42259

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТОРОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лабораторная работа

Физика

В работе исследуются коммутационные процессы и динамические характеристики по результатам осциллографирования соответствующих процессов на контакторах постоянного МК1 и переменного РПУ1 тока. Исследование нагрузочной характеристики производится на препарированном образце контактора постоянного тока серии МК1. Устройство контакторов Контактор постоянного тока серии МК1 выполнен на номинальный ток 40 А и напряжение 220 В.

Русский

2013-10-28

79 KB

22 чел.

4. Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТОРОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

4.1. Предмет исследования

В работе исследуются коммутационные процессы и динамические характеристики по результатам осциллографирования соответствующих процессов на контакторах постоянного (МК-1) и переменного (РПУ-1) тока.

Исследование нагрузочной характеристики производится на препарированном образце контактора постоянного тока серии МК-1.

Устройство контакторов

Контактор постоянного тока серии МК-1 выполнен на номинальный ток 40 А и напряжение 220 В. Контактор может быть также использован при напряжении 380 В переменного тока при том же токе 40 А. Контактные накладки главных контактов выполнены из металлокерамики на основе серебра, вспомогательные контакты - из сплавов на серебряной основе [1, 3]. Номинальный ток контактов вспомогательных цепей 10 А, коммутируемый ток  0,5 А при 220 В постоянного тока, 3,5 А при 220 В переменного. Механическая износостойкость контактора  равна 10 млн срабатываний. Допустимая частота срабатываний  Z = 1200 вкл/час при ПВ  40 %.

На рис. 4.1,а представлена конструкция контактора. В основу конструкции положен клапанный электромагнит 1 с двумя намагничивающими катушками 2. Использование двух катушек, работающих в параллель на один якорь 3, позволяет уменьшить габарит магнитной системы. Вращательное перемещение якоря 3 преобразуется в поступательное перемещение траверс главного контакта 5 и вспомогательных контактов 6 за счет рычага 4, выполненного из изоляционного материала. Траверса 5 несет на себе главный контакт мостикового типа 7 с контактной пружиной 8 и возвратную пружину 9. Траверса 6 содержит в себе подвижные вспомогательные замыкающие контакты (З) 10 и размыкающие (Р) 11 с соответствующими контактными пружинами 12 и 13. Неподвижные контакты 15 закреплены на изоляционной стойке 14, укрепленной на основании конструкции 1. (На рисунке для более ясного понимания конструкции передняя стойка с неподвижными вспомогательными контактами 15, 16 и неподвижный дугогасительный рог 17 главного контакта не показаны). Положение траверсы 6 соответствует отключенному состоянию, работа размыкаемых вспомогательных контактов 11, 16 определяется возвратными пружинами 9 и 18. На рис. 4.1,б представлен вид сбоку одного полюса главных контактов. Для эффективного гашения дуги при коммутации используется дугогасительная система с магнитным дутьем и дугогасительной камерой 22 щелевого типа. Система магнитного дутья состоит из последовательно включенной катушки 19 и магнитопровода, образуемого сердечником 20 и двумя магнитными щеками 21.

На рис. 4.2 представлен контактор переменного тока типа РПК-1, номинальные параметры которого следующие:

- напряжение переменного тока главных цепей  до 500 В;

- номинальный ток главной цепи     16 А;

- количество контактов      4Р и 43:

- номинальное напряжение втягивающей катушки  220 В.

Главные контакты могут работать также в цепи постоянного тока с напряжением до 440 В и номинальным током 16 А. Допустимое число включений Z = 1200 вкл/ч при ПВ%=40 %. На рис. 4.2,б представлен разрез конструкции контактора РПК-1 по одному из полюсов.

Контактор переменного тока имеет разъемное изоляционное основание 1 и 2, в котором расположен электромагнит 3 с намагничивающей катушкой 4. Якорь 6 электромагнита жестко связан с подвижной системой 7, выполненной из изоляционного материала, несущей подвижные контактные мостики 10, 11, контактные пружины 12, 13 и возвратную пружину (на рисунке не показана). Неподвижные контакты смонтированы на изоляционных несущих стойках 15. Для снижения вибрации при замыкании магнитной системы используются демпферы - (пружины, твердая резина) 14. Для уменьшения пульсации электромагнитной силы во включенном состоянии на крайних полюсах основания магнитной системы вмонтированы короткозамкнутые витки 5 (рис. 4.2,б).

Подробное описание пускателя и работа отдельных его узлов рассмотрены в учебнике А.А. Чунихина [1].

4.2. Описание установки

Изучение механической нагрузочной характеристики производится на препарированном образце контактора МК-1, смонтированном на лицевой стороне лабораторного стенда. Схематическое изображение контактора и тензометрического устройства измерения сил, действующих на якорь, представлено на рис. 4.6.

Перед проведением испытаний включить при помощи общего автомата QF1 питание стенда. Ключом SA6 подключить питание непосредственно к испытуемому объекту - положение 5 (индикация над ключом SA6 и под контактором). Ключом SA5 включить питание усилителя постоянного тока. Дать прогреться прибору в течение 30 мин, после чего при помощи отвертки произвести коррекцию нуля показаний вольтметра, соответствующую балансу измерительной схемы.

При помощи винта 1, плавно перемещая подвижную систему контактора, произвести предварительный опыт по перемещению якоря от начального до конечного положений. Это необходимо для контроля работоспособности световой индикации и для ориентировочной оценки момента изменения состояния контактов по шкале 3. Достижение якорем конечного положения определяется также по световой индикации "Я", срабатывающей от концевого выключателя, вмонтированного в один из полюсов магнитной системы. Дальнейшее нагружение тензобалки может привести к выходу из строя тензодатчиков. Поэтому после загорания индикации "Я" следует прекратить нагрузку балки и вернуть винт 1 в исходное положение. Проверить показания прибора, при необходимости произвести коррекцию.

При проведении испытаний обязательно фиксировать моменты изменения положения соответствующих контактных групп, по загоранию соответствующих ламп индикации, величину перемещения якоря по шкале и показания вольтметра. В целях более рационального проведения экспериментов следует учитывать, что характеристики пружин линейные, жесткость пружин постоянна. При пересчете показаний вольтметра в усилие принять коэффициент тензомоста Kм = 0,71 Г/мВ постоянным.

На рис. 4.3 представлена механическая приведенная характеристика контактора постоянного тока, на которой можно выделить следующие составляющие: Рвозвр  характеристика возвратной пружины, обеспечивающей фиксированное начальное положение подвижной системы, а также создающая необходимое усилие для работы размыкаемых (Р) вспомогательных контактов (ВК); Ргк  характеристика контактных пружин главных контактов (ГК);  провал главных контактов;  раствор главных контактов; нач  начальный зазор приводного электромагнита; '  провал вспомогательных контактов размыкаемых; "  провал вспомогательных контактов замыкаемых; Р  суммарная приведенная характеристика противодействующих сил.

4.3. Задание на работу и методические указания по ее выполнению

4.3.1. Ознакомиться с конструкциями и принципами действия изучаемых контакторов.

4.3.2. Произвести анализ и обработку осциллограмм, отражающих динамику переходных процессов в цепях управления и нагрузочных цепях. Схемы обработки осциллограмм представлены на рис. 4.4 (для контактора постоянного тока) и рис. 4.5 (для контактора переменного тока).

Изображения на схемах соответствуют следующим процессам (сверху вниз):

на постоянном токе:

1  размыкающий вспомогательный контакт;

2  ток электромагнита управления;

3  напряжение на главных контактах (силовых);

4  ток коммутируемой цепи (нагрузки);

5  замыкающий вспомогательный контакт (блокконтакт),

на переменном токе:

1  падение напряжения на нагрузке;

2  ток электромагнита управления;

3  напряжение на главных контактах (силовых);

4  ток коммутируемой цепи (нагрузки).

При анализе и обработке осциллограммы следует воспользоваться следующими масштабами:

на постоянном токе:

- ток в катушке электромагнита КМ1  0,5 мА/мм;

- ток в коммутируемой цепи КМ1  0,73 А/мм;.

- время  0,02 с/дел;

- напряжение питания  190 В;

на переменном токе:

- ток в катушке электромагнита КМ3  16,6 мА/мм;

- ток в коммутируемой цепи  0,625 А/мм;

- напряжение питания (действующее значение)  220 В;

- частота (масштаб времени)  50 Гц.

Из обработки осциллограмм определить следующие параметры:

а) установившуюся величину тока Iуст в силовой цепи и цепи управления (на постоянном и переменном токе);

б) время трогания, движения и полное время включение электромагнитов управления (постоянного и переменного тока);

в) собственное время срабатывания контакторов постоянного и переменного тока;

г) время задержки - время от момента исчезновения тока в обмотке электромагнита до момента размыкания главных контактов (на постоянном и переменном токе);

д) длительность горения дуги и перенапряжение на постоянном токе;

е) величину постоянной времени в силовой цепи и индуктивность (на постоянном токе);

ж) величину постоянной времени электромагнита управления при начальном и конечном положениях якоря, относительную кратность их изменения (на постоянном токе);

з) амплитуду тока в обмотке электромагнита управления переменного тока в начальный момент, определить кратность изменения тока в обмотке Kкр = Iнач/Iуст, рассчитать кратность изменения индуктивности при этом, если Rакт=300 Ом, U=232 В;

и) величины активного и индуктивного сопротивления нагрузки, угол сдвига фаз, значения ударного коэффициента

Kуд = Iуд /Iуст;

к) среднюю скорость движения якоря при включении и отключении контактора постоянного тока.

4.3.3. Произвести сопоставление полученных результатов на постоянном и переменной токе по динамике электромагнитов управления, по длительности горения дуги и перенапряжениям для силовой цепи.

4.3.4. Снять механическую противодействующую характеристику Pпр() контактора постоянного тока (см. описание установки п. 4.2).

4.3.5. Произвести исследование модифицированной противодействующей характеристики при:

а) изменении момента размыкания вспомогательных  (размыкаемых) контактов (Р);

б) изменении момента замыкания вспомогательных  (замыкаемых) контактов (З);

в) изменении начального усилия возвратной пружины;

г) момента замыкания главных контактов.

Изменение момента замыкания или размыкания контактных групп на макете достигается за счет использования специальных скобок из латуни или меди, закрепляемых на испытуемых контактах. Сами измерения производятся по методике, изложенной в п.п. 4.2.

Изменение величины предварительного усилия возвратной пружины достигается изменением положения винта, установленного на подвижной системе в узле между главными контактами. Там же расположена шкала, позволяющая определять величину изменения этой деформации.

Испытания провести при дополнительной деформации пружины на 5 мм. Измерения провести до достижения момента переключения нормально разомкнутого вспомогательного контакта, остальную характеристику достроить по имеющейся базовой п. 4.3.4. Дальнейшие измерения невозможны ввиду блокировки подвижной системы, деформированной до своего предела возвратной пружиной.

4.3.6. Произвести построение результатов измерений в п. 4.3.4 и 4.3.5 на одном графике.

4.3.7. Рассчитать соответствующие коэффициенты приведения для определения фактических усилий, развиваемых контактными пружинами Pкон и Pнач главных и вспомогательных контактов, фактические растворы и провалы соответствующих контактных групп.

Для определения коэффициентов приведения следует воспользоваться схематическим изображением контактора (рис. 4.6) и правилом рычага. При этом размеры соответствующих плеч следующие:

lя = 38 мм  плечо приложения действующей на якорь силы, создаваемой электромагнитом управления контакторами;

lгк = 46 мм  расстояние от оси вращения подвижной системы до расположения траверсы, несущей главные контакты;

lвк = 48 мм  расстояние от оси вращения подвижной системы до расположения траверсы, несущей группы вспомогательных контактов;

lшк = 91 мм  расстояние от оси вращения подвижной системы до шкалы, измеряющей ее перемещение;

lтд   расстояние от оси вращения подвижной системы до системы тензодатчиков, закрепленных на упругой балке 2 преобразующих усилия от винта перемещения 1  в электрический сигнал (см. рис. 4.6).

Для примера определим коэффициенты приведения усилия и зазора электромагнита управления.

,

тогда зазор в мм

.

Исходя из условия

,

можно определить Ря

,

откуда следует, что

.

4.3.8. Нанести на один график п. 4.3.6. статическую тяговую характеристику Pст электромагнита, представленную на рис. 4.3.

4.3.9. Рассчитать приближение тока трогания и времени трогания и сравнить с результатами п. 4.3.2,а, в.

Время трогания можно найти по формуле

,

где Тнач  величина постоянной времени электромагнита в начальном положении (п. 4.3.2.ж), с; Iу - Iтр  установившееся значение и ток трогания электромагнита (п. 4.3.2,а, б).

При определении тока трогания расчетным путем, пренебрегая магнитным сопротивлением стали, в начальном положении электромагнита, можно пользоваться энергетической формулой определения силы, развиваемой электромагнитом.

,

где F = I N  падение магнитного потенциала в рабочем зазоре электромагнита, равное магнитодвижущей силе, создаваемой двумя катушками намагничивания. Параметры каждой катушки Rэл = 635 Ом, число витков N = 104. Напряжение питания цепи управления U = 190 В.

В первом приближении магнитную проводимость рабочего зазор в Гн можно оценить по следующей зависимости:

,

а ее производную

,

где S0 = 58010-6 м2  площадь полюса одного электромагнита,  начальный зазор; 0 = 410-7 Гн/м. Таким образом

.

Следует заметить, что обмотки электромагнитов включены электрически последовательно и согласно в магнитном отношении, так как магнитные потоки каждой катушки замыкаются независимо по двум параллельным магнитным цепям, объединенным общим якорем.

Из последнего выражения необходимо определить МДС Fтр трогания при условии, что электромагнитное усилие в этот момент становится равным или больше усилий, противодействующих движению Pэл  Pпрот.

;

;

.

где Pэл = Pпрот  величина противодействующих сил для начального положения якоря, определяемая из экспериментальных данных.

4.3.10. Используя результаты построений п. 4.3.8, определить коэффициент возврата контактора для характеристики нормального исполнения и при различных модификациях.

Коэффициент возврата можно определить по следующему выражению для статической характеристики

,

где Pсраб - усилие, развиваемое электромагнитом при I = Iуст в конечном положении (Pэл) ;

= Pсраб - Pотп .

4.3.11. По результатам п. 4.3.7 и 4.3.8 определить жесткости пружин главных и вспомогательных контактов и возвратной пружины.

Как известно из курсов физики и механики усилие, развиваемое пружиной с линейной характеристикой, определяется по выражению

где С - жесткость пружины; X - деформация.

Откуда, используя построение и расчеты п. 4.3.6 и 4.3.7, можно вычислить жесткость любой из пружин

.

4.4. Контрольные вопросы

1. Объяснить зависимость i = i(t) в обмотке электромагнита управления контактора постоянного и переменного тока.

2. Объяснить особенность процесса гашения дуги постоянного и переменного тока.

3. Какие виды дугогасительных устройств используются при коммутации сильноточных цепей постоянного и переменного тока?

4. Объяснить физику явления запаздывания момента размыкания контактов после исчезновения тока в обмотке электромагнита постоянного и переменного тока.

5. Почему коэффициент возврата устройств, управляемых электромагнитами постоянного тока ниже, чем при управлении электромагнитами переменного тока?

6. Почему во всех пружинах, используемых в конструкции, создается определенная величина предварительного натяга?

7. Объяснить влияние характера нагрузки (активная или индуктивная) на особенность процесса гашения дуги постоянного и переменного тока.

8. От чего зависит перенапряжение при коммутации цепи постоянного тока?

9. Какое влияние на коэффициент возврата оказывает наличие нормально разомкнутых вспомогательных контактов?

10. Почему момент замыкания нормально разомкнутых контактов не совпадает с моментом размыкания нормально замкнутых контактов?

11. Объяснить назначение и принцип действия короткозамкнутых витков, устанавливаемых на внешних неподвижных полюсах магнитных систем переменного тока.

12. Почему при попадании какого-либо постороннего предмета (пыль, грязь, влага, ржавчина) на полюс электромагнита переменного тока возникает сильное гудение и вибрация якоря?

 Вб1 – Вб6 – обозначения вибраторов (Вб) шлейфового зеркала осциллографа, который использовался для снятия осциллограмм.

 Параметр lтд конкретизируется во время работы на каждом стенде


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3313. Кроектирование мостового грейферного крана 237 KB
  Введение Мостовые краны относятся к кранам пролётного типа. Данные краны широко применяются на судоремонтных заводах, закрытых и открытых складах, в мастерских, производственных цехах, на монтажных и ремонтных площадках, а также на всех промышленных...
3314. Обработка результатов измерений. Лабораторные работы 3.8 MB
  Обработка результатов измерений 1. Прямые и косвенные измерения Изучение физических явлений и их закономерностей, а также использование этих закономерностей на практике связано с измерением физических величин. По способу получения результатов физиче...
3315. Измерение длин штангенциркулем и микрометром 432 KB
  Измерение длин штангенциркулем и микрометром Цель работы: овладение навыками измерения линейных размеров тел с помощью штангенциркуля и микрометра, определение погрешности прямых измерений, определение объема и площади образца. Приборы и принадлежно...
3316. Кино Италии (1896 - 1929) 341 KB
  Кино Италии (1896 - 1929) В начале XIX века Италия, под руководством Джузеппе Гарибальди объединилась в единое государство. Для нового государства нужны были колонии, поэтому начались захватнические войны. Первая Абессинская компания (1896) закончил...
3317. Изготовление скрин-фильма 2.3 MB
  Изготовление скрин-фильма Скрин-фильм – это видеофильм, созданный на основе книжных иллюстраций к небольшим рассказам, сказкам, стихотворениям и сопровождаемый фонограммой, записанной с микрофона или скачанной из сети Интернет. Т.е. это видео и...
3318. Расчет плазмотрона и определение его характеристик 203.5 KB
  Пояснительная записка к курсовой работе: 24 с., 4 рис., 1 таблица, 5 источников. Объект исследования – электродуговой плазмотрон постоянного тока косвенного действия. Цель работы – определение основных характеристик плазмотрона. Метод иссл...
3319. Чрезвычайные ситуации в мирное и военное время. 1.17 MB
  Краткая характеристика чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени Введение. Понятие о хирургии, травмах.  Чрезвычайные ситуации мирного времени.  Возможные аварии, катастрофы и стихийные бедствия в г. Воронеже и области...
3320. Техника и технология транспорта в туризме 163 KB
  Введение Учебная дисциплина рассматривает вопросы, связанные с техникой и технологией использования различных видов транспорта в туризме, технико-экономические и технико-эксплуатационные показатели различных видов туристского транспорта и порядок их...
3321. Военно-промышленный комплекс СССР в 1920–1950-е годы: темпы экономического роста, структура, организация производства и управление 2.25 MB
  Предлагаемая читателю книга – первая в отечественной литературе научная монография, посвященная истории формирования советского военно-промышленного комплекса – наиболее динамично развивавшейся совокупности видов промышленного производства...