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

23 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

22844. Визначення коефіцієнта в’язкості газу 1.32 MB
  При ламінарній течії газу по капілярній трубці різні шари газу набувають різної швидкості направленого руху. Розглянемо більш детально течію в’язкого газу по трубці радіуса . Припустимо що потік ламінарний що газ при невеликих тисках нестисливий що течія всановилась і що газ повністю змочує стінки трубки тобто швидкість газу біля стінок трубки дорівнює нулеві.
22845. Визначення вологості повітря 1.2 MB
  Атмосферне повітря має в своєму складі деяку кількість водяної пари що обумовлює вологість повітря. Абсолютною вологістю називається кількість водяної пари що знаходиться в одиниці об'єму повітря. З рівняння стану ідеального газу густину повітря при нормальних умовах можна представити так: пов= 1 позначення загально прийняті.
22846. Визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини 545 KB
  Залежність об’єму рідини від температури виражається рівнянням: а при невеликій точності можна обмежитися виразом: де – об’єм рідини при температурі 0C температурний коефіцієнт об’ємного розширення рідини. Прямим способом вимірювати об’єм рідини при різних температурах для визначення важко бо при цьому змінюється і об’єм посудини в якій знаходиться рідина. Французькі вчені Дюлонг і Пті запропонували спосіб визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини при якому відпадає необхідність вимірювання об’єму рідини.
22847. ОДЕРЖАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ ВИСОКОГО ВАКУУМУ 5.3 MB
  Різного роду вакуумні насоси з застосуванням деяких додаткових прийомів дозволяють одержувати тиски домм. Області тисків в яких найбільш раціонально застосовуються вакуумні насоси прийнятих в даний час типів показані на рис. Вакуумні насоси що застосовуються для відкачки газу поділяють на два класи: а форвакуумні насоси які починають працювати з атмосферного тиску і викидають відкачуваний газ прямо в атмосферу. Форвакуумні насоси створюють розрідження порядку мм.
22848. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДОГО ТІЛА 340.5 KB
  Дійсно сили що тримають атоми у вузлах ґратки малі і тому достатньо вже теплової енергії самих атомів аби змістити їх з положення рівноваги. До поняття про коливання атомів твердого тіла можна дійти шляхом аналізу природи міжатомних сил. Положення рівноваги атомів визначається з умови рівності сил притягання і відштовхування діючих на атом. Якщо змінюється відстань тільки відносно одного з атомів то енергію Wx треба...
22849. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ 120 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ. Випаровування – це процес зміни агрегатного стану речовини перехід речовини із конденсованого стану в газоподібний. Кількість теплоти яку необхідно надати рідині при ізотермічному утворенні одиниці маси пари називають теплотою випаровування. Для визначення середнього значення теплоти випаровування води в даній роботі використовується метод який грунтується на використанні рівняння КлапейронаКлаузіуса.
22850. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПОВІТРЯ 182 KB
  Через довiльну коаксiальну поверхню радiуса y за одиницю часу пройде кiлькiсть теплоти 5 де l – довжина дротини.Розділивши в виразі 5 змінні одержимо 6 де – внутрішній радiус трубки – температура дослiджуваного газу повiтря бiля внутрішньої поверхнi трубки а – радiус дротини – температура дротини. Зі співвідношення 6 випливає що 7 Таким чином для визначення коефіцієнта теплопровідності треба знати кiлькiсть теплоти яка щосекунди...
22851. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 111 KB
  Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.
22852. ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ 49 KB
  Сплавом називають систему в твердому стані яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів зокрема плавлення і кристалізації від концентрації сплаву. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення яка нижче температури плавлення компонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення яка як правило вища за температуру плавлення компонент AuZn CdMg та ін.