Лабораторная работа № 10.

Изучение элементов автоматики, защиты и пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы: Изучение устройства, принципа действия и включения в цепь реле различных типов и магнитного пускателя.

Оборудование:

1. РНШ.

2. Сигнальная лампа.

3. Реостат 20Ом, 5А.

4. Трансформатор тока 15А, 50А.

5. Миллиамперметр переменного тока 500мА.

6. Модель магнитного пускателя.

7. Вольтметр 150-300-600В.

8. Электроплитка.

9. Магнитный пускатель.

10. Промежуточное реле МКУ-48.

11. Реле максимального тока ЭТ-523/20.

12. Реле времени ЭВ-224.

13. Тепловое реле.

14. Амперметр переменного тока на 5-10 А.

15. Электроплитка.

16. Реостат 30 Ом 5 А.

17. Электрическая лампочка.

18. Ключ.

19. Трансформатор 36/380 В.

Контрольные вопросы.

1. Объяснить устройство и принцип действия реле электромагнитного типа.

2. Объяснить устройство и принцип действия теплового реле.

3. Объяснить устройство и принцип действия реле времени.

4. Чем вызвана необходимость применения реле времени и промежуточного реле в схеме релейной защиты?

5. Почему большой пусковой ток не вызывает отключения двигателя, а сравнительно небольшой ток перегрузки приводит к отключению двигателя?

6. Объяснить работу магнитного пускателя.

7. Объяснить, как управляется магнитный пускатель с помощью кнопочной станции. Как подключается кнопочная станция к магнитному пускателю

8. Назначение блок-контактов.

Теоретические сведения.

Электрические элементы автоматики весьма разнообразны. Широко распространены электромеханические, электромашинные, ферромагнитные, электронные и другие электрические элементы. Действие их основано на использовании взаимосвязей между электрическими, с одной стороны, и механическими, тепловыми, магнитными и другими процессами с другой. Внутри каждой из перечисленных групп велико разнообразие элементов и схем Большое распространение в автоматике нашли реле.

Реле - автоматический аппарат, который служит для автоматического замыкания или размыкания вспомогательных электрических цепей при изменении какого-либо параметра главной силовой цепи.

В данной работе будут рассматриваться только реле электромагнитного типа.

Магнитная цепь аппарата состоит из неподвижной части – сердечника, и подвижной части - якоря. На сердечнике расположена катушка электромагнита, а якорь его тесно связан с подвижными контактами аппарата. Магнитопровод и катушка, составляющие магнитную систему аппарата, могут быть выполнены для работы от источника постоянного или переменного тока.

При подключении катушки к сети якорь реле, преодолев сопротивление пружины, мгновенно притягивается к сердечнику, вследствие чего контакты или замыкаются, или размыкаются. В большинстве случаев подобные реле снабжены большим числом пар контактов, часть из которых может быть нормально замкнутых, а часть нормально разомкнутых.

В тех случаях, когда необходимо размножить сигнал, т. е. произвести одновременное замыкание и размыкание в 5-7, цепях используют промежуточное реле. Это такое же реле, но с большим числом нормально открытых и нормально закрытых контактов.

В схемах автоматического управления нашли широкое применение реле времени, контакты которых могут замыкаться и размыкаться с заданной выдержкой времени Время замедления может достигаться из-за наличия медной гильзы между катушкой и сердечником.

К разновидностям электромагнитных реле для защиты аппаратов относятся реле максимального и минимального тока и напряжения. Данные реле реагируют соответственно на максимальное и минимальное значение тока или напряжения.

Для всех электромагнитных реле характерны параметры: наименьший ток, при котором происходит размыкание (замыкание) контактов реле, он называется током трогания , наибольший ток, при котором контакты реле приходят в исходное положение, называется током возврата .

Величина называется коэффициентом возврата реле.

Для реле напряжения:

Для реле с выдержкой времени основной характеристикой является зависимость времени от величины рабочего тока .

Для дистанционного управления и автоматической защиты асинхронного двигателя применяют магнитный пускатель. Он представляет собой трехполюсный контактор переменного тока , укомплектованный тепловыми реле. Длительная работа электродвигателя допустима с нагрузкой в пределах номинальной мощности, которая указывается на его паспорте.

При работе с нагрузкой двигатель потребляет из сети токи, превышающие его номинальный ток, что может привести к перегреву изоляции и к повреждению двигателя. Кроме перегрузки, опасный для трехфазного двигателя режим наступает при обрыве одного из трех проводов, соединяющих его с источником питания.

Защищаются двигатели от перегрузки и с помощью тепловых реле, которые состоят из биметаллической пластины, сваренной из металлов с различными коэффициентами теплового линейного расширения (например, латунь и инвар). Ток двигателя проходит через нагревательный элемент (нихромовую спираль), расположенный близко от биметаллической пластины. При увеличении тока возрастает количество тепла, выделяемое нагревательным элементом, что приводит к прогреву пластины и ее выгибанию. При достаточном прогибании пластины происходит поворот рычага, с помощью которого разрывается контактная система, то есть разрывается цепь питания катушки контактора.

Для защиты двигателя от перегрузки применяется два тепловых реле, которые встраиваются в контактор. Полученное устройство вместе с кнопкой называется магнитным пускателем.

Для защиты двигателя большей мощности часто применяется релейная защита, собранная из электромагнитных реле максимального типа, промежуточного и времени.

ХОД РАБОТЫ.

1. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ МКУ-48.

У большинства основных реле, применяемых в устройствах реле защиты, контакты не рассчитаны на замыкание или размыкание цепи относительно большими токами. В ряде случаев количество контактов реле не позволяет одновременно замкнуть несколько независимых цепей. При необходимости увеличения отключающей способности и размножения контактов основных реле применяются промежуточные реле ''РП''. Промежуточные реле являются вспомогательными и самостоятельного значения не имеют.

Реле состоит из магнитопровода, с расположенной на нем обмоткой стального якоря с укрепленными на нем контактами, неподвижных контактов и противодействующей пружины. Реле работает следующим образом: при появлении тока в обмотке электромагнита якорь с закрепленными на нем подвижными контактами притягивается к сердечнику электромагнита, замыкает нормально открытые контакты и размыкает нормально закрытые контакты. При прекращении питания якорь под действием собственного веса и пружины возвращается в первоначальное положении, т.е. в положение готовности к действию.

Реле предназначено для работы на переменном токе. Номинальное напряжение 220 Вт. Разрывная мощность контактов не более 500Вт. Длительно допустимый ток не более 5 А. Собственное время срабатывания реле не более 0,03 с. Потребляемая мощность не более 5 Вт.

Контактная система промежуточного реле

Ознакомиться с устройством реле. Определить с помощью омметра выводы катушки и контактов. Собрать цепь реле напряжения (рис.1). Увеличивая напряжение заметить величину тока, при котором происходит трогание и замыкание контактов, затем, уменьшая напряжение, заметить величину тока, при котором происходит возвращение контактов в исходное положение.

Изменив напряжение трогания и напряжение возврата, вычислить коэффициент возврата.

Рис.1. Схема испытания реле напряжения.

РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА ЭТ 523/20. Пределы установок тока срабатывания: последовательное соединение катушек: 5-10А, параллельное соединение катушек: 10-20 А.

Контактная система реле максимального тока

Ознакомиться с устройством реле, произвести осмотр контактов, элементов регулировки подвижной системы. Определить с помощью омметра выводы катушки и контактов. Собрать схему реле тока. Установить указатель шкалы реле на ток установки. Собрать и включить цепь (рис.2). Постепенно увеличивая ток с помощью РНШ от минимального значения, зафиксировать величину тока, при которой реле придет в действие . Уменьшая ток, отметить наибольший ток , при котором реле возвратится в исходное положение. Повторить опыт для всей шкалы установки реле. Для каждого случая вычислить коэффициент возврата.

Рис.2. Схема испытания реле максимального тока.

Заполнить таблицу.

Результат наблюдений				Вычислено
№,

3. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ ТИПА ЭВ-224.

Реле времени типа ЭВ-224 с часовым механизмом применяются в устройствах релейной защиты для создания выдержки времени. Реле состоит из электромагнитной системы и часового механизма с контактами.

Реле работает на переменном токе. Номинальное напряжение 380 В.

Пределы установки выдержек времени 0,25-3 с. Потребляемая мощность 15 ВА. Разрывная мощность контактов 100 Вт. Длительно допустимый ток замыкания 5 А.

Контактная система реле времени

Ознакомиться с устройством, действием и регулировкой реле. Собрать схему (рис.3). Для снятия характеристики выдержки времени необходимо произвести исследование при токах равных , , , , .

Определить предварительно ток установки для данного тока реле. Установить реле на исследуемое время.

Рис.3. Схема испытания реле времени.

Заполнить таблицу для различных токов .

	Нагрузка
№,

Построить график .

4. Ознакомьтесь с устройством и принципом действия теплового реле (рис.4), предварительно собрав схему рис.2. Установить величину тока , где - номинальный ток нагревательного элемента реле. Зафиксировать время срабатывания реле.

Рис.4. Схема испытания теплового реле.

Заполнить таблицу.

	Нагрузка
№,

4. Ознакомиться с устройством и принципом действия модели магнитного пускателя. Собрать цепь для дистанционного управления процессов включения и выключения нагрузки (рис.5).

Рис.5. Схема включения модели магнитного пускателя.

6. Испытать магнитный пускатель промышленного типа. (Рис. 6).

Рис.6. Схема включения магнитного пускателя промышленного типа.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

Простейшая схема токовой защиты состоит из реле максимального тока, реле времени, промежуточного реле и магнитного пускателя. Работает схема следующим образом (рис.1).

Рабочая цепь проходит через нормально замкнутые контакты РП и обмотку реле максимального тока РМТ. Если реостатом R установить ток в цепи больше тока срабатывания реле РМТ (больше 5А), то реле срабатывает и замыкает контакты в цепи катушки реле времени РВ. По истечении установленной выдержки времени РВ срабатывает и замыкает контакты в цепи катушки промежуточного реле. Промежуточное реле разрывает цепь тока в рабочей цепи и одновременно в цепи катушки магнитного пускателя. Магнитный пускатель отключает все три цепи: рабочую цепь, цепь РВ и цепь РП от источника тока.

Рис.7. Схема максимальной токовой защиты

ИСПЫТАНИЕ ЦЕПИ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ.

Перед началом работы реостат ввести полностью (максимальное сопротивление). Нажать кнопку ''Пуск''. В рабочей цепи установить ток I₀, загорается контрольная лампочка. Реостатом R установить в рабочей цепи силу тока больше тока срабатывания реле РМТ (больше 5 А). Пронаблюдать замыкание цепи реле времени подвижным контактом РМТ, затем движение скользящего контакта реле времени и включение рабочей цепи промежуточного. После этого снова ввести реостат, нажать кнопку ''Пуск'' и повторить наблюдения.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. А.А.Евсюков М Электротехника.. «Просвещение» 1979.

2. Электротехника.Под. ред.Ю.Л.Хотунцева М.Изд-во «Агар» 2002.

3. Электротехника.Под. ред.А.Я Шихина М. «Высшая школа» 2001.

4. И.П.Жеребцов. Электрические и магнитные цепи. Основы электротехники.

Л-д.1987.

5. А.С.Касаткин. Основы электротехники. М. «Просвещение» 1968

6. А.С.Касаткин,М.В.Немцов. Электротехника,М. Энергоатомиздат. 1983.

7. Электротехника.Под. ред.В.Г.Герасимова. М. «Высшая школа» 1985

8. Н.В.Камышанченко. Электротехника.. Методич. указ. Ротопринт БТИСМ.1992