1. Введение
Дипломный проект состоит из теоретической и практической части. Практическая часть включает в себя исследование работы электрических аппаратов напряжением до 1000 В в различных схемах включения и режимах работы. Также в практическую часть входит разработка методики проведения лабораторных работ по дисциплине «Наладка электрооборудования».
В учебном процессе средних специальных учебных заведений наряду с теоретическим обучением значительное место отводится выполнению лабораторных работ. Правильное сочетание теоретических знаний с практикой лабораторных работ обеспечивает высокое качество подготовки специалистов.
Лабораторные работы по дисциплине «Наладка электрооборудования» знакомят учащихся с режимами работы электрических аппаратов и позволяют экспериментально проверить основные положения теории, приобрести навыки по сборке электрических схем, включающих в себя пускорегулирующую аппаратуру, измерительные устройства. Непосредственное участие в экспериментах вырабатывает у учащихся практические навыки по методике проведения опытов и обработки их результатов. По полученным результатам лабораторного исследования учащиеся должны научиться оценивать свойства электрических аппаратов различного типа.
Предварительная подготовка учащихся к каждой лабораторной работе и понимание ее целей и содержания - важнейшее условие. Поэтому, прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, учащийся должен: тщательно изучить содержание работы и порядок её выполнения; повторить теоретический материал, связанный с выполнением данной работы. По результатам лабораторной работы учащийся должен составить отчёт, который должен содержать необходимые схемы, таблицы и графики. Кроме того, учащийся должен знать назначение всех элементов схемы и уметь объяснить порядок действий при выполнении любого эксперимента в лабораторной работе.
трансформатор магнитный пускатель ток реле
2. Расчетно-конструкторская часть
2.1 Техническая характеристика объекта
Лабораторный комплекс «Электрические аппараты» (в дальнейшем изложении комплекс) предназначен для обучения студентов специальности 270116 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий», изучающих дисциплину «Наладка электрооборудования»
Комплекс может быть также использован на семинарах и курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.
Аппаратная часть комплекса выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:
а) спроектированные с учебными целями натурные аналоги электрических аппаратов
б) однофазный и трехфазный источники питания
в) однофазные трансформатор и автотрансформатор
г) асинхронную двигательную и статическую активную нагрузки
д) выпрямитель
е) реостат
ж) кнопочный пост управления
з) блок световой сигнализации
и) измерительные приборы
к) лабораторные столы с рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков
Питание комплекса осуществляется от однофазной напряжением 220 В и трехфазной напряжением 380 В электрических сетей с нейтральным и защитным проводниками
Потребляемая мощность В·А, не более 200
Габариты (длина/ширина/высота), мм (2х910)х850х1600
Масса, кг, не более 150
Комплексу типового лабораторного оборудования «Электрические аппараты» присущи следующие качества:
а) универсальность, которая выражается в возможности воспроизведения не только базовых экспериментов, но и более широкого круга задач моделирования
б) гибкость, которая обеспечивается возможностью компоновки требуемой конфигурации комплекса сообразно с задачами каждого конкретного эксперимента
в) наглядность результатов моделирования, которая обеспечивается их отображением на измерительных приборах комплекса
г) надежность, достигаемая за счет малой мощности силовых элементов, защитой электрических цепей от эксплуатационных коротких замыканий и неумелого обращения
д) электробезопасность, которая обеспечена выполнением элементов классом защиты от поражения электрическим током 01 и I также применением устройств защитного отключения, защищенных гнезд и проводников
е) компактность, которая обеспечена малой установленной мощностью элементов и использованием только требуемых для данного эксперимента блоков и приборов
ж) современный дизайн комплекса с учетом требований эргономики, инженерной психологии и эстетики
Асинхронный двигатель АД2 предназначен для применения по прямому назначению
Трехфазный источник питания предназначен для питания трехфазным и однофазным переменным током промышленной частоты функциональных блоков учебных лабораторных комплексов
Однофазный источник питания предназначен для питания однофазным переменным током промышленной частоты функциональных блоков учебных лабораторных комплексов
Активная нагрузка АН5 предназначена для моделирования однофазных потребителей активной мощности с регулированием вручную
Регулируемый автотрансформатор РАТ4 предназначен для преобразования однофазного нерегулируемого напряжения промышленной частоты в однофазное регулируемое напряжение той же частоты
Выпрямитель ВП1 предназначен для преобразования трехфазного (однофазного) напряжения переменного тока промышленной частоты в напряжение постоянного тока
Реостат Р3 предназначен для ограничения и регулирования тока в электрических цепях учебных лабораторных комплексов
Кнопочный пост управления КПУ2 предназначен для коммутации электрических цепей управления
Блок световой сигнализации БСС1 предназначен для световой сигнализации
Автоматический однополюсный выключатель АОВ1 предназначен для коммутации электрических цепей
Автоматический трехполюсный выключатель АТВ1 предназначен для коммутации электрических цепей
Контактор КМ1 предназначен для коммутации электрических цепей.
Реле максимального тока РМТ1 предназначено для применения в схемах релейной защиты переменного тока
Реле времени РВ1 предназначено для применения в схемах релейной защиты переменного тока
Промежуточное реле ПР1 предназначено для применения в схемах релейной защиты переменного тока
Однофазный трансформатор ОТ1 предназначен для понижения напряжения однофазного тока промышленной частоты
Сдвоенный реактор СР1 предназначен для ограничения тока в электрических цепях
Трансформатор тока ТТ2 предназначен для преобразования тока синусоидальной формы промышленной частоты в пропорциональный ему гальванически изолированный от сети нормированный ток
Трансформатор напряжения ТН2 предназначен для преобразования напряжения синусоидальной формы промышленной частоты в пропорциональное ему гальванически изолированное от сети нормированное напряжение
Блок мультиметров БМ8 предназначен для измерения активного сопротивления элементов электрической цепи, токов и напряжений в этой цепи
Измеритель тока и времени ИТВ1 предназначен для измерения действующего значения синусоидального тока промышленной частоты и времени его протекания
Лабораторный стол ЛС4-1 предназначен для размещения электротехнической и электронной учебной лабораторной аппаратуры
Лабораторный стол ЛС4-3 предназначен для размещения электротехнической и электронной учебной лабораторной аппаратуры, принадлежностей, эксплутационной документации и методических материалов
Все аппараты комплекса допускают работу при температурах от +10 до +35ºС и относительной влажности воздуха до 80% при 25ºС
2.2 Общие теоретические сведения об аппаратах до 1000 В
Электроустановки и применяемое в них электрооборудование в процессе монтажа, после его окончания и в условиях эксплуатации подлежат специальной проверке, опробованию и наладке в соответствии с требованиями, которые вытекают из условий их эксплуатации и специфических особенностей каждого вида установленного электрооборудования.
Несоблюдение этого правила влечет за собой, отклонение от заданного режима работы или нарушение бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей, повреждение или полное разрушение электрооборудования.
Все электрооборудование можно разделить на две группы первичное электрооборудование работающее на напряжение выше 1000 В и вторичное работающее на напряжение до 1000 В.
По сравнению с первичным оборудованием число вторичных аппаратов и приборов в большинстве электроустановок в десятки и даже сотни раз больше первых.
Вторичные аппараты и приборы, применяемые в электроустановках, отличаются большим разнообразием. К ним относят командные аппараты в виде кнопок, ключей и переключателей управления, сигнальные аппараты в виде электромагнитных сигнальноиндикаторных приборов ПСИ, сигнальных ламп, табло и приборов звуковой сигнализации, измерительные приборы и, наконец, многочисленные реле защиты и автоматики, различные по принципу действия, конструкции и области применения.
Целью наладки вторичных устройств является проверка и настройка аппаратуры управления, сигнализации, измерения, защит и автоматики, проверка правильности логического построения связей между всеми элементами устройства, правильного осуществления этих связей и обеспечения работоспособности и взаимодействия между различными элементами вторичных и первичных устройств.
Для правильной наладки необходимо знать устройство и принцип действия вторичных аппаратов.
2.3 Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы подразделяются на трансформаторы тока и напряжения и предназначаются соответственно для преобразования больших переменных токов и напряжений в относительно малые токи и напряжения. Благодаря трансформаторам можно применять приборы с небольшими стандартными номинальными значениями тока и напряжения (например, 5 А и 100 В) в высоковольтных цепях, по которым могут протекать большие токи.
Измерительные трансформаторы состоят из двух изолированных друг от друга обмоток, помещенных на магнитопроводе: первичной с числом витков w1 и вторичной с числом витков w2.
При измерениях в высоковольтных цепях трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживания приборов, присоединенных к вторичным обмоткам. Это достигается за счет электрической изоляции (гальванического разделения) первичной и вторичной обмоток трансформаторов и заземления металлического корпуса и вторичной обмотки. При отсутствии заземления и повреждении изоляции между обмотками вторичная обмотка и подключенные к ней приборы окажутся под высоким потенциалом, что недопустимо.
Трансформатор тока работает в режиме, близком к короткому замыканию, так как в его вторичную обмотку включаются приборы с малым сопротивлением. Полное суммарное сопротивление Z=R+jX приборов и подводящих проводов является нагрузкой трансформатора тока.
В зависимости от области применения измерительные трансформаторы тока изготавливаются стационарными, предназначенными для установки на открытых площадках распределительных устройств, станций и подстанций и в закрытых помещениях, и переносными – для использования в лабораториях. Стационарные трансформаторы, как правило, имеют один предел измерения, а переносные – несколько пределов.
Измерительные трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу, потому что ко вторичной обмотке трансформатора подключают приборы с относительно большим внутренним сопротивлением.
По внешнему виду и устройству трансформаторы напряжения мало отличаются от силовых трансформаторов на небольшие мощности. Лабораторные трансформаторы чаще всего бывают переносными на несколько пределов измерения.
Для трехфазных цепей изготовляются трехфазные трансформаторы напряжения.
2.4 Реле времени
Электромагнитное реле времени состоит из неподвижной части магнитопровода, на котором установлена катушка, и подвижной части магнитной системы с установленными на ней контактами. При отсутствии напряжения на катушке якорь под действием пружины находится в поднятом положении.
Особенностью конструкции реле времени является наличие на магнитопроводе массивной медной трубки (гильзы), которая и обеспечивает выдержку времени реле при отключении его катушки. Рассмотрим этот процесс подробнее. Включение реле происходит, как у обычного электромагнитного реле, подачей напряжения U на катушку после замыкания контакта. Якорь, притягиваясь к сердечнику, осуществляет без выдержки времени переключение контактов.
Выдержка времени обеспечивается за счет замедления возврата якоря в исходное положение. При снятии с катушки напряжения спадающий магнитный поток создает в гильзе вихревые токи, которые, по правилу Ленца, своим магнитным потоком поддерживают основной поток. Другими словами, наличие гильзы замедляет (демпфирует) спадание магнитного потока, а тем самым и перемещение якоря и контактной системы в исходное (отключенное) положение. В соответствии с таким принципом действия электромагнитное реле времени обеспечивает выдержку при размыкании замыкающего контакта и замыкании размыкающего контакта.
Выдержка времени реле регулируется ступенчато путем установки латунной немагнитной прокладки определенной толщины, закрепляемой на якоре (уменьшение толщины прокладки вызывает увеличение выдержки реле и наоборот), или плавно за счет изменения натяжения пружины с помощью гайки. Чем меньше будет затянута пружина, тем больше будет выдержка времени и наоборот.
Выдержка времени может быть получена у электромагнитного реле без установки гильзы путем закорачивания катушки после отключения ее от сети. В этом случае замкнутый контур, образованный катушкой и замыкающим ее контактом, играет роль электромагнитного демпфера. Однако выдержка времени в этом случае получается меньше, чем у реле с гильзой.
2.5 Реле максимального тока
Реле тока, иначе называемые реле максимального тока или максимальным реле, применяются для отключения электродвигателей при превышении их тока сверх допустимого, например, при заклинивании двигателя.
В данных реле использована одна из разновидностей электромагнитных систем, называемая системой с поперечным движением якоря.
Данная система состоит из сердечника с двумя полуобмотками расположенными на его полюсах. Перед полюсами помещен Г-образный стальной якорь, укрепленный на оси. На оси также укреплены возвратная пружина и изолированный от оси контактный мостик.
Начальное и конечное положение якоря ограничивается упорами левым и правым. В обесточенном состоянии реле контактный мостик замыкает правую пару неподвижных контактов, при появлении тока в обмотке реле якорь перемещается в сторону полюсов и мостик замыкает левую пару неподвижных замыкающих контактов.
Реле данного типа могут быть использованы как на переменном, так и на постоянном токе.
2.6 Контактор
Контактор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для частных дистанционных коммутаций силовых цепей двигателей. Контакторы различаются: по роду тока коммутируемой цепи (постоянного и переменного токов); по количеству главных контактов (одно-, двух- и многополюсные); по роду тока цепи катушки (с управлением от постоянного и переменного токов); по номинальным току и напряжению коммутируемых цепей; по конструктивному исполнению и другим признакам.
Магнитные системы контакторов постоянного и переменного токов отличаются: в контакторах постоянного тока сердечник цельный, а в контакторах переменного тока набран и листов электротехнической стали.
В контакторах переменного тока для предотвращения вибрации якоря под действием переменного магнитного потока в магнитной системе предусматривается короткозамкнутый виток из медного провода, надеваемый на одну из частей магнитопровода.
2.7 Автоматический выключатель
Это комплексные многоцелевые аппараты, которые могут обеспечивать как ручное включение и отключение двигателей, так и их защиту от сверхтоков и перегрузок. Для выполнения этих функций автомат, в общем случае, имеет контактную систему, замыкание и размыкание которой осуществляется вручную с помощью рукоятки или кнопки.
Контролируемый ток протекает через контакт автомата, нагреватель теплового реле, катушку реле максимального тока. При коротком замыкании в контролируемой цепи сердечник максимального реле втягивается в катушку и толкателем воздействует на рычаг. Последний поворачивается по часовой стрелке и приподнимает защелку. Освобождается рычаг и под действием пружины контакты автомата размыкаются.
Аналогичным образом происходит отключение автомата при перегрузке цепи, когда ток в ней больше номинального (расчетного), но меньше тока короткого замыкания. В этом случае ток, проходя по нагревателю теплового реле, вызывает нагрев биметаллической пластины. В результате этого свободный конец пластины поднимается вверх и через рычаг воздействует на расцепитель, вызывая этим отключение контактов автомата.
Часто в автоматах применяют тепловые расцепители без нагревателя, в этом случае контролируемый ток пропускается непосредственно через биметаллическую пластину. В маломощных автоматах такой расцепитель может выполнять функции и элемента максимальной токовой защиты.
2.8 Устройство защитного отключения
Как видно из названия, устройства защитного отключения (УЗО) отключают участок электрической сети, если на нем произойдет касание человеком токоведущих частей электроустановки или возникнет ток утечки через изоляцию, который может привести к развитию загорания.
По способу технической реализации УЗО разделяются на два типа:
электромеханические, функционально не зависящие от напряжения питания. Источником энергии, необходимой для срабатывания УЗО, является сигнал, на который реагируют устройства – ток утечки, иначе называемый дифференциальным током; электронные УЗО, функционально зависящие от напряжения питания. Механизм этих УЗО для срабатывания нуждается в энергии, получаемой от контролируемой сети или от внешнего источника.
В момент прикосновения человека к токоведущим частям или к корпусу электрооборудования, находящемуся под напряжением, по проводнику через УЗО, кроме тока нагрузки, протекает дополнительный ток – ток утечки, или дифференциальный (разностный) ток.
Неравенство токов в фазном проводнике и в нейтральном проводнике приводит к возникновению во вторичной обмотке трансформатора дифференциального тока.
При превышении этим током тока уставки порогового элемента последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм, который размыкает электрическую цепь, и защищаемая электроустановка обесточивается.
2.9 Электротепловое реле
Электротепловые реле надежно защищают двигатели от небольших, но устойчивых перегрузок. Основными частями реле являются нагревательный элемент и биметаллическая пластинка. Нагревательный элемент последовательно включается в силовую цепь двигателя. При протекании по нему тока, величина которого превышает величину номинального тока двигателя на 10-20%, выделяется тепло, которого оказывается достаточно для того, чтобы биметаллическая пластинка, разгибаясь, освободила рычаг. Это приводит к размыканию контактов цепи управления. В первоначальное положение рычаг возвращается после нажатия на кнопку возврата.
2.10 Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Асинхронные электродвигатели являются основными электродвигателями для приведения в действие производственных машин и механизмов. В технике наиболее распространены асинхронные трехфазные электродвигатели.
Асинхронный трехфазный электродвигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор двигателя представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью уменьшения потерь мощности в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. В пазах сердечника статора уложена трехфазная обмотка, выполненная из изолированного провода и состоящая из трех отдельных обмоток фаз, оси которых сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120 градусов. Обмотки фаз соединяются между собой звездой или треугольником, в зависимости от значения подводимого напряжения.
Страницы: 1, 2, 3, 4
