,85…0,88
0,79…0,83
0,72…0,77
0,66…0,73
0,65…0,70
0,93…0,95
0,90…0,92
0,85…0,88
0,79…0,83
0,76…0,80
0,74…0,79
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
2
3
Таблица 5 – Коэффициенты использования
ηГ горизонтального полосового
электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных
электродов в ряд
Отношение расстояния между электродами к длине, а/l
1
2
3
4
0,77
0,89
0,92
ηГ при числе электродов в ряду
5
8
10
20
30
50
0,74 0,67 0,62 0,42 0,31 0,21
0,86 0,79 0,75 0,56 0,46 0,36
0,90 0,85 0,82 0,68 0,58 0,49
Таблица 6 – Коэффициенты использования
65
0,20
0,34
0,47
ηГ горизонтального полосового
электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных
электродов в ряд
Отношение расстояния между электродами к длине, а/l
1
2
3
ηГ при числе электродов в контуре заземления
4
5
8
10
20
30
50
70
100
0,45
0,55
0,65
0,40
0,48
0,64
0,36
0,43
0,60
0,34
0,40
0,56
0,27
0,32
0,45
0,24
0,30
0,41
0,21
0,28
0,37
0,20
0,26
0,35
0,19
0,24
0,33
146
Приложение Б
ПРОТОКОЛ
испытания заземляющего устройства
(объект)
1. Характеристика электроустановки (заземляемого объекта)
Номинальное напряжение РУ кВ__________________________________________
2. Проверка состояния элементов заземляющих устройств
Осмотром мест подключения подлежащего заземлению электрооборудования,
элементов наружной сети заземляющего устройства установлено, что___________
______________________________________________________________________
3. Измерение сопротивления заземляющего устройства
Сопротивление измерялось методом _____________________________________
_____________________________________________________________ прибором
______________________________________________________________________
Схема контура заземления, места подключения измерительных приборов при
измерении и размещение вспомогательных электродов (указать размеры контура,
расстояние А до токового электрода и до потенциальных электродов)
Примечание: _________________________________________________________
Заключение: _________________________________________________________
Испытание произвел: _________________________________________________
(подпись, фамилия, дата)
147
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СЕТЯХ
ОДНОФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Цель работы: исследовать эксплуатационные характеристики асинхронных
электродвигателей при питании от однофазной сети.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Однофазные асинхронные двигатели
Однофазные асинхронные двигатели широко применяются в системах автоматики, в бытовой технике (холодильники, вентиляторы, стиральные машины и
т.п.). Однофазный двигатель состоит из статора и короткозамкнутого ротора (рисунок 1,а). На статоре двигателя находится однофазная обмотка, которая служит
для создания пульсирующего магнитного поля, которое характеризуется потоком
Ф.
Фmax
~
Ф
Фпр=Фобр
С1
nпр
Фпр Фобр
nпр
nобр
nобр
Ф=0
Фпр
Фобр
nпр
nобр
С4
а)
nпр
nобр
Фпр
б)
nобр
Фобр
-Ф
nпр
Фпр=Фобр
-Фmax
Рисунок 1 – Схема однофазного асинхронного двигателя (а) и разложение
его магнитного потока на два вращающихся (б)
Это поле можно разложить на два круговых поля с магнитными потоками
Фпр и Фобр, вращающихся в разные стороны с одинаковой частотой n (рисунок
148
1,б). Если ротор двигателя неподвижен, то эти поля создают два равных и противоположно направленных вращающих момента Мпр и Мобр, которые взаимно
уравновешиваются, так что результирующий момент на роторе равен нулю. Чтобы привести ротор однофазного двигателя во вращение, необходимо создать
начальный пусковой момент, а для этого нужно, чтобы в период пуска двигателя
магнитное поле статора было не пульсирующим, а вращающимся.
~U
iB
iA
SR
I
IА
А IB
ФЭ
В
0
t0
t1
t3
t2
t4
t
а)
А
А
В
В
В
А
В
0
А
В
0
В
В
0
0
А
В
В
0
В
б)
Рисунок 2 – Однофазный асинхронный двигатель с пусковой обмоткой:
а) – схема двигателя; б) – получение вращающегося магнитного поля.
Для получения вращающегося магнитного поля на статоре двигателя помимо основной, рабочей обмотки А располагают вспомогательную, пусковую обмотку В, ось которой обычно смещена относительно оси рабочей обмотки на 90º
(рисунок 2,а). Кроме того, токи в этих обмотках IA и IB должны быть сдвинуты относительно друг друга по фазе. Обе обмотки включают в одну сеть, и для получения необходимого сдвига токов по фазе в цепь пусковой обмотки последовательно с ней вводится фазосмещающий элемент ФЭ. В качестве ФЭ используются сопротивление, индуктивность или емкость. После разгона двигателя пусковую обмотку В отключают. Таким образом, на время пуска однофазный двигатель становится двухфазным, а магнитное поле, создаваемое обмотками его статора, - вращающимся (рисунок 2,б).
149
М/Мном
U1
U1
IB
IA
IA
ФЭ - С
U1
IB
B
B
IA
IB
ФЭ - R
A
=
A
-
0
B
A
B
A
90
а)
=
B
-
б)
0
B
90
=
B+
B
ФЭ - отсутствует
в)
0
Отключение пусковой
обмотки
0,5
г)
1S
Рисунок 3 – Векторные диаграммы (а – в) и механические характеристики
асинхронного двигателя с пусковой обмоткой при различных фазосдвигающих элементах (г), включенных в нее
Из приведенных диаграмм на рисунке 3 видно, что активное сопротивление
и индуктивность не обеспечивают фазового сдвига Ψ между токами в обмотках
статора IA и IB, равного 90º; лишь емкость С, применяемая в качестве ФЭ, обеспечивает Ψ=90º. Эта емкость выбирается такой, чтобы ток пусковой обмотки IB при
s=1 (в момент пуска) опережал по фазе напряжение U1 на угол φВ. В сумме с углом φА (угол сдвига по фазе между током IA и напряжением UA) это дает угол 90º,
т.е. Ψ=φА+φВ=90º.
Если при этом обе обмотки создают одинаковые МДС, то будет создано
круговое вращающееся магнитное поле и пусковой момент двигателя будет значительным Мп/Мном=1,6…2,0. Таким образом, конденсатор является наилучшим
ФЭ, так как обеспечивает однофазному двигателю хорошие пусковые свойства.
В качестве ФЭ часто используется эквивалент активного сопротивления R,
который получается повышением активного сопротивления пусковой обмотки за
счет изготовления ее из провода меньшего сечения. Это вполне безопасно, так как
пусковая обмотка находится включенной непродолжительное время (только на
время пуска двигателя). Кроме того, часть пусковой обмотки наматывают бифилярно, чем снижают ее индуктивность. В итоге пусковая обмотка отличается от
рабочей большим активным сопротивлением и меньшей индуктивностью, и хотя
150
угол сдвига фаз между токами IA и IB будет все же меньше 90º, пусковые свойства
этих двигателей вполне удовлетворительные:
Мп/Мном=1,0…1,5; Iп/Iном=5…9.
Такие двигатели широко используются там, где не требуется больших пусковых моментов.
Асинхронные конденсаторные двигатели
Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две однофазные
обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в пространстве относительно друг друга на электрический угол 90º. Ротор конденсаторного двигателя
выполняется короткозамкнутым.
U1 UA
U1=UA
U1=UA
~U1
~U1
~U1
Сраб
Сраб
Сраб
В
IB
IA
RP
В
IB
А
IA
М
Мном
3
Rдоб
В
IB
2
1
2
IA
А
Мп
Мном
1
А
1
0,5
а)
б)
в)
г)
Рисунок 4 – Асинхронный конденсаторный двигатель: а) - в) – схемы включения в сеть (а – с Сраб; б – с Сраб и RP; в – с Сраб и Rдоб); г) – механические
характеристики
В этом двигателе одна из обмоток статора называется главной А, включается непосредственно в однофазную сеть, а другая – вспомогательная В, включается
в эту же сеть через конденсатор Сраб, который создает сдвиг фаз между токами IA
и IB (рисунок 4).В отличие от рассмотренного ранее однофазного двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмотка после пуска двигателя не отключается, а остается включенной в течение всего времени работы двигателя. Таким образом, магнитное поле конденсаторного двигателя с момента включения и
до конца будет вращающимся, близким к круговому. Поэтому конденсаторные
асинхронные двигатели по своим свойствам близки к трехфазным асинхронным
двигателям.
151
При пуске двигателя (в отличие от номинального режима) магнитное поле
значительно отличается от кругового, что приводит к ухудшению пусковых
свойств и кратность пускового момента в этом случае весьма мала: Мп/Мном=0,5.
По этой причине такие двигатели применяются лишь в устройствах, где не требуется больших пусковых моментов.
Пусковой момент конденсаторного двигателя может быть значительно повышен, если на время разгона параллельно рабочему конденсатору Сраб включить
пусковой конденсатор, который должен отключаться при достижении ротором
частоты вращения 60-70% от синхронной частоты. При этом вращающееся поле
двигателя приближается к круговому, а магнитный поток увеличивается, что и
способствует повышению пускового момента.
Ограничивают применение конденсаторных двигателей с пусковой емкостью значительные габариты пусковых конденсаторов.
Вывод от общей точки обмоток маркируют черным цветом, вывод рабочей
обмотки – красным, вывод вспомогательной (пусковой) обмотки – белым или синим цветом.
Конденсаторный двигатель, как асинхронный короткозамкнутый, очень
прост по устройству и надежен в работе. Ценным свойством этого двигателя является высокий коэффициент мощности, который практически может быть принят равным единице. Следовательно, двигатель потребляет из сети ток, пропорциональный только активной мощности, так как источником реактивной мощности для него является конденсатор. Также к достоинствам двигателей с пусковой
обмоткой относятся возможность реверсирования путем переключения концов
этой обмотки и относительно хорошие пусковые характеристики.
Отличительные особенности однофазных двигателей:
однофазный двигатель не имеет пускового момента; он вращается в ту сторону, в которую приводится внешней силой;
частота вращения однофазного двигателя при холостом ходе меньше, чем у
трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента, образуемого обратным полем;
152
рабочие характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного; он
имеет повышенное скольжение при номинальной нагрузке, меньший КПД, меньшую перегрузочную способность, что также объясняется наличием обратного поля.
Использование трехфазного асинхронного
двигателя для работы в однофазной сети
В случае отсутствия трехфазной сети переменного тока и однофазного двигателя могут быть использованы трехфазные асинхронные двигатели для работы в
этих условиях. На рисунке 5 представлены наиболее распространенные схемы
включения трехфазных двигателей в однофазную сеть. В схемах а - в этого рисунка две фазные обмотки статора соединены последовательно и в таком виде их
используют в качестве главной обмотки А, а третью фазную обмотку статора используют в качестве вспомогательной (пусковой) обмотки В. Она используется,
как и в описанном выше однофазном двигателе, для разгона двигателя, при этом
последовательно с ней включается пусковое сопротивление Rп или пусковой конденсатор Сп. При скорости ротора, близкой к синхронной, обмотку В отключают
вручную или автоматически. Двигатели, включаемые по данным схемам, дают
50% мощности по сравнению с трехфазным режимом; наибольший пусковой момент обеспечивают схемы с пусковыми конденсаторами.
Рабочие характеристики двигателя значительно улучшаются в случае использования асинхронного трехфазного двигателя в качестве конденсаторного,
при этом его включают по одной из схем, приведенных на рисунке 5, г, д. При
правильно выбранном значении Сраб трехфазный асинхронный двигатель, работающий от однофазной сети, по своим рабочим характеристикам лишь незначительно уступает двигателям, включаемым в трехфазную сеть. Значение рабочей
емкости, конденсатора Сраб, мкФ (для промышленной частоты fс=50 Гц), можно
ориентировочно определить по формуле:
Сраб ≈ 2700I1ном/U1ном.
(1)
153
SR
~U
Rп
Cп
~U
~U
C2
В
SR
C2
В
А
А
C3
C1
C1
C2
В
А
C3
C1
C3
в)
~U Cп
~U Сраб
SR
Сраб
C2
C2
В
А
В
А
C3
C1
SR
б)
а)
Cп
C3
C1
г)
д)
Рисунок 5 – Основные схемы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть
Рисунок 6 – Схемы включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с
использованием конденсаторов
154
Полная симметрия токов и напряжений в конденсаторном двигателе не достигается. Тем не менее, любой схеме включения соответствует одна вполне
определенная величина емкости, при которой токи в обмотках нагруженного двигателя несущественно отличаются от номинальных. Рабочая емкость пропорциональна мощности двигателя (номинальному току) и обратно пропорциональна
напряжению. Применительно к рассмотренным схемам включения трехфазного
двигателя в однофазную сеть с частотой 50 Гц (рисунок 6) она может быть подсчитана по соотношениям:
для схемы а)
Ср≈2800Iн/U;
для схемы б)
Ср≈4800 Iн/U;
для схемы в)
Ср≈1600 Iн/U;
для схемы г)
Ср≈2740 Iн/U,
(2)
где: Ср – рабочая емкость для номинальной нагрузки, мкФ;
Iн – номинальный ток, А;
U – напряжение сети, В.
Если пуск двигателя осуществляется с небольшой нагрузкой на валу, то достаточно рабочего конденсатора. Если же двигатель пускается в ход со значительной нагрузкой на валу, то необходим пусковой конденсатор, емкость которого выбирается из соотношения Сп=(2,5…3)Сраб. В этом случае пусковой момент
двигателя становится близким к номинальному значению. При необходимости
дальнейшего увеличения пускового момента емкость пускового конденсатора Сп
следует увеличить до (6…8)Сраб. В случае использования трехфазного двигателя в
качестве конденсаторного его полезная мощность составляет 70…80% номинальной мощности.
Отключаемые конденсаторы работают непродолжительное время, всего несколько секунд за весь период включения. Это позволяет использовать для пуска
электродвигателей не только бумажно-маслянные конденсаторы типа МБГО,
МБГП, КБГ, МБГЧ, но и наиболее дешевые электролитические конденсаторы типа ЭП (электролитические пусковые), специально предназначенные для этой цели.
155
При подборе емкости, значение тока в обмотке статора при установившемся
режиме работы с требуемой нагрузкой на валу, не должно превышать номинального значения, указанного в паспорте двигателя.
При использовании резисторов в качестве ФЭ для двигателей мощностью
до 7,5кВт применяют схемы включения, приведенные на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть с использованием резисторов
Величину сопротивления резистора (R, Ом) для двигателей мощностью до
7,5 кВт определяют по таблице 1, для других – по формуле:
R=(аηнcosн)/(КпРн),
(3)
где: а – коэффициент, зависящий от характеристик двигателя (а=0,4…1,3);
ηн – номинальный КПД, %;
cosн – номинальный коэффициент мощности двигателя;
Кп – кратность пускового тока;
Рн – номинальная мощность, кВт.
Таблица 1 - Пусковое сопротивление резисторов для электродвигателей
напряжением 380/220 В
Мощность электродвигателя, кВт
Пусковое сопротивление по схеме
рис.6, а
Мощность электродвигателя, кВт
Пусковое сопротивление по схеме
рис.6, б
0,6
1,1
1,5
2,2…3,0
4,5…7,5
25…30
20…25
10…15
5…10
3…5
0,6…1,1
1,5…2,2
3,0…4,5
5,5…7,5
7,5…10,0
8,0…15,0
3,0…6,0
1,5…3,0
1,0…2,0
1,0…2,0
156
Схемы с резисторами более выгодны в связи с простотой, дешевизной и
большей надежностью при эксплуатации. В качестве материала для изготовления
резисторов можно использовать провода из фехраля, нихрома, константана. Провод наматывается на цилиндры из фарфора, стеанита и других керамических материалов, а также из асбоцемента.
Рисунок 8 – Схема включения универсальных асинхронных двигателей
В автоматических устройствах применяют универсальные асинхронные
двигатели, которые могут работать как от трехфазной, так и от однофазной сети
(рис.8). Эти двигатели обычно выполняют как трехфазные, но рассчитывают их
таким образом, чтобы при определенной схеме включения обмоток и с использованием конденсатора можно было обеспечить достаточно хорошие характеристики при работе и от однофазной сети. При питании от однофазной сети такие двигатели имеют худшие рабочие и пусковые характеристики.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
- Стенд 70 – 7980 – 2203У3;
- Однофазный асинхронный электродвигатель мощностью 180 Вт;
- Трехфазные асинхронные электродвигатели мощностью 120 Вт и 180 Вт;
- Батарея конденсаторов емкостью 16 мкФ;
- Реостат лабораторный с максимальным сопротивлением 105 Ом;
- Прибор комбинированный Ц4353;
- Прибор комбинированный цифровой Щ4300;
- Набор проводников.
157
ПРОГРАММА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить конструкцию, основные характеристики и особенности однофазных асинхронных электродвигателей.
2. Ознакомиться с особенностями эксплуатации трехфазных асинхронных
электродвигателей при питании от однофазной сети.
3. Снять необходимые экспериментальные данные для определения активной мощности электродвигателей при питании от однофазной сети.
4. Рассчитать активную мощность электродвигателей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
С помощью прибора Щ4300 определить выводы рабочей и пусковой обмоток однофазного электродвигателя. Включить стенд и с помощью автотрансформатора установить по прибору ~100 – 380 V напряжение 150 В на клеммах ~0 –
380 V. Выключить стенд.
Собрать схему, изображенную на рисунке 9.
Рисунок 9 – Схема включения однофазного двигателя в сеть
Включить стенд и с помощью кнопки SB1 (нажать до упора и держать) запустить электродвигатель №1. Измерить ток рабочей обмотки (по прибору стенда
0…1 А) и ток пусковой обмотки прибором Ц4353. Отключить пусковую обмотку
158
(для этого нужно отпустить кнопку SB1) и измерить ток рабочей обмотки по прибору стенда 0…1 А. Отключить двигатель нажатием на кнопку SB2. Выключить
стенд. Данные замеров занести в таблицу 2.
Поменять местами рабочую и пусковую обмотки, т.е. выводы С1 и С2 и
произвести измерения по пункту 3. Данные занести в таблицу 2.
С помощью прибора Щ4300 установить сопротивление реостата лабораторного R=50 Ом. Включить стенд и с помощью автотрансформатора установить на
клеммах ~ 0 – 380 V напряжение 220 В. Выключить стенд.
Собрать схему, изображенную на рисунке 10 для электродвигателя №2
мощностью 180 Вт.
Рисунок 10 – Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть
Включить стенд и с помощью кнопки SB1 (нажать до упора и держать) запустить электродвигатель №2. При достижении ротором двигателя n≈60…70% от
nном кнопку SB1 отпустить. Замерить ток рабочей обмотки по прибору стенда
0…1 А. Выключить стенд. Данные замеров занести в таблицу 2.
Заменить реостат на конденсатор и повторить измерения по пункту 7. Данные занести в таблицу 2.
Провести испытания по пунктам 6…8 с электродвигателем №3 мощностью
120 Вт. Данные занести в таблицу 2.
159
По формуле 4, используя данные из таблицы 2, рассчитать мощности обмоток электродвигателей. Данные расчетов занести в таблицу 2.
Мощность двигателя определяется по формуле:
Р=UcIp,
(4)
где: Uc – напряжение, определяемое по прибору стенда (~ 100…380 V), В;
Ip – рабочий ток, определяемый по прибору стенда (0…1 А), А.
Таблица 2 – Опытные данные для расчета мощности электродвигателей
ЭД №1
После перемены
мест рабочей и
пусковой обмоток
Нормальное
подключение
Uс, В Iп, А
Р=
ЭД №2
Iр, А Uс, В
, Вт
Р=
Iп, А
Iр, А
, Вт
ЭД №3
С реостатом
С емкостью
С реостатом
С емкостью
Uс, В
Uс, В
Uс, В
Uс, В
Р=
Iр, А
, Вт
Iр, А
Р=
, Вт
Iр, А
Р=
, Вт
Р=
Iр, А
, Вт
Сделать выводы по результатам испытаний и расчетов.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Номер, название и цель лабораторной работы.
2. Теоретические положения по конструктивному исполнению и специфическим функциям однофазных и трехфазных электродвигателей при питании от
однофазной сети.
3. Схемы включения однофазного и трехфазного электродвигателей в сеть.
4. Заполненная таблица 2.
5. Расчет мощности электродвигателей.
6. Выводы о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение однофазных асинхронных электродвигателей.
2. Устройство и принцип действия однофазного асинхронного электродвигателя.
160
3. Устройство и принцип действия однофазного асинхронного конденсаторного электродвигателя.
4. Отличительные особенности однофазных асинхронных электродвигателей.
5. Способы использования трехфазных асинхронных электродвигателей в
однофазной сети.
6. Методы улучшения пусковых и рабочих характеристик электродвигателей при питании от однофазной сети.
7. Конденсаторы каких марок используются в схемах подключения электродвигателей в однофазную сеть.
ЛИТЕРАТУРА
1. Торопцев Н.Д. Трехфазный асинхронный двигатель в схеме однофазного
включения с конденсатором. – 3-е изд., доп. – М.: Энергия, 1979. – 80 с., ил. – (Б–
ка электромонтера. Вып. 487).
2. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств: Учебник для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 368
с., ил.
3. Михальчук А.Н. Спутник сельского электрика. Справочник. – М.: Росагропромиздат, 1989.
4. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. – М.: Высшая школа, 1990.
161
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11
НАЛАДКА АСИНХРОННОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСЛЕ МОНТАЖА
Цель работы: освоить методику приемосдаточных испытаний асинхронного
электродвигателя, вводимого в эксплуатацию после монтажа.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В процессе изготовления, пуска, ремонта и реконструкции электрические
машины подвергаются испытаниям для определения пригодности их к эксплуатации. Объемы, программы, нормы и методы этих испытаний приводятся в ГОСТ,
ПУЭ, ведомственных и междуведомственных руководящих, директивных и инструктивных материалах, заводских инструкциях и т.д. Методы испытаний асинхронных электродвигателей приведены в ГОСТ - 7217-79.
Вводимые в эксплуатацию асинхронные короткозамкнутые электродвигатели напряжением ниже 1000 В, мощностью до 300 кВт подвергаются приемосдаточным испытаниям по следующей программе:
- внешний осмотр;
- проверка схемы соединения обмоток;
- измерение сопротивления изоляции;
- пробный пуск электродвигателя;
- проверка работы электродвигателя на холостом ходу и под нагрузкой.
После окончания всех наладочных работ составляют протокол испытаний и
дают заключение о пригодности электродвигателя к эксплуатации.
Внешний осмотр
При внешнем осмотре проверяют:
- соответствие паспортных данных электродвигателя проекту и приводному
механизму;
- наличие всех деталей;
162
- отсутствие механических повреждений корпуса, выводной коробки,
устройств охлаждения;
- отсутствие повреждения подводящих проводов (изломов, нарушений изоляции и т.д.);
- отсутствие каких-либо ударов и заеданий вала при вращении его от руки;
- наличие заземляющей проводки от электродвигателя до места присоединения к общей сети заземления;
- правильность внутренних соединений обмоток (звезда или треугольник).
Проверка схемы соединения обмоток
Статоры большинства асинхронных электродвигателей имеют шесть выводов, соответствующих началам и концам фазных обмоток.
На выводах статорной обмотки электродвигателя обычно имеются бирки с
обозначением "начал" и "концов". Начало и конец фазы А обозначают соответственно С1 и С4, фазы В – С2 и С5, фазы С – С3 и С6. В зависимости от напряжения,
на которое рассчитывается электродвигатель, обмотки соединяют по двум основным схемам, получившим название "звезда" и "треугольник".
При отсутствии маркировки концов обмоток взаимную их согласованность
проверяют индуктивным методом на постоянном или переменном токе.
Эту работу выполняют в два этапа. На первом этапе с помощью мегомметра, тестера определяют выводы первой, второй и третьей фаз статорной обмотки,
а на втором этапе определяют начала и концы.
~
~
С1
С1
Ф1
Ф2
Ф1
С5 С4
PV
Ф2
С2
Фрез
С4
С5
PV
Фрез
С2
Рисунок 1 – Схема индуктивного метода проверки маркировки выводов на
переменном токе
163
Сущность индуктивного метода маркировки выводов на переменном токе
заключается в том, что две любые обмотки соединяют последовательно и подключают к сети. К выводам третьей обмотки подключают вольтметр. Если соединены одноименные выводы, т.е. конец 1-й и конец 2-й обмоток (рисунок 1а), то
результирующий поток Фрез не пересекает витки 3-й обмотки, и ЭДС в ней не индуктируется. Стрелка вольтметра, включенного в третью обмотку, при этом не
отклоняется. Если же соединены разноименные выводы обмотки, т.е. к концу 1-ой
обмотки (С4) подключено начало второй обмотки (С2), то результирующий поток
Фрез направлен по оси 3-й обмотки и пересекает витки, при этом в ней индуктируется ЭДС (рисунок 1б), стрелка вольтметра, при этом отклонится вправо.
Полярность выводов можно проверить и на постоянном токе. При этом возможны два варианта.
1. Маркировку выводов проверяют с помощью аккумулятора (или сухого
элемента) и вольтметра. Батарею включают импульсом на одну из фаз (рисунок
2а), к другим фазам поочередно присоединяют вольтметр. Пересоединяя выводы,
подбирают такое включение вольтметра, при котором в момент подачи напряжения от батареи стрелка прибора отклоняется вправо. В этом положении к "+" батареи и "-" вольтметра подключены начала фазных обмоток. Для контроля батарею следует перенести на другую фазу и повторить опыт.
PV
PV
Н
1
Н
2
а)
Н
3
К
К
Н
PV
Н
1
К
К
2
К
б)
Н
3
К
в)
Рисунок 2 – Схемы проверки маркировки выводов статора с помощью источника постоянного тока (Н и К – соответственно начала и концы обмоток
1, 2, 3)
164
2. Две фазы соединяют последовательно (попарно) между собой и импульсами включают на батарею. К третьей фазе присоединяют вольтметр. Если первые две фазы соединены одноименными зажимами (рисунок 26), вольтметр не реагирует на включение батареи импульсом. При соединении фаз разноименными
зажимами (рисунок 2в) в момент включения и отключения батареи стрелка вольтметра отклоняется.
Измерение сопротивления изоляции
Измерение сопротивления изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя напряжением до 1000В производится мегомметрами на напряжение
1000В типов М-4100, МС-0,5 или электронными мегомметрами типов Ф-2, Ф4101,
Ф4102.
При проведении пусконаладочных работ сопротивление изоляции обмоток
каждой фазы измеряется по отношению к заземленному корпусу и двум другим
фазам.
Согласно ПУЭ, сопротивление изоляции обмоток статора электродвигателей до 1000В должно быть не менее 0,5МОм при температуре 10...30 0С.
Перед началом измерения мегомметр проверяется замыканием зажимов З и
Л накоротко. Стрелка при этом должна установиться против деления шкалы "О",
после удаления закоротки стрелка прибора должна установиться против деления
"∞". Если эти требования не соблюдаются, прибором пользоваться нельзя.
Перед измерением объект заземляют на 2-3 минуты для снятия остаточных
зарядов, которые могут повлиять на показание приборов.
При измерении сопротивления изоляции обмоток асинхронного электродвигателя собираются схемы измерения согласно с рисунком 3.
По опыту наладки нового вводимого в эксплуатацию оборудования сопротивление изоляции электродвигателя, измеренное при температуре около 20 0С,
как правило, значительно превышает 0,5МОм и находится в пределах от 5 до
100МОм.
165
С4 С5 С6
С1
С2
С3
Л
З
М
С4 С5 С6
С1
С2
С3
Л
З
С4 С5 С6
М
Л
З
М
Рисунок 3 – Схема измерения сопротивления изоляции асинхронного электродвигателя
Падение сопротивления изоляции обмоток ниже указанных значений вызывается разными причинами: проникновением в толщу изоляции влаги, поверхностной влажностью или оседанием токопроводящей пыли на выводах.
В этих случаях рекомендуется продуть машину, почистить салфетками выводы обмоток и. повторно измерить сопротивление изоляции. Если окажется, что
очистка деталей не помогла, нужно произвести сушку обмоток и их выводов, а затем провести контрольное измерение сопротивления изоляции.
Пробный пуск электродвигателя
По окончании наладочных работ по проверке и испытанию аппаратов, схем
управления и испытанию обесточенного электродвигателя производят повторный
пуск последнего.
Для обеспечения правильного направления вращения двигателя необходимо, чтобы фазировка питающего кабеля была согласована с маркировкой вывода
статора.
Чередование фаз можно проверить пробным включением небольшого асинхронного электродвигателя с проверенной маркировкой вывода статора.
В общем случае фазировку можно выполнить следующими методами:
1. При использовании комбинированного прибора - вольтамперфазоиндикатора ВАФ-85.
2. Собрав специальную схему для определения чередования фаз, рисунок 4.
166
В такой схеме лампа, включенная в фазу, отстающую от фазы с емкостью,
горит ярко. На рисунке 4 приведено правильное чередование фаз, если ярко горит
НL2.
В
А
С
С
R
R
HL1
HL2
Рисунок 4 – Схема лампового фазоуказателя
3. При помощи "прозвонки" питающего кабеля омметром согласно с рисунком 5.
Станция
управления
Щит №3
А
В
С
N
А
В
С
N
Кабель
Рисунок 5 – Схема фазировки питающего кабеля и АД методом “прозвонки”
При первом включении электродвигателя на 2...3 секунды проверяют
направление вращения, состояние ходовой части, надежность действия отключающих устройств.
Кратковременное включение повторяют 2-3 раза, постоянно увеличивая
длительность включения. Во всех случаях получения сигнала о неисправностях
схемы управления электродвигателя или механизма привода наладчик обязан немедленно отключить двигатель.
167
Проверка работы электродвигателя на холостом ходу и под нагрузкой
Проверку асинхронного электродвигателя на холостом ходу (х.х.) производят при отсоединенном механизме привода.
Сила тока х.х. не нормируется. Продолжительность проверки - 1час.
Одновременно проверяют нагревание подшипников, обмоток в доступных
местах и стали, отсутствие заметной вибрации.
После проверки работы двигателя на холостом ходу, переходят к проверке
его работы под нагрузкой. При этом контролируют токи в каждой фазе при мощности, потребляемой электродвигателем из сети.
После пробного включения на 20...30 минут приступают к включению двигателя с приводным механизмом на обкатку.
Обкатка, производимая в течении 8 часов или более, служит для прошлифовки подвижных связей механизмов, выявления слабых мест схемы управления
и проверки электрооборудования на нагревание.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
На рабочем месте находятся:
-
электродвигатель АОЛ2;
-
станция управления АД;
-
комплект измерительный К505;
-
омметр М371;
-
мегомметр М4100/4;
-
прибор Ц4317;
-
вольтамперфаэоиндикатор ВАФ-85,
-
стенд МИИСП;
-
набор проводников и кабелей.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
I. Изучить основные приемы подготовки к пуску асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.
168
3. Произвести испытания электродвигателя согласно программы и включить
его в сеть.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Произвести внешний осмотр электродвигателя. Результаты осмотра отразить в отчете.
2. Выполнить проверку схемы соединения обмоток одним из методов, рассмотренных в разделе "Общие теоретические сведения", по выбору студента. При
выполнении пункта руководствоваться схемами подключения обмоток АД к стенду (рисунок 6).
клеммы
~ 0 - 380В
С1
_клеммы
0 - 220В
стенд
С1
?
стенд
?
PV
С4
PV
С4
?
а)
Рисунок 6 – Схема подключения обмоток АД к стенду
?
б)
Сделать заключение о возможности включения электродвигателя в сеть.
3. Измерить сопротивление изоляции электродвигателя, данные замеров занести в таблицу №1.
Таблица 1 – Опытные данные измерения сопротивление изоляции электродвигателя
Сопротивление изоляции
Объект измерения
АД
А-В
А-С
В-С
А-N
B-N
C-N
169
4. Произвести фазировку питающего кабеля и АД, для чего при отключенном автоматическом выключателе N1:
- с одной стороны кабеля (щит N3) фазу "А" соединить перемычкой с нулевой жилой “N” (нулевая жила кабеля "N" имеет большую длину чем фазные);
- с другой стороны кабеля (станция управления АД), используя омметр
М371, "прозвонкой" найти жилу фазы "А" и подключить ее к клемме "А" станции
управления;
- аналогично определить жилы фаз "В" и "С" и подключить их к соответствующим клеммам.
Таким же образом произвести фазировку кабельной перемычки между
клеммами станции управления "АЗ", "ВЗ", "СЗ", "N" и клеммной панелью электродвигателя "С1", "С2", "СЗ", "N".
5. Проверить порядок чередования фаз комбинированным прибором - вольтамперфазоиндикатором ВАФ-85.
6. Выполнить пробный пуск АД. Первое включение произвести на 2-3 секунды, проверить направление вращения вала ротора электродвигателя. При
включении АД кнопкой SВ1 вал ротора должен вращаться против часовой стрелки, при этом загорается сигнальная лампа НL1.
При включении АД кнопкой S83 вал ротора электродвигателя должен вращаться по часовой стрелке, при этом загорается сигнальная лампа НL2
Сделать вывод о правильности выполнения фазировки.
Кратковременное включение повторить 2-3 раза, с длительностью включения 10с, 20с, 30с.
Примечание: при неисправности схемы управления АД или самого электродвигателя немедленно его отключить кнопками "СТОП" - "SB1" или “SB2”.
7. Произвести проверку работы АД на холостом ходу. Для проведения опыта использовать комплект измерительный К505.
Подключение прибора выполнить по схеме – рисунок 7.
170
А2
В2
С2
N
А3
В3
С3
N
А
В
С
N
А
В
С
N
ГЕНЕРАТОР
НАГРУЗКА
Рисунок 7 – Схема подключения АД к комплекту измерительному К505
8. Работа с комплектом К505. Измерение величины тока до 10А, напряжений до 600В и соответственно активных мощностей.
- установить переключатель номинальных токов "В1" в положение "10А",
переключатель работы комплекта с отдельным трансформатором тока и без него
"В2" в положение "Без Тр2", переключатель фаз "ВЗ" в положение "0", переключатель номинальных напряжений и полярности ваттметра "В4" - в положение
"800V" и "+";
- зажим заземления комплекта соединить с заземляющим устройством;
- установить перед измерениями комплектом переключатель фаз "ВЗ" положение фазы, в которой требуется произвести измерения;
- при малых отклонениях указателей приборов переключателем пределов
измерений выбрать нужный предел;
- для проверки правильности чередования фаз фазоуказатель включите
кратковременным нажатием кнопки (длительная работа фазоуказателя не допускается). Последовательность фаз определить по направлению вращения диска фазоуказателя, на шкале которого нанесена стрелка направления вращения при нормальном чередовании фаз;
- измерения в трехфазных цепях до 10А, 600В производятся путем переключения приборов комплекта (амперметра, вольтметра и ваттметра) из одной
фазы в другую переключателем "ВЗ" без разрыва токовой цепи;
мощность в трехфазной цепи (Р) определяется путем суммирования результатов измерений в каждой фазе.
171
Р = РА + РВ + РС,
(1)
где РА, РВ, РС - мощности, измеренные в фазах А, В, С;
вольтметр измеряет фазное напряжение UФ. Линейное напряжение UЛ определяется по формуле:
UЛ =
3 UФ;
(2)
коэффициент мощности в трехфазных цепях при равномерной нагрузке фаз
определять по формуле:
cosφ =
Р А  Р В  РС
;
3 IU Ф
(3)
действительное значение измеряемого тока I в амперах, напряжение U в
вольтах и мощности Р в ваттах определять по формулам:
I = Са αI;
(4)
U = СU αU;
(5)
Р = Ср αр,
(6)
где Са, СU, Ср - цена деления амперметра, вольтметра и ваттметра соответственно
в А/дел; В/дел; Вт/дел, (помещены на лицевой панели комплекта);
αI, αU αр - отсчет по шкале амперметра, вольтметра и ваттметра в делениях.
9. По вышеуказанной методике произвести замеры IХ.Х., UХ.Х., РХ.Х., каждые
10 минут в течение 30 мин.
Отклонение измеренных при проведении опыта значений, полученных при
предыдущих испытаниях, свидетельствует о неисправности двигателя. Сделайте
вывод о техническом состоянии АД.
Испытания АД под нагрузкой проводятся аналогично.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
- наименование лабораторной работы и ее цель;
- электрические схемы;
- заполненные таблицы с результатами проведенных опытов;
- выводы о возможности пуска в эксплуатацию после монтажа АД.
172
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Состав работ, входящих в приемосдаточные испытания электродвигателя,
вводимого в эксплуатацию.
2. Внешний осмотр.
3. Методы проверки схемы соединения обмоток электродвигателя.
4. Измерение сопротивления изоляции.
5. Пробный пуск электродвигателя.
6. Проверка работы электродвигателя на холостом ходу и под нагрузкой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Варварин В.К., Койлер В.Я., Панов П.А. Наладка электрооборудования.
Справочник.-М.;Россельхозиздат, 1984.
2. Забокрицкий Е.И., Холодовский Б.Д., Митченко А.И. Справочник по
наладке электроустановок и электроавтоматики. – Киев.: Наукова думка, 1985.
173
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Цель работы: получить навыки работы с электросварочным оборудованием.
Исследовать режимы и параметры ручной дуговой сварки.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Сварка – процесс получения неразъемного соединения металлов путем
местного нагрева их до температуры жидкого или пластического состояния с
применением механического усилия или без него.
Источником тепла для разогрева может быть: пламя газовой горелки, термитная смесь, электрическая дуга и др. Наиболее широко распространена электрическая дуговая сварка.
Дуговая сварка классифицируется:
- по виду электрода: плавящийся, неплавящийся;
- по виду дуги: свободной или сжатой;
- по характеру воздействия дуги на основной металл: прямого или косвенного действия, трехфазной дугой.
Дуговая сварка производится постоянным током прямой и обратной полярности, переменным током промышленной или повышенной частоты и пульсирующим током.
Электрическая сварочная дуга – устойчивый длительный электрический
разряд в ионизированной смеси газов и паров между твердыми и жидкими электродами, осуществляемый при высокой плотности тока и сопровождаемый выделением большого количества теплоты. Сварочную дугу возбуждают разными способами: разведением электродов после их соприкосновения, использованием легкоплавких токопроводящих вставок, пробоем межэлектродного промежутка током высоких напряжений и частоты и др.
174
Сварочная дуга состоит из следующих основных участков: прикатодного – 1,
газового столба – 2 и прианодного –3 (рисунок 1).
Плотность тока в катодной зоне достигает 60…70 А/мм2, а температура катода – 2500 … 3000 0С.
Анодное пятно накаляется до температуры 2500…4000 0С.
Температура в зоне столба дуги достигает 6000…7000 0С в зависимости от
Uк Uс U а
UД
плотности сварочного тока.
I
3
2
Рисунок 1 – Основные участки сварочной дуги
Напряжение на дуге складывается из падения напряжений на этих участках:
Uд = UК + Uс + UА и зависит от ее длины и силы тока, диаметра электрода, состава и давления газов.
Зависимость напряжения на дуге от силы сварочного тока называется статической вольтамперной характеристикой (ВАХ) дуги (рисунок 2).
U, В
40
30
20
I
10
0
II
III
I, А
200 400 600 800 1000
Рисунок 2 – Статическая вольтамперная характеристика сварочной дуги
175
ВАХ дуги получают при постоянной ее длине и диаметре электрода. При
силе тока до 80А все характеристики не зависимо от различия диаметров электродов практически совпадают и являются падающими (область 1 на рисунке 2). Это
объясняется тем, что повышение силы тока до 80А не вызывает увеличения площади сечения дуги и ее электропроводности, что сопровождается резким падением напряжения на дуге. Эта область находит ограниченное применение в сварке.
В области 2 открытая дуга имеет жесткую, независимую от силы тока характеристику. В этой области площади сечения столба и активных пятен увеличиваются пропорционально силе тока, поэтому плотность тока и падение напряжения во всех участках дуги остаются постоянными. В области 3 повышение силы
тока приводит к увеличению напряжения на дуге, т.к. с ростом плотности тока катодное пятно уже не растет, потому что занимает всю площадь торца электрода и
электрическое сопротивление дуги повышается. Дуга с возрастающей статической ВАХ используется при сварке в среде защитных газов, плазменно-дуговых
процессах.
Напряжение, необходимое для возбуждения дуги, зависит: от рода тока (постоянный или переменный); дугового промежутка; материала электрода и свариваемых кромок; покрытия электродов и ряда других факторов. Значения напряжений, обеспечивающих возникновение дуги в дуговых промежутках, равных 2…4
мм, находятся в пределах 40…70 В. Напряжение для установившейся сварочной
дуги может быть определено по формуле:
UД = а + вLД,
где а - коэффициент, по физической сущности составляющий сумму падений напряжений в зонах катода и анода, В;
в - коэффициент, выражающий среднее падение напряжения на единицу длинны дуги, В/мм;
LД – длина дуги, мм.
На практике часто используют эмпирическую формулу:
UД = 20 + 0,04 IД, В.
176
Условия стабильного горения сварочной дуги на переменном токе осложняются периодическими изменениями напряжения сети (100 раз в секунду) с поочередными образованиями катодного пятна то на электроде, то на изделии в зависимости от полярности подаваемого напряжения. Повторное возбуждение дуги
происходит при повышенном напряжении, называемом пиком зажигания или
напряжением повторного зажигания UЗ, которое всегда выше напряжения на дуге, находящейся в стационарном режиме горения.
u, i
uип
umax
uЗ
Д
В
t1
t2
t3
uД
0
uЗ
i
А
t1
t2
ωt
t3
В1
А1
umax
Рисунок 3 – График тока и напряжения на дуге при сварке переменным током в активной цепи
Рассмотрение работы системы источник питания (ИП) переменного тока –
сварочная дуга при отсутствии в цепи дуги индуктивности (рисунок 3) показывает, что пока напряжение источника питания UИП меньше напряжения повторного
зажигания UЗ, дуга возбудиться не может. При синусоидальной кривой напряжения ИП возбуждение дуги произойдет через промежуток времени t1 в точке А, когда величина напряжения источника достигнет напряжения зажигания UЗ. После
возбуждения дуги появившийся ток IД будет изменяться по экспоненциальной
кривой. Одновременно с изменением тока будет происходить изменение напряжения на дуге UД и в точке В, в которой напряжение источника ниже напряжения
горения дуги, дуга погаснет. На отрезке времени t3+t1 дуга не горит. Затем происходит повторное возбуждение дуги в точке А1 и ее горение в течение времени t2.
В точке В1 дуга гаснет уже в отрицательной полуволне источника питания.
177
Повторное зажигание дуги облегчается введением в атмосферу газов и паров межэлектродного промежутка веществ с низкими потенциалами ионизации
(калия, кальция и др. из состава покрытия электродов), увеличением частоты и
напряжения холостого хода ИП.
Для стабилизации сварочной дуги необходимо уменьшать время t1 или
включать последовательно в цепь дуги индуктивное сопротивление - дроссель.
Дроссель обеспечивает сдвиг фаз на угол φ между сварочным током| и напряжением и в момент перехода тока через нуль напряжение источника уже достигает
значения, достаточного .для повторного зажигания сварочной дуги (рисунок 4).
u, i
uип
uЗ
0
i
Д
uД



ωt
umax
Рисунок 4 – Графики тока и напряжения на дуге при сварке переменным током с включенным дросселем
Наличие индуктивности в сварочной цепи, при снижении тока в дуге и
напряжения трансформатора, ниже напряжения горения дуги UД вызывает появление ЭДС самоиндукции, которая противодействует снижению напряжения. Поэтому суммарное напряжение на дуге в момент перехода тока через нулевое значение будет достаточным для повторного зажигания дуги, которая может возбудиться вновь без перерыва или с очень малым перерывом. Непрерывное горение
дуги переменного тока обеспечивается сдвигом фаз, при котором cosφ находится
в пределах 0,35...0,45.
Кроме того, индуктивное сопротивление позволяет регулировать силу сварочного тока, получать падающую ВАХ.
178
U
,В
А
2
1
2
А
1
0
I, А
Рисунок 5 – Внешние статические вольтамперные характеристики
Работа системы ИП – сварочная дуга определяется двумя точками пересечения вольтамперной характеристики (рисунок5) источника 1 и дуги 2, в которых
осуществляется равновесие по силе тока и напряжению между ИП и сварочной
дугой. Точка А2 соответствует моменту возбуждения сварочной дуги (неустойчивое горение дуги); точка А1 - установившемуся режиму работы этой системы.
При падающих внешних статических характеристиках ИП работает в режиме регулятора сварочного тока и каждому значению сварочного тока соответствует определенное значение рабочего напряжения.
Для обеспечения устойчивого горения дуги и высокого качества сварки источники питания дуги должны удовлетворять следующим требованиям:
Источники сварочного тока должны иметь падающую внешнюю характеристику.
Напряжение холостого хода должно быть достаточным для легкого возбуждения дуги и в то же время не должно превышать норм безопасности. Максимально допустимое напряжение холостого хода установлено для источников постоянного тока - 90 В; для источников переменного тока - 80 В (ГОСТ 95 - 77Е),
т.е. UХХ = (1,8…2.5)Uд.
Напряжение устойчивого горения дуги (рабочее напряжение) должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги. С увеличением
длины дуги напряжение должно быстро возрастать, а с уменьшением - быстро падать. Время восстановления рабочего напряжения от О до 30 В после каждого короткого замыкания (при капельном переносе металла от электрода к свариваемой
детали) не должно превышать 0,03с.
179
Сила тока короткого замыкания не должна превышать силу рабочего сварочного тока более чем на 40...50 %, т.е.IКЗ = (1,2…1,5)IСВ. При этом источник тока должен выдерживать продолжительные короткие замыкания сварочной цепи,
что необходимо для предохранения обмоток от перегрева и повреждения.
Мощность источника тока должна быть достаточной для выполнения сварочных работ.
Должна быть обеспечена возможность регулирования сварочного тока.
Источник тока должен иметь измерительные приборы для контроля за
напряжением и величиной тока.
Промышленностью выпускаются следующие типы источников питания сварочной дуги: сварочные преобразователи, сварочные выпрямители, сварочные
аппараты переменного тока (сварочные трансформаторы).
Регулирование величины сварочного тока в аппаратах переменного тока
может производиться следующими способами: изменением коэффициента трансформации (секционированием первичной или вторичной обмотки); изменением
расстояния между первичной и вторичной обмотками; изменением положения
стального пакета - шунта; изменением индуктивного сопротивлении во вторичной
(сварочной) цепи посредством изменения числа витков реактивной катушки путем ее секционирования или изменением величины магнитного сопротивления
магнитопровода.
Выбор материала для сердечника магнитопровода сварочного трансформатора и расчет обмоток аналогичен расчету маломощных силовых трансформаторов и рассматривался в курсе "Электрические машины".
Параметры режима ручной дуговой сварки
Для выполнения сварного шва определяют режим сварки, обеспечивающий
хорошее качество сварного соединения.
Режим сварки - совокупность параметров, определяющих процесс сварки:
вид тока, диаметр электрода, напряжение и значение сварочного тока и др. Основными параметрами режима ручной дуговой сварки является диаметр электрода и сварочный ток.
180
Металлические электроды
При ручной дуговой сварке для заполнения разделки шва в зону дуги вводят
присадочный металл в виде стержней с покрытием (плавящиеся электроды).
ГОСТом 94бб - 75 установлены следующие размеры электродов:
Диаметр электрода, мм
1,6
2,0
2,5
3,0
4,0 5,0
6,0
8.0 10,0
Длина электрода, мм
из углеродистой и
легированной проволоки 200
250 250 300 350
250
300 350 450
450
из высоколегирован-
150
200
300
350
ной проволоки
200
250
250 350
450
Покрытие электрода испытывают следующим образом: при падении плашмя на стальную плиту с высоты 1м электродов диаметром менее 4мм и с высоты
0,5м электродов диаметром 4мм и более покрытие не должно -разрушаться.
Влажность проверяют погружением электрода в воду и выдерживают в течение
24ч при температуре I5...250С.
Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабилизирующие и
ионизирующие) и толстые (качественные). Назначение тонкого покрытия - облегчить возбуждение дуги и стабилизировать ее горение.
Электроды с толстым покрытием (качественные) применяют для получения
сварных соединений высокого качества. Качественные покрытия выполняют следующие функции: обеспечивают устойчивое горение дуги; защищают расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха; раскисляют в металле шва оксиды и удаляют невосстанавливаемые оксиды в шлак; изменяют состав наплавляемого металла вводом в него легирующих примесей; удаляют серу и
фосфор из расплавленного металла шва; образуют шлаковую корку над металлом
шва, замедляют его охлаждение и тем самым способствуют выходу газов и неметаллических включении на поверхность металла шва.
Диаметр электрода устанавливают в зависимости от толщины свариваемых
кромок, вида сварного соединения и размеров шва.
181
Для стыковых соединений приняты практические рекомендации по выбору
диаметра электрода d в зависимости от толщины свариваемых кромок S.
d, мм
<2 3...5
б...8
9...12
13...15
S, мм
<2 3...4
4...5
5..,6
6...7
16...20
7...8
>20
8…10
При выполнении угловых и тавровых соединений принимают во внимание
размер катета шва. При катете шва 3...5 мм сварку производят электродом диаметром 3...4 мм; при катете 6...8 мм - 4...5 мм.
По выбранному диаметру электрода устанавливают значение сварочного
тока. Обычно для каждой марки электродов значение тока указано на заводской
этикетке, но можно также определить ток по следующим формулам
I = (40…50)d, при d = 4…6мм;
I = (20 + 6d)d, при 6мм < d < 4мм
где I - значение сварочного тока, А;
d - диаметр электрода, мм.
Полученное значение сварочного тока корректируют, учитывая толщину
металла и положение свариваемого шва. При толщине кромок менее (1,3...1,6)d,
расчетное значение сварочного тока уменьшает на 10…15 %. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током, на 10...15% уменьшенным
против расчетного.
Соединительные и сварочные провода
Наименьшее сечение подводящих (соединительных) проводов для присоединения источника сварочного тока к питающей силовой сети подбирают по
данным таблицы 1. (Правила устройства электроустановок, ч.1).
Данными таблицы можно пользоваться, когда длина соединительных проводов невелика. При значительной длине сечение соединительных проводов рассчитывают по величине падения напряжения в них.
182
Таблица 1 - Наименьшее сечение подводящих (соединительных) проводов
Наибольшая допустимая
величина тока, А
Сечение проводов, мм2
100 140 170 215 270 330 380 440
16
25
35
50
70
95
120 150
Для однофазных сварочных трансформаторов падение напряжения в соединительных проводах равно
ΔU =
2 Il
.
S
При этом первичный ток – I = W/U,
где W - мощность трансформатора, ВА;
U - первичное напряжение трансформатора, В;
ρ - удельное сопротивление проводов
(для меди ρ = 0,0175 (Ом·мм2)/м, для алюминия ρ = 0,028 (Ом·мм2)/м);
l - расстояние от распределительного щита до сварочного трансформатора, м;
S - сечение проводов, мм2.
Если рассчитанное падение напряжения превосходит 5% напряжения сети,
то необходимо сечение проводов выбрать большим.
Сварочные провода выбирают в зависимости от наиболее допустимого значения сварочного тока. Практика показала, что характер сварочных работ допускает
некоторую перегрузку проводов и рекомендует следующие нормы (таблица 2).
Таблица 2 - Наименьшее сечение сварочных проводов
Наибольшее значение сварочного тока, А
200
300
400
500
Площадь сечения проводов, мм2
одинарного
двойного
25
-
50
2 х 16
70
2 х 25
95
2 х 35
183
Эти нормы установлены при длине проводов не более 30м. Если сварочные
работы выполняются на значительном удалении от места установки сварочного
оборудования (50...150м), то сечение сварочных проводов выбирается с учетом
величины падения напряжения по формуле
ΔU =
1,73Il
S
где I - сварочный ток, А;
l- длина сварочных проводов от источника сварочного тока до места
сварки, м.
Если ΔU получается больше допустимых 5% - необходимо увеличить сечение проводов.
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
В качестве лабораторной установки используется электросварочный агрегат
заводского изготовления, разработанный АО “Линкор”, оснащенный соответствующим оборудованием.
Лабораторная установка (рисунок 6) состоит из понижающего трансформатора TV , амперметра РА в первичной цепи, вольтметра PV во вторичной цепи,
балластного сопротивления Rб, электродержателя Эд.
А
РА
2
TV
Rб
1
~220
V
PV
Эд
Общ
Рисунок 6 – Схема источника сварочного тока
Напряжение сварочного тока снимается с клемм "Общ" и "2", или с клемм
"Общ" и "1". Изменение величины сварочного тока (уменьшение) осуществляется
переключением сварочных проводов с клемм "Общ" и "2" на клеммы "Общ" и "1"
184
или изменением величины балластного сопротивления Rб, выполненного в виде
спирали из провода с высоким оммическим сопротивлением.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
- сварочный трансформатор;
- шлем;
- клещи токоизмерительные Ц-90;
- комбинированный прибор Ц 4353;
- набор электродов.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить специфику выполнения электросварочных работ.
2. Подготовить отчет к лабораторной работе.
3. Произвести исследования в соответствии с рекомендациями по выполнению лабораторной работы.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Ознакомиться со схемой и работой лабораторной установки.
Подготовить клещи токоизмерительные Ц-90 к работе на пределе 600А, для
чего собрать клещи, подключить к гнездам трансформатора тока измерительный
механизм, пропустить сварочный провод с измеряемым током внутри магнитопровода трансформатора.
Подключить сварочный трансформатор к сети.
Используя электроды различного диаметра, добиться устойчивой дуги и
произвести измерение параметров сварки в соответствии с таблицей 3.
Напряжения холостого хода UХХ и на дуге UД контролируются вольтметром
PV.
Ток первичной цепи I1 измеряется амперметром РА, а ток дуги Iд с помощью клещей токоизмерительных Ц-90.
185
Для изменения величины балластного сопротивления в цепь сварочного тока включается либо вся спираль lсп, либо половина спирали lсп/2.
Измерения следует производить как можно быстрее, чтобы время горения
дуги было минимальным.
Выбрать сечение проводов в сети питания и сварочных проводов.
Таблица 3. – Результаты опытов
Выходные
клеммы
Параметр
Режим
Rб при
l = lсп
Rб при
l=lсп/2
С балластным
сопротивлением
Без балластного
сопротивления
“ОБЩ” – “1”
Диаметр
UХХ, В
электрода
3
4
5
3
4
5
I1, А
“ОБЩ” – “2”
UД, В
IД, А UХХ, В
I1, А
UД, В
IД, А
3
4
5
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Наименование лабораторной работы и ее цель.
2. Заполненную таблицу 3 с результатами измерений параметров сварки.
3. Анализ результатов измерений параметров и рекомендации, вытекающие
из анализа.
4. Расчет сварочных и соединительных проводов.
5. Вывод о проделанной лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое сварка, классификация сварки.
2. Определение и состав электрической сварочной дуги.
3. Условия стабильного горения дуги.
4. Режим дуговой сварки.
186
5. Электроды.
6. Сварочные и соединительные провода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Амосов Б.В. Устройство и эксплуатация сварочных генераторов и трансформаторов. М.Л.: - Госэнергоиздат, 1960.
2. Резницкий А.М., Коцюбинский В.С. Ремонт и наладка электросварочного
оборудования. М.: “Машиностроение”, 1991.
3. Оборудование для дуговой сварки. Справочное пособие (Под ред. В.В.
Смирнова). Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд. 1986.
187
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ И НАЛАДКА ЗАЩИТ СТАНЦИИ
УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ “КАСКАД”
Цель работы: изучить схему, принцип работы и конструкцию станции
управления погружными
электродвигателями
“Каскад”.
Освоить методику ее настройки.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В качестве источников водоснабжения в сельском хозяйстве преимущественно используются артезианские скважины, подъем воды, из которых осуществляется погружными электронасосными агрегатами.
Они имеют значительный напор, выпускаются с разной подачей, что позволяет выбрать насос, наиболее отвечающий показателям, получаемым в итоге расчетов водопотребления.
Конструктивно погружной электронасосный агрегат представляет собой
многоступенчатый центробежный насос, вал которого непосредственно соединен
с погружным водозаполненным двигателем типа ПЭДВ (АДП, ЭЦВ).
Насосный агрегат имеет значительную длину (1...2метра) при относительно
малом диаметре, этот размер ограничивается диаметром обсадных труб скважины, куда опускается насос вместе с насосным трубопроводом.
Обмотка статора погружного электродвигателя выполнена проводом
ПЭВВП с усиленной водостойкой изоляцией (эмаль и дополнительное покрытие
из поливинилхлоридного пластиката). Обладая водостойкостью, изоляция обмотки статора в то же время имеет низкую предельную температуру нагрева не более
700С.
Положение с нагревом электродвигателей усугубляется еще и тем, что из-за
малого диаметра и значительной длины они нагреваются неравномерно (зона более высоких температур располагается посредине статора).
188
Указанные причины обуславливают высокую чувствительность погружных
электродвигателей к перегрузкам и ограничивают число пусков их в час (как правило, не более трех).
К защите электродвигателей от анормальных режимов, в том числе от перегрузок, выдвигают особые требования.
Заказчики, как правило, получают оборудование в комплекте, включающем
электронасосный агрегат, станцию автоматического управления и провода для
подключения погружного электродвигателя.
Устройство комплектное “Каскад”, его назначение
Предназначено для управления и защиты центробежных скважинных насосов водоподъема и дренажа с погружными электродвигателями мощностью от 1
до 65кВт.
Подключается к трехфазным цепям с изолированной и глухозаземленной
нейтралью с номинальным напряжением переменного тока 380В, частотой 50Гц.
Обеспечивает автоматическое, местное и дистанционное управление в режиме водоподъема и дренажа.
Защищает электронасос от технологической перегрузки, неполнофазного
режима, заклинивания рабочего колеса насоса или ротора электродвигателя, коротких замыканий в электродвигателе или питающем кабеле, ухода воды из скважины.
Устройство состоит из ящика управления типа ЯНН и датчиков, обеспечивающих автоматический режим работы устройства. Схема крепления датчиков
уровня и “сухого хода” приведена на рисунке 1.
Внутри ящика ЯНН смонтирована пусковая и защитная аппаратура (силовая
и логическая части ящика).
Логическая часть схемы управления выполнена в виде блока управления
типа БОН9200, состоящего из функциональных ячеек втычного исполнения.
189
6
9
6
8
5
L
7
5
3
3
7
1000
4
2
4
1000
2
1
L
1
а)
б)
Рисунок 1 – Схема крепления датчиков уровня и “сухого хода”: а) для
устройства водоподъема- датчика “сухого хода”; б) для устройства с автоматическим управлением в режиме дренажа; 1 – электронасос; 2 - кабель к
электронасосу; 3 - хомут и пояс; 4 – хомут; 5 - труба нагнетательная; 6 –
провод; 7 - датчик “сухого хода”; 8 - датчик нижнего уровня; 9 - датчик
верхнего уровня.
Технические характеристики
Устройство в зависимости от типа ящика управления, выполняет следующие функции:
- автоматический пуск и останов электронасоса в режиме дренажа и водоподъема в зависимости от уровня воды соответственно в скважине или водонапорной башне (для устройства с автоматическим управлением по уровню);
- автоматический пуск электронасоса за время не более 15 минут при снижении давления воды в напорном трубопроводе до определенной величины и автоматический останов электронасоса через время не более 90 минут, устанавливаемое потребителем в зависимости от объема водонапорной башни (для устройств
с автоматическим управлением по давлению);
190
- местный пуск и останов электронасоса;
- дистанционный пуск и останов электронасоса;
- обеспечивает селективность запуска электронасоса с регулируемой выдержкой времени (нижний предел времени 2с ± 2с, верхний предел не менее 30с.)
в местном режиме автоматического управления по уровню;
- автоматическое отключение электронасоса при понижении уровня воды в
скважине ниже контрольного значения (защита от “сухого хода”);
- отключение электронасоса при перегрузках, к.з. (в схеме устройства или
на линии электродвигатель - автоматический выключатель) и при неполнофазном
режиме;
- исключение повторного автоматического запуска электронасоса после
срабатывания любого вида зашиты;
- селективность самозапуска электронасоса при кратковременном исчезновении и дальнейшем появлении напряжения;
- световую сигнализацию с расшифровкой аварийного отключения электронасоса (кроме отключения электронасоса автоматическим выключателем);
- контроль тока нагрузки электронасоса в одной из фаз;
- возможность передачи аварийного сигнала за пределы устройства (без его
расшифровки).
Технические характеристики ящика управления приведены в таблице 1.
Таблица 1. - Технические характеристики устройства “Каскад”
Наименование параметра
Частота, Гц
Напряжение главной цепи, В
Напряжение цепей управления, В
Сопротивление изоляции, измеренное в холодном состоянии мегомметром на 500В, не менее, МОм
Степень защиты
Показатели надежности:
- полный средний срок службы;
- наработка на отказ;
- среднее время восстановления работоспособности
Величина параметра
50 ± 2%
380 + 10%
-15%
15В постоянного тока
220В переменного тока
10
IP43
10 лет
не менее 10000ч
не более 2ч
191
Защитные характеристики устройства приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Защитные характеристики устройства “Каскад”
Наименование параметра
Время, с
Срабатывание защиты:
- при токе (1,35 ± 0,1)IНОМ
10 – 30
- при токе (1,7 – 2) IНОМ или обрыве одной из фаз
0 – 25
- при токе пуска
3–5
- при токе к.з.
без выдержки времени
- при “сухом ходе”, не более
0,5
Принципиальная схема устройства
На рисунке 2 приведена принципиальная электрическая схема бесконтактной станции управления насосными установками типа “Каскад”.
Схема может работать в автоматическом режиме от датчиков нижнего SL2 и
верхнего SL1 уровня воды либо от реле давления SР (электроконтактного манометра), реагирующего на давление столба воды в баке башни или в воздушноводяном котле.
Универсальным переключателем SА5 выбирается тот или иной режим работы:
- при положении “АУ” - схема работает от датчиков уровня или реле давления;
- при положении “О” - отключение схемы;
- при положении “1” - местное управление;
- при положении “ДУ” - схема работает от реле телемеханического включения
“ТВ” или отключения “ТО”.
В режиме автоматического управления по уровню в блоке управления устанавливают ячейку уровня ЯУУ, универсальный переключатель SA6 устанавливают в положение “В” (водоподъем) или в положение “Д” (откачка дренажных вод).
При положении “В” переключателя SА6, если вода в баке находится ниже
датчика нижнего уровня, то контактыSL1 и SL2 разомкнуты, транзистор VТ3 закрыт, а сигнал включения электродвигателя М от насоса с резистора R22 через
192
диод VD13 и резистор R6 подается на затвор транзистора VТ3. Этот транзистор
открывается с выдержкой времени, устанавливаемой цепочкой R6 - C6 (от 2 до
30с), и открывает транзистор VТ4. Это приводит к срабатыванию промежуточного реле КV, включающего своим контактом КV:1 магнитный пускатель КМ, а
следовательно, и электродвигатель М насоса. Включение электродвигателя М запоминается и поддерживается с помощью ячейки памяти образованной диодом
VD7, так как через этот диод поступает на затвор транзистора VТ3 отрицательный
потенциал.
При достижении водой датчика верхнего уровня ею замыкаются контакты
SL1 этого датчика, и сигнал подается на транзистор VТ6, который открывается,
закрывает транзистор VТ7 и открывает транзисторы VТ11 и VТ12. На коллекторе
последнего увеличивается отрицательный потенциал, который через диоды VD14
и VD8 закрывает транзистор VТ14. В связи с этим катушка промежуточного реле
КV обесточивается и с помощью магнитного пускателя КМ выключает электродвигатель М насоса, который остается отключенным до тех пор, пока уровень воды в баке не, опустится ниже контактов SL2, после чего цикл работы насосной
установки повторяется.
В режиме дренажа (SА6 - в положении “Д”) автоматическое включение
электродвигателя М насоса производится контактами SL1 датчика верхнего уровня., а отключение - контактами SL2 датчика нижнего уровня.
В режиме автоматического управления по давлению вместо ячейки ЯУУ
устанавливают ячейку ЯУД с реле давления SР. В эту ячейку входят: формирователь времязадающих импульсов, счетчик импульсов и схема совпадения. Все эти
узлы собраны на логических элементах - триггерах и элементах И-НЕ.
При снижении уровня, а, следовательно, и статического давления воды,
контакты реле давления SР замыкаются и подают отрицательный потенциал питания. Начинают работать генератор и счетчик импульсов ячейки ЯУД. Через
определенное число импульсов (осуществляющих выдержку времени на включение электродвигателя М насоса не более 15 мин) с выхода “Вых.” ячейки ЯУД на
базу транзистора VТ4 подается сигнал положительной полярности (через диод
КМ
ТА
QF
М
КМ
БП1
БП2
KV:1
~ 380В
А В С
SL2
VD10
SL1
SL3
С2
VD9
+6В
0
+
-12В
R
-
С3
VD3
С4
С5
VD11
R14
R10
SA6
ВД
R18
VD13
VT11
R20
R19
VT10
HL5
VD4
HL4
KV2
VD3
VD12
R22
R17
VT9
R16
R15
R5
R4
VT2
VT8
VT7
R12
R23
VD2
VT1
VT6
R11
R13
VT5
R1
С1
VD1
R3
R2
-12В
R21
ЯУД
Вых.
С6
KV3
VD7
KV:2
R9
VD5
R6
KV1
SA5
АУ0 1 РУ
+6В
VT4
KV
SP
VD5
VD6
VT3
R7
VD8
R8
193
VD8). Этот транзистор открывается, включается промежуточное реле КV, сраба-
тывает магнитный пускатель KM и запускается электродвигатель М насоса.
Рисунок 2 – Принципиальная схема и схема включения станции “Каскад”
194
При работе последнего давление повышается, и контакты реле давления SР
размыкаются, на отрицательный потенциал питания ячейки ЯУД теперь подается
через транзистор VТ4 и диод VD15. Через определенное время (устанавливается в
пределах до 90 минут специальным задающим устройством в ячейке ЯУД) сигнал
на выходе “Вых.” исчезает, транзистор VТ4 закрывается, и промежуточное реле
KV отключает магнитный пускатель КМ и электродвигатель М насоса. После
снижения давления воды процесс повторяется.
В режиме местного включения (универсальный переключатель SА5 переводят в положение “I”) или телемеханическом (SА5 - в положение “ДУ”) отрицательный потенциал подается непосредственно или через контакты промежуточного реле КV2 на затвор транзистора VТ3, открывает его и транзистор VТ4.
Далее схема работает аналогично работе от датчиков уровня воды.
При местном отключении универсальный переключатель SА5 переводят в
положение “0”. В этом случае как и телемеханическом отключении контактами
промежуточного реле КV1, отрицательный потенциал подается на транзистор
VТ4 и закрывает его, что приводит к отключению промежуточного реле КV, магнитного пускателя КМ и электродвигателя М насоса.
В схеме предусмотрена защита электродвигателя при перегрузке, неполнофазном режиме, коротком замыкании и “сухом ходе” - работе электродвигателя
без воды.
При ненормальных режимах повышается напряжение на потенциометре R и
это напряжение через цепочку выдержки времени R1-С1, обратно пропорциональную значению вышеуказанного напряжения на потенциометре R, подается на
затвор транзистора VT1, открывая его и транзистор VТ2. В связи с этим отрицательный сигнал через диоды VD3 и VD8 закрывает транзистор VТ4 и в результате
отключается электродвигатель М насоса (одновременно загорается сигнальная
лампа НL5 – “Перегрузка”). Автоматическое повторное включение электродвигателя насоса предупреждает имеющаяся в схеме цепь обратной связи, состоящая из
резистора R4 и диода VD2.
195
Защита электронасоса от сухого хода осуществляется с помощью датчика
наличия воды SL3 в скважине и полупроводникового преобразователя сигнала.
При нормальной работе насоса датчик SL3 омывается водой, и его контакты замкнуты. Если вода в скважине отсутствует, контакты SL3 размыкаются, транзистор VТ5 закрывается, а транзистор VТ9 и VТ10 -открываются. Отрицательный
потенциал через транзистор VТ10 и диоды VD4, VD8 закрывает транзистор VТ4,
что приводит к отключению электродвигателя М насоса (загорается сигнальная
лампа НL4 “Сухой ход”). Этот сигнал запоминается. При появлении воды открывается транзистор VТ5, транзисторы VТ9 и VТ10 остаются открытыми за счет обратной связи через диод VD12.
В связи с этим предупреждается автоматическое повторное включение
электродвигателя М насоса. Этот электродвигатель может быть повторно включен
оперативным персоналом лишь после выяснения и устранения причин его отключения.
Порядок работы устройства “Каскад”
Автоматическое управление по уровню
1 - Режим водоподъема
Для включения устройства в работу необходимо:
- переключатель SА5 “Режим работы” установить в положение “АУ”;
- включить автоматический выключатель QF2.
При отсутствии воды в баке водонапорной башни (контакты КВУ и КНУ
датчика уровней не омываются водой) произойдет включение электронасоса. При
достижении уровня воды контакта КВУ электронасос отключится. В дальнейшем
циклы включения - отключения электронасоса в зависимости от уровня воды в
баке водонапорной башни будут автоматически повторятся.
2 - Режим дренажа
Для включения устройства в работу необходимо:
- переключатель SА5 “Режим работы” установить в положение “АУ”;
- включить автоматический выключатель QF2.
196
Если уровень дренажных вод в скважине достигает контакта КВУ, включается электронасос. При понижении уровня дренажных вод ниже контакта КНУ
произойдет отключение электронасоса. Повышение уровня дренажных вод сопровождается повторением цикла работы устройства.
3 - Местное управление
- Местное управление электронасосом осуществляется с ящика управления.
Для остановки электронасоса необходимо перевести переключатель SА5 “Режим
работы” в положение “0”, для включения в положение “1”.
- Контроль за работой электронасоса производить по амперметру РА2, установленному на ящике управления.
- При наличии аварийного режима происходит автоматическое отключение
электронасоса и на ящике управления загорается лампа НL4 “Сухой ход” или НL5
“Перегрузка” (в зависимости от характера аварийного режима).
Для включения устройства, в работу после аварийного отключения необходимо:
- отключить устройство от питающей сети с помощью автоматического выключателя QF2;
- устранить причину аварии;
- включить автоматический выключатель QF2.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА
На рабочем месте находятся:
- станция управления “Каскад”;
- датчики уровня воды;
- устройство токовой нагрузки для исследования защитных функций станции управления погружными электродвигателями;
- секундомер;
- прибор Ц4300;
- электродвигатель типа 4А, Р = 1,1кВт;
- соединительные провода.
197
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить схему станции управления погружными электродвигателями типа “Каскад”, исследовать их работу и защитные функции.
2. Освоить методику настройки защит станции управления “Каскад” и поиска возможных неисправностей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить принципиальную схему станции управления погружными
•электродвигателями типа “Каскад” (рисунок 2).
2. Произвести настройку уставки защиты по реальному номинальному току
(IНОМ) двигателя по следующей методике.
2.1. Собрать электрическую схему подключения (рисунок 3).
2.2. Установить переключатель SА5 – “Режим работы” в положение “1” при
местном управлении (рисунок 2).
2.3. Установить перемычку в гнезда “Настройка защиты” блока БОН 9201.
2.4. Подключить прибор Ц4300 с пределом измерения до 30В постоянного
тока к гнезду “0” и левому гнезду “Настройка защиты” блока БОН 9201.
2.5. Включить автоматический выключатель QF1 щита №4, убедиться, что
загорелась лампочка “Сеть”. Запустить электродвигатель, включив автоматический выключатель QF2 – “Напряжение”.
2.6. Медленно вращая потенциометр “Уставка защиты” добиться срабатывания защиты от перегрузки (загорается сигнальная лампа HL5 – “Перегрузка”)
электродвигатель отключается. Записать величину напряжения срабатывания по
прибору Ц4300.
2.7. Выключить автоматические выключатели QF1 и QF2 – “Напряжение”.
Снять перемычку с гнезд “Настройка защиты”.
2.8. Включить автоматические выключатели QF1, QF2 – “Напряжение”,
установить потенциометром “Уставка защиты” напряжение в 1,23 раза меньше,
чем напряжение, замеренное в п.6. Этим достигается настройка тока срабатывания защиты 1,35IНОМ.
198
А
В
С
N
А2 В2 С2 N
QF1
QF2
Щит №4
А1 В1 С1
Каскад
N
А3 В3 С3
N
М
Рисунок 3 – Схема подключения устройства “Каскад”
2.9. Выключить автоматические выключатели QF1 и QF2 – “Напряжение”,
установить переключатель SA5 – “Режим работы” в положение “0”.
3. Исследовать защитные функции станции управления погружными электродвигателями “Каскад” по следующей методике.
3.1. Собрать схему для исследования защитных функций станции управления “Каскад” (рисунок 4).
3.2. Установить переключатель SА5 – “Режим работы” в положение “1” при
местном управлении (рисунок 2).
3.3. Включить автоматический выключатель QF1, установив перед этим рукоятку ЛАТРа в нулевое положение (вольтметр РV1 показывает “0”).
3.4. Включить тумблер SА4, рукояткой ЛАТРа установить по амперметру
РА1 ток перегрузки IПЕР = 1,35IНОМ. Включить электронный секундомер.
3.5. После срабатывания защиты (загорается сигнальная лампа HL5 – “Перегрузка”) снять показания секундомера, вольтметра РV1 и амперметра РА1.
199
А
В
С
N
А2 В2 С2
QF1
КАСКАД
SA
А3 В3 С3
1
PV1
2
N
И1
И2
6
Блок токовой нагрузки
N
65
66
20
36
N
64
63
Л1
5
PA1
3
N
ТА
Л2
4
Рисунок 4 – Схема исследования защитных функций станции управления
“Каскад”
3.6. Отключить схему от сети вводным автоматическим выключателем QF1,
тумблер SA4 установить в положение “Выключен”.
3.7. Сравнить полученное в опыте время срабатывания защиты с указанным
значением в таблице 2 для той же кратности перегрузки.
3.8. Если время срабатывания защиты, полученное в опыте больше допускаемых пределов, указанных в таблице 2, следует произвести перестройку защиты
(п.п.2.1…2.9.).
После
настройки
защиты
ее
следует
вновь
опробовать
(п.п.3.1…3.5.).
4. Исследовать работу станции управления “Каскад” в режиме “Дренаж”,
имитируя наполнение и опорожнение скважины с помощью тумблеров
SA1…SA3.
4.1. Собрать электрическую схему (рисунок 5).
4.2. Переключатель SA5 – “Режим работы” установить в положение “АУ”
(автоматическое управление), тумблеры SA1, SА2, SА3 в положение “Выключен”.
Подать напряжение, включив автоматические выключатели QF1, QF2 (рисунок 2).
200
4.3. Тумблер SA3 поставить в положение “Включен”, при этом загорается
сигнальная лампа HL3 (имитируется заполнение скважины водой и замыкание
водой контактов датчика сухого хода “СХ”), электродвигатель насоса не включается.
4.4. Тумблер SA2 поставить в положение “Включен”, при этом загорается
сигнальная лампа HL2 (имитируется заполнение скважины водой и замыкание
водой контактов датчика нижнего уровня “НУ”), электродвигатель насоса не
включается.
4.5. Тумблер SА1 поставить в положение ”Включен”, при этом загорается
сигнальная лампа HL1 (имитируется заполнение скважины водой и замыкание
водой контактов датчика верхнего уровня “ВУ”), включается электродвигатель
насоса.
4.6. Через определенное время (10с) тумблер SА1 поставить в положение
“Выключен”, гаснет лампа “HL1” (имитируется опорожнение скважины и размыкание контактов датчика “ВУ”), электродвигатель насоса не отключается.
4.7. Тумблер SА2 (через 10с) поставить в положение “Выключен”, гаснет
лампа “HL2” (имитируется опорожнение скважины и размыкание контактов датчика “НУ”), электродвигатель насоса отключается.
Повышения уровня дренажных вод в скважине сопровождается повторением цикла работы устройства.
4.8. Проверить срабатывание защиты от сухого хода электронасоса, для чего:
- тумблер SА2 поставить в положение “Включен”, тумблер SА3 в положение “Выключен”, при этом загораются сигнальные лампы HL2, HL4 (имитируется
опорожнение скважины, размыкание контактов датчика “СХ”, несрабатывания
контакта датчика “НУ”, аварийный режим – “сухой ход”), электродвигатель насоса отключается.
201
А
В
С
N
А2 В2 С2 N
QF1
QF2
N
Щит №4
СХ
СХ
НУ
НУ
N ВУ
А1 В1 С1
N
КАСКАД
ВУ
А3 В3 С3
N
М
Рисунок 5 – Схема подключения станции управления “Каскад” для исследования ее работы в режиме “Дренаж”
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по работе должен содержать:
- наименование работы и ее цель;
- технические характеристики станции управления погружными электродвигателями “Каскад”;
- электрические схемы;
- записи по выполненным опытам в соответствии с разделом “Порядок выполнения работы”;
- выводы о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Назначение, устройство и принцип действия устройства “Каскад”.
Технические характеристики станции управления “Каскад”.
202
Защитные характеристики станции управления “Каскад”.
Работа схемы в разных режимах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пястолов А.А., Мешков А.Д., Вахрамеев А.Л. Монтаж, эксплуатация и
ремонт электрооборудования. - М.: Колос, 1981.
2. Костенко С.И., Хан Д.М. Эксплуатация погружных насосов. - М.: Россельхозиздат, 1977.
203
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................ 3
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ............................. 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 .......................................................................................... 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ
СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ ..... 7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ........................................................................................ 17
НАЛАДКА И РЕГУЛИРОВКА СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
РАЗГРУЗЧИКОМ АВТОМОБИЛЕЙ ............................................................................................. 17
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ........................................................................................ 28
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ СЕЛЬСКИХ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК .................................................................................................................. 28
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ......................................................................................... 47
ИЗУЧЕНИЕ СТЕНДОВ ДЛЯ СБОРКИ И НАСТРОЙКИ ПУСКОЗАЩИТНОЙ
АППАРАТУРЫ................................................................................................................................... 49
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ........................................................................................ 62
КАЛИБРОВКА ПЛАВКИХ ВСТАВОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ............................................. 62
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 ......................................................................................... 70
ИССЛЕДОВАНИЕ, РЕГУЛИРОВКА И НАСТРОЙКА ТЕПЛОВЫХ РЕЛЕ И
РАСЦЕПИТЕЛЕЙ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ............................................. 70
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ........................................................................................ 89
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СУШКИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ И
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ................................................................................................................ 89
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 ....................................................................................... 108
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ ЗАЩИТ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ
РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ..................................................................................... 108
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 ....................................................................................... 124
204
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ И
ПРОВЕРКА ЦЕПИ “ФАЗА-НУЛЬ” ............................................................................................. 124
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10 ..................................................................................... 147
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СЕТЯХ ОДНОФАЗНОГО
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ...................................................................................................................... 147
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11 ..................................................................................... 161
НАЛАДКА АСИНХРОННОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПОСЛЕ МОНТАЖА ........................................................................................................................ 161
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12 .................................................................................... 173
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ......................................................... 173
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13 ..................................................................................... 187
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ И НАЛАДКА ЗАЩИТ СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
ПОГРУЖНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ “КАСКАД” ................................................... 187
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................................. 203