Файл: В.А. Старовойтов Контактное дистанционное управление реверсивным асинхронным двигателем.pdf

8

Лучшие магнитные пускатели выдерживают 10-15 млн включений без тока, до 2 млн включений при максимальной мощности и 20003000 включений в час.

Тепловые реле. В большинстве случаев магнитные пускатели снабжаются (комплектуются) тепловыми реле, осуществляющими тепловую защиту электродвигателя в случаях его перегрузки по моменту или обрыву одной из фаз питающего напряжения.

Защита осуществляется или двумя биметаллическими тепловыми реле с последовательно соединенными в цепи управления размыкающими контактами, или же одним, включенным также в две фазы, но имеющим уже один (общий) размыкающий контакт.

Основным элементом теплового реле является биметаллическая пластинка, изготовленная из двух жестко скрепленных между собой пластинок из металлов с различными коэффициентами линейного расширения. При нагреве биметаллическая пластинка изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения. Нагрев осуществляется при прохождении тока электродвигателя через прикрепленную к ней шину силовой цепи 1, как это показано на pиc. 3.

Рис. 3. Конструктивная схема теплового реле

9

Все элементы реле укреплены на корпусе 9 из электроизоляционного материала. В нормальных условиях ток статора, проходя по шине 1, недостаточно нагревает укрепленную на ней биметаллическую пластину 2. При токах, превышающих номинальные, пластина нагревается сильнее и вследствие этого изгибается, как показано штриховой линией, отжимает защелку 5, а контакт 7 под действием пружины 8 размыкается, производя соответствующие переключения в схеме. Возврат реле в исходное положение производится нажатием кнопки 6 после охлаждения биметаллической пластинки (через 1-2 мин). Уставку теплового реле можно плавно изменять с помощью регулировочного винта с эксцентриком 3, перемещающим упор 4.

Тепловые реле достаточно инерционны и поэтому не могут обеспечить защиту электродвигателя от токов короткого замыкания. Вместе с тем они позволяют производить его отключение при обрыве одного из проводов питающей линии, т.к. в этом случае ток в двух неповрежденных фазах оказывается выше номинального. Этим объясняется включение теплового реле в две фазы силовой цепи электродвигателей переменного тока.

В ряде случаев для машин и аппаратов химических производств требуется реверсирование (изменение направления вращения) электродвигателя. Например, закрытие и открытие заслонки (задвижки), подъем и спуск груза на тельфере.

Из теории электрических машин известно, что для перемены направления вращения ротора трехфазного асинхронного электродвигателя необходимо поменять порядок чередования фаз токов в обмотке статора. Это достигается переключением любых двух проводов питающих статор электродвигателя, с помощью дополнительного магнитного пускателя. Таким образом, реверсивный магнитный пускатель состоит из двух обычных магнитных пускателей, смонтированных в целом корпусе; один из них служит для прямого ("Вперед"), второй – для обратного ("Назад") направления вращения.

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Внешний вид стенда с указанием расположения технических средств контроля и управления представлен на рис. 4.

10

Рис. 4. Общий вид стенда 1 – электродвигатель; 2 – кнопка "Стоп"; 3 – кнопка "Назад"; 4 – кноп-

ка "Вперед"; 5 – тумблер "Авария"; 6 – амперметр в силовой цепи электродвигателя; 7 – светодиоды; 8 – вольтметр в цепи катушки пускателя; 9 – ручка управления напряжением на катушках пускателя; 10

– пускатель "Вперед"; 11 – пускатель "Назад"; 12 – кнопка включения автоматического выключателя; 13 – кнопка отключения автоматического выключателя; 14 – тепловое реле; 15 – тумблер сетевой

С помощью указанных на рис. 4. технических средств реализована действующая система дистанционного управления асинхронным электродвигателем. Принципиальная электрическая схема представлена на рис. 5.

11

Рис. 5. Принципиальная схема управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного магнитного пускателя

Следует отметить, что аналогичная схема используется и для местного управления в случаях аварии или пусконаладочных работ. Различие имеет место лишь в длине проводов, соединяющих кнопочную станцию (4, 3, 2 – на рис. 4 и SB1, SB2, SB3 – на рис. 5) с местом расположения электродвигателя.

12

Для удобства ознакомления реверсивный магнитный пускатель (10,11 – на рис. 4 и КМ1, КМ2 – на рис. 5) смонтирован без стандартного защитного кожуха. Роль последнего выполняет ограждение из прозрачного стекла. Схема управления предусматривает возможность понижения напряжения на катушках пускателя за счет автотрансформатора TV с помощью ручки 9.

Имитация аварии осуществляется разрывом одной из фаз питания электродвигателя с помощью тумблера 5 (Т). Сигнализация режимов работы визуально оценивается по светящимся (или потухшим) светодиодам 7 (VD1, VD2). Собственно процесс управления по схеме на рис. 5 предусматривает пуск, остановку и реверсирование электродвигателя. Независимо от цепи управления для работы схемы необходимо включить автоматический выключатель QF, что позволяет подготовить силовые цепи и цепи управления к последующим переключениям. Например, при задаче запустить двигатель в направлении "Вперед" нужно нажать кнопку с самовозвратом SB1 "Вперед". При этом замыкается цепь питания катушки пускателя КМ1 и проходящий по ней ток вызывает срабатывание контактов пускателя, т.е. замыкаются силовые контакты КМ1.1 в цепи питания электродвигателя и последний начинает вращаться в заданном направлении. Одновременно замыкается блокконтакт КМ1.2, шунтирующий кнопку SB1 и позволяющий питать катушку КМ1 после возврата кнопки в разомкнутое (нормальное) состояние.

Кроме того, срабатывает (размыкается) блок-контакт КМ1.3 в цепи питания катушки КМ2 другого пускателя, что делает невозможным запуск электродвигателя в направлении "Назад" в случае несанкционированного доступа. Такого рода блокировка позволяет сохранить как электродвигатель, так и соединенные с ним кинематические элементы от выхода из строя.

И, наконец, блок-контакт КМ1.4, срабатывая (замыкаясь), способствует загоранию светодиода VD1, сигнализируя оператору о состоянии (режиме работы) электродвигателя.

При необходимости остановить электродвигатель нужно нажать нормально замкнутую кнопку SB3 (тоже с самовозвратом после снятия с нее пальца). Нажатие этой кнопки разрывает цепь питания катушки пускателя КМ1. Якорь пускателя под действием пружин поднимается (электромагнитные усилия исчезают), и это вызывает обратные перемещения ранее сработавших контактов: силовые контакты КМ1.1 раз-

13

мыкаются и двигатель останавливается; блок-контакты КМ1.2, КМ1.4 также размыкаются, а КМ1.3 – замыкается. Таким образом, все контакты приходят в исходное первоначальное состояние, какими они и изображены на рис. 5.

Для запуска электродвигателя нужно нажать кнопку SB2 "Назад". При ее нажатии замыкается цепь питания катушки КМ2, что вызывает притяжение якоря к неподвижной части магнитопровода пускателя и срабатывание контактов. Замыкаются силовые контакты КМ2.1 в цепи питания электродвигателя. Следует отметить, что замыкание контактов КМ2.1 вызывает переключение двух фаз, питающих обмотку статора электродвигателя, в отличие от контактов КМ1.1, коммутирующих включение в направлении "Вперед".

Срабатывают и блок-контакты КМ2.2, шунтирующие кнопку SB2. Замыкается и контакт КМ2.4, благодаря чему загорается светодиод. Контакт же КМ2.3 размыкается, не позволяя запустить электродвигатель "Вперед" без его остановки.

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомиться с настоящими методическими указаниями и техническими средствами, размещенными на учебном стенде. После разрешения преподавателя приступить к выполнению работы.

Подать напряжение на стенд (рис. 4), нажав сетевой тумблер 15 на верхнюю часть, после чего клавиша тумблера подсветится. Подготовить цепи электропитания схемы управления к включению, нажав (утопив) кнопку 12 автоматического выключателя. Ручку управления напряжением 9 на катушках установить в крайнее правое положение. Схема готова к подаче соответствующих команд в нормальных режимах эксплуатации.

Нормальный режим работы

Изначально следует провести работу именно в нормальных режимах. Для этого нажать кнопку 4 "Вперед" и определить, какой из магнитных пускателей срабатывает. Одновременно определить соответствующее направление вращения электродвигателя 1 по отметкам на выходном диске и загорание сигнального светодиода.

14

Чтобы убедиться в нормальной работе электродвигателя, следует остановить его, нажав кнопку 2 "Стоп". Проследить работу пускателя и действие световой сигнализации.

После полной остановки электродвигателя можно запускать его в обратную сторону, т.е. реверсировать. Для этого необходимо нажать кнопку "Назад". Одновременно следует наблюдать работу другого пускателя и сигнального светодиода на пульте управления. Правильность исполнения команд проследить по направлению вращения электродвигателя.

Если система управления функционирует нормально, следует проверить надежность электрических блокировок, реализуемых с помощью размыкающих блок-контактов КМ1.3 и КМ2.3 (рис. 5). Для этого при работающем (в нашем случае в направлении "Назад") двигателе необходимо нажать кнопку 4 "Вперед". При нормальной работе блокировок реакция системы будет нулевая, т.е. команда не будет выполняться и двигатель не изменит направления вращения.

Не следует одновременно нажимать две кнопки "Вперед" и "Назад", т.к. при практически равном быстродействии пускателей имеют место броски перенапряжений на их катушках, способные вызвать поломку пускателей.

Аварийный режим работы

При вращающемся в любом направлении электродвигателе, вращая ручку управления напряжением на катушках 9 против часовой стрелки и наблюдая за уменьшением величины напряжения по вольтметру 8, добиться отключения магнитного пускателя, ответственного за то или иное направление вращения. Для более четкого отключения пускателя желательно резкое падение напряжения (резкое вращение ручки до напряжения 150-160 В), при этом произойдет остановка электродвигателя без шумов в пускателе.

Возрастание тока в обмотке статора вызывает перегрев электродвигателя вплоть до выхода из строя (авария). Имитация аварийного режима производится с помощью тумблера 5 "Авария", переведенного в верхнее положение. При этом загорается светодиод "Авария" и стрелка амперметра 6 уходит в область максимальных значений. Одновременно происходит разогревание биметаллической пластины 2 (рис. 3) теплового реле и его последующее срабатывание, т.е. размыка-

15

ние контакта КА1, КА2 (рис. 5) в общей цепи питания катушек КМ1 и КМ2. Через некоторое время, которое необходимо измерить, катушки обесточиваются и силовые цепи питания оболочки статора разрываются из-за размыкания контактов КМ1.1 или КМ2.1. Таким образом, проверку работы теплового реле необходимо производить при нормально вращающемся в любую сторону электродвигателе и крайнем правом положении ручки 9, что соответствует напряжению питания катушек

220 В.

После срабатывания теплового реле тумблер 5 "Авария" установить в нижнее положение; отключить автоматический выключатель, нажав на красную кнопку 13, и снять напряжение со стенда, нажав на нижнюю часть тумблера 15 (подсветка исчезнет).

Работа окончена; следует приступить к анализу своих действий, подготовке к защите и ответам на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объясните принцип действия магнитного пускателя.

2.Что является входным и выходным сигналами магнитного пус-

кателя?

3.Как изменить направление вращения трехфазного асинхронного электродвигателя?

4.Зачем на схеме используют размыкающие и замыкающие блокконтакты?

5.Чем отличаются силовые контакты от блок-контактов?

6.Объясните принцип действия теплового реле.

7.Какие виды защиты обеспечивает магнитный пускатель?

8.На принципиальной электрической схеме объясните работу световой сигнализации.

9.Каким образом магнитный пускатель можно использовать для дистанционного автоматического управления электроприводом?

10.Объясните последовательность работы элементов на принципиальной электрической схеме при подаче команд "Назад, "Стоп", "Пуск".

16

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / В.В. Шувалов, Г.А. Огаджанов, В.А. Голубятников. – М.: Химия, 1991. – 480с.

2.Подлипенский В.С. Элементы и устройства автоматики: Учеб. для вузов / В.С. Подлипенский, Ю.А. Саблин, Л.Ю. Юрчук; Под. ред. Ю.А. Саблина. – СПб.: Политехника, 1995. – 472с.

Составители

ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ СТАРОВОЙТОВ НАДЕЖДА МИХАЙЛОВНА ШАУЛЕВА

КОНТАКТНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ РЕВЕРСИВНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Методические указания к проведению лабораторной работы по дисциплинам "Управление техническими системами"

и "Технические средства автоматизации"

для студентов специальностей 100700, 170100, 170500

Редактор А.В. Дюмина

Подписано в печать 21.03.03. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 50 экз. Заказ ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя. 28.

Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.