Загальні методичні вказівки

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

СТРИЙСЬКИЙ КОЛЕДЖ ЛНАУ

Інструкційна карта

для лабораторної роботи № 17

з дисципліни: «Електропривід с/г машин»

освітньо-кваліфікаційний рівень

молодший спеціаліст

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії: фундаментальних та спеціальних дисциплін професійної підготовки спеціальності «Монтаж, обслуговування та ремонт електротехнічних установок в АПК»

Протокол № __ від «__» ________ 201_ р.

Голова циклової (предметної) комісії

_______________________ Н.Д. Кушней

Стрий 2013

Лабораторна робота № 17

Тема: Дослідження електропривода ручних електричних машин

Мета: Ознайомитись із електроприводом ручних електричних машин

Програма роботи

1. Вивчити класифікацію та індексацію ручних електричних машин, записати паспортні дані машин, наявних на робочому місці..

2. Вивчити будову і принцип дії джерел живлення ручних електричних машин.

3. Дослідити асинхронний перетворювач частоти типу ИЭ-9401:

- подати напругу на ротор генератора та виміряти напругу і частоту струму на обмотці статора при нерухомому роторі;

- подати напругу на ротор генератора і статор електродвигуна перетворювача частоти та виміряти напругу і частоту струму на вторинній обмотці статора генератора при обертанні ротора вправо та вліво.

4. Вивчити будову і принцип дії синхронно-реактивного перетворювача частоти типу Ю-9403. Дослідити за допомогою осцилографа форму кривої напруги на його вторинній обмотці.

5. Вивчити будову і принцип дії пристрою захисного вимикання. Виміряти струм витоку, при якому пристрій спрацьовує.

6. Виміряти опір ізоляції електричних кіл ручних електричних машин відносно корпуса і порівняти його з допустимим.

7. Підключити ручні електричні машини до джерела живлення і випробовувати їх роботу.

Загальні методичні вказівки

Ручні електричні машини (РЕМ) призначені для виконання слюсарних, монтажних та інших технологічних операцій у різних галузях народного господарства. Головний робочий рух у РЕМ здійснюється електродвигуном, а допоміжні рухи і керування машиною - вручну. Продуктивність праці при цьому зростає в 5 - 15 разів.

У сільському господарстві найпоширеніші машинки для стрижки овець, а також ручні машини для виконання найрізноманітніших робіт - дрилі, ножиці, шліфувальні машинки, машини для обробки дерева, для обрізування лози та інші.

Будь-яка РЕМ складається з електродвигуна, передавального пристрою, самого інструменту та регулювальних пристроїв, які дають напрямок та глибину свердління, різання, загострювання тощо. Є також додаткові складові частини - корпус або рама, підшипники, вимикачі, штепсельні рознімання, шнури або кабелі.

Для привода робочих органів РЕМ використовують обертові електродвигуни та електромагніти. Оскільки загальна маса РЕМ визначається в^- основному масою вбудованого двигуна, то зменшення маси машини можна досягти головним чином за рахунок зменшення маси електродвигуна. Тому для РЕМ застосовують найбільш швидкісні електродвигуни при частоті живлення 50 Гц з синхронною частотою обертання 3000 об/хв. Подальше підвищення частоти обертання досягають підвищенням частоти струму живлення або застосуванням колекторних електродвигунів.

Згідно з ГОСТ 10085-8Ц електродвигуни для РЕМ випускаються трифазними (індекс Л), однофазними (індекси ДЕ, ЛУ, АТ, АУТ) асинхронними та колекторними (індекс К). Частота струму живлення позначається другим індексом: Н - 50 Гц, П - 200, В - 400 Гц.

За робочою напругою та ступенем безпеки згідно з ГОСТ 12.2.007.0-75 РЕМ поділяються на три класи:

I - машини на напругу 220 та 380 В тільки з робочою ізоляцією та штепсельними роз'єднувачами, що мають заземлюючий контакт;

II - машини на напругу 220 та 380 В з подвійною або підсиленою ізоляцією без пристрою для заземлення Па паспортних табличках машин II класу наносять знак [].

III клас - машини на напругу 9, 12, 24 В постійного струму та 36, 42 В змінного струму із живленням від автономних джерел струму або трансформаторів (перетворювачів) з окремими обмотками і напругою холостого ходу не вище 50 В. Вторинне електричне коло не повинно бути з'єднане з землею.

Номінальні потужності двигунів - згідно з ГОСТ 12139-74. Режим роботи: тривалий (S1), повторно-короткочасиий (S3) з тривалістю вмикання 40 та 60 %, переміжний (S6) з тривалостями навантаження 40 та 60 %. Тривалість циклу - 2 хв.

Особливі вимоги ставлять до РЕМ з точки зору техніки безпеки. Для машин І та II класу різниця потенціалів між землею та будь-яким проводом електричної мережі, до якої під'єднана РЕМ. не повинна перевищувати 250 В. а різниця потенціалів між землею і будь-якою фазою мережі живлення машини класу III - 24 В.

Машини І класу при використанні для роботи за межами закритих приміщень слід приєднувати до мережі живлення через трансформатор або перетворювач з окремими обмотками, або через пристрій захисного вимикання. Доступні для дотику металічні деталі машин І класу повинні бути з'єднані із заземлюючим затискачем.

Конструкція штепсельного з'єднання машин III класу не повинна допускати стикування з штепсельним з'єднанням класів І та II. Конструкція штепсельного з'єднання на 200 та 400 Гц не повинна допускати стикування зі штепсельним з'єднанням на 50 Гц.

Опір ізоляції обмоток нових машин (після випуску з заводу) відносно корпуса і між обмотками не повинен бути меншим 100 МОм у холодному стані і 2 МОм при робочій температурі двигуна.

РЕМ, які виготовляють у країнах СНД, мають найменування згідно з класифікацією, яка дозволяє визначити належність до певної групи машин, вид привода, рід виконання, номер розробки виробу.

Індекс позначення складається із таких частин:

букв, що позначають вид привода: ИЭ - електричний привод; номерів груп та підгрупи за таблицею класифікації. При цьому перша за буквами цифр» є номером групи інструменту (1 - свердлильні машини; 2 - шліфувальні полірувальні і зачисні машини; 3 - машини для закручування гвинтів і нарізання різьби; 9 - допоміжне обладнання і пристрої (наприклад, перетворювач частоти) тощо - всього 10 груп).

Друга цифра позначає номер підгрупи, до якої належить даний вид інструменту за характером виконання: 0 - прямі машини; І - кутові; 2 - багатошвидкісні; 3 - реверсивні тощо - всього 9 підгруп.

Третя і четверта цифри - порядковий реєстраційний номер машини даного типу. Чим вищий номер , тим пізніше розроблена модель.

На п'ятому місці - додатковий індекс, наприклад, 3 - з електронним регулюванням частоти обертання.

Джерела живлення РЕМ

1.Знижувальні трансформатори призначені для перетворення трифазної напруги змінного струму (50 Гц) 660, 380, 220 В у трифазну напругу 12, 36, 42, 127 або 220 В. Широко застосовуються для живлення РЕМ трансформатори типів ТС-1,5; ТС-2,5; ТСЗ-1,5/1; ТСЗ-2,5/1 потужністю 1,5 та 2,5 кВА і ТСЗИ потужністю 0,63; 1,0: 1,6; 2,5; 4,0 кВА при різних сполученнях напруг первинних та вторинних обмоток.

Для перемикання обмоток трансформатора із «зірки» на «трикутник» і навпаки на клемній дошці є спеціальні перемички. Корпус трансформатора заземлюється приєднанням до нього нульового проводу мережі 220/380 В.

2. Перетворювач частоти типу ИЭ-9401 призначений для перетворення змінного трифазного струму частотою 50 Гц при напрузі 220 або 380 В у змінний трифазний струм підвищеної частоти 200 Гц при напрузі 36 В.

Перетворювач частоти типу ИЭ-9401 (рис. 1) складається з двополюсного асинхронного двигуна М з коротко замкненим ротором і шестиполюсного асинхронного генератора О з фазним ротором. Ротори двигуна і генератора знаходяться на одному валу і обертаються з однаковою швидкістю. На валу закріплені три ізольованих одне від одного кільця, до яких приєднані виводи обмоток ротора генератора. На кільця генератора через щітки і на обмотки статора електродвигуна подається напруга мережі 220 або 380 ІЗ. Напруга 36 В частотою близько 200 Гц знімається з обмотки статора генератора.

Принцип роботи перетворювача такий. У шести полюсному роторі магнітне поле обертається з частотою 1000 об/хв навколо ротора. У свою чергу ротор генератора обертається у напрямку обертання магнітного поля з частотою близько 3000 об/хв. Тому магнітні силові лінії перетинають витки нерухомої обмотки статора генератора з частотою обертання 4000 об/хв. У цьому випадку в шестиполюсних обмотках статора виникає напруга змінного струму з частотою близько 200 Гц.

Рисунок 1. Схема вмикання при дослідженні перетворювача частоти ИЗ-9401 з нерухомим (а) та рухомим (6) ротором

3. Синхронно-реактивний перетворювач ИЭ-9403 призначений для перетворення трифазного змінного струму частотою 50 Гц і напругою 220/380 В у змінний трифазний струм частотою 200 Гц і напругою 36В.

Принцип дії перетворювача базується на відокремленні та використанні четвертої гармоніки магнітного поля (рис. 2).

Перетворювач складається зі статора, вертикально розмішеного ротора та підшипникових щитів. У пазах статора розміщені дві трифазні обмотки: первинна (двополюсна), яка вмикається в мережу 50 Гц напругою 380 В і призначена для створення обертового магнітного поля, і вторинна (восьмиполюсна) з якої знімають струм підвищеної частоти 200 Гц напругою 36 В.

Ротор перетворювача явнополюсний без обмотки збудження. Для формування четвертої гармоніки магнітопровід ротора розділено на 4 частини, дві з яких виконано з феромагнітного матеріалу (рис. 2, б).

|Рисунок 2 Перетворювач частоти ИЗ-9403: а - схема; б - поперечний розріз ротора (магнітні частини заштриховані);

в-форма кривих магнітного потоку первинної обмотки (Ф|), у повітряному зазорі (Фі)та вторинної обмотки (Ф₄)

Для виділення четвертої гармоніки поля обриси поверхні магнітних частин ротора є частинами кола, ексцентричного відносно кола розточки статора. Так, у машині ИЭ-9403 ексцентриситет кола для обрису магнітної частини ротора становить 2,14 мм.

Для розгону ротора під час пуску в його магнітну частину закладена пускова обмотка у вигляді білячої клітки, виготовлена з алюмінієвих стержнів із короткозамкненими алюмінієвими кільцями. При досягненні ротором підсинхронної частоти обертання він завдяки реактивному моменту втягується в синхронізм. У робочому режимі ротор обертається синхронно з обертальним магнітним полем, тому підвищена частота змінного струму залишається незмінною.

При роботі перетворювача первинна обмотка створює в магнітопроводі статора синусоїдальний магнітний потік Ф,- частотою 50 Гц (рис. 2, в).Через те, що залізо ротора є не суцільним магнітопроводом, а розділеним на два магніти з чотирма полюсами, то у повітряному зазорі між ротором і статором виникає магнітний потік Фл частотою 200 Гц. Форма кривої цього потоку далека від синусоїди. Проте завдяки описаним раніше обрисам магнітних частин ротора у вторинній обмотці перетворювача формується синусоїдальна напруга Ф₄ 36 В з частотою 200 Гц.

Пристрій захисного вимикання (ПЗВ) - це швидкодіючий захисний вимикач, який реагує на диференціальний струм у провідниках, що підводять електроенергію до захищуваної електроустановки.

Датчиком диференціального струму є диференціальний трансформатор 5 (рис. 24.3), через вікно магнітопроводу якого пропущені два або чотири провідники. Вторинна обмотка трансформатора замкнена на пусковий орган 9, який виконується на чутливих електромагнітних реле прямої дії або електронних компонентах. Виконавчий механізм складається з групи силових контактів /, механізму вимикання 8 і важеля ручного привода 2. Для контролю роботоздатності пристрою передбачено коло, яке складається з резистора 4 і кнопки "Тест" 3. ПЗВ виготовляється у дво- та чотири полюсному виконанні.

У нормальному режимі за відсутності струму витоку I_L у силовому колі по провідниках, що проходять через вікно магнітопроводу трансформатора 5. протікає робочий струм споживача I. Рівні струми в провідниках створюють у магнітопроводі рівні за величиною, але векторно зустрічно направлені магнітні потоки. Результуючий магнітний потік дорівнює нулю, струм у вторинній обмотці трансформатора також рівний нулю і пристрій 9 не спрацьовує.

При доторканні людини до відкритих струмоведучих частин або пробої ізоляції на заземлений корпус електроспоживача по фазному провіднику через ПЗВ, крім струму навантаження I., проходить додатковий струм витоку І_л. Нерівність струмів у первинних обмотках (I ⁺ I_L і У фазному провіднику та їм I_N = I_L у нульовому робочому провіднику) створює небаланс магнітних потоків і, як наслідок, виникнення у вторинній обмотці трансформатора струму керування. Якщо цей струм перевищує значення уставки порогового елемента пускового органу 9 останній спрацьовує і через механізм вимикання 8 спричиняє розмикання головнях контактів 1.

У житлових будинках застосовуються ПЗВ, які спрацьовують при струмах витоку 10 і 30 мА (безпечним для людини є струм 30 мА).

1 - контакти: 2 - важіль ручного вмикання; 3- контрольна кнопка "Тест"; 4 - резистор; 5 - диференційний трансформатор струму: 6 - пошкодження: 7 – захисний автоматичний вимикач; 8 - механізм вимикання; 9 вимикальне реле; 10 - споживач; І - диференційний струм; І_F - струм пошкодження; I_s - струм витоку через ізоляцію; R_B - контур заземлення трансформаторної підстанції; R_A - контур повторною заземлення нульового проводу мережі; L₁, L₂, L₃ - фазні провідники; N - нульовий робочий провідник; РЕ - нульовий захисний провідник

Рисунок 3. Принципіальна схема підключення ПЗВ

Час спрацювання - кілька мілісекунд. Така висока чутливість ПЗВ забезпечується вимикальним реле, робота якого базується на принципі суперпозиції (накладання) двох магнітних полів: поля постійного магніту і змінного магнітного поля котушки, яка живиться від вторинної обмотки трансформатора струму 5.

Коли ПЗВ увімкнено, якір 4 реле (рис. 4) притягнено до ярма 7 котушки 5 внаслідок дії магнітного поля постійного магніту 3. Протидіюча сила розтягу вальної пружини / спрямована на відтягування якоря. За наявності струму витоку на землю у котушці 5 протікає змінний струм, під дією якого у ярмі реле 7 з'являється змінний магнітний потік. Відбувається накладання потоку постійного магніту і змінного потоку котушки. У певний момент негативного напівперіоду змінного потоку сила пружини І виявляється більшою за силу, створену сумарним магнітним потоком, що спричинить миттєве відпадання якоря, і як наслідок - розмикання контактів ПЗВ.

Для періодичного контролю роботоздатності ПЗВ при замкнених головних контактах 1 натискають на кнопку "Тест", створюючи штучне коло для диференціального струму. Спрацювання ПЗВ свідчить про його справність.

Повторне вмикання проводиться вручну за допомогою важеля керування 2 (див. рис. 3).

1- пружина; 2- настроювання чутливості; 3 - постійний магніт; 4 - якір; 5 - котушка збудження; 6 - магнітний потік котушки; 7 - ярмо котушки.

Рисунок 4 Вимикальне реле з постійним магнітом

Характеристики деяких РЕМ. 1. Ма ш и н к а стригальна МС- 200 призначена для стрижки овець. Складається із самої машинки, редуктора та вбудованого електродвигуна. Електрод ви гун машинки - асинхронний, трифазний типу ЛІ І потужністю 120 Вт та частотою обертання 11700 об/хв, працює від мережі змінного струму частотою 200 Гц і напругою 36 В (живлення від перетворювача частоти).

2. Електростригальний апарат ЗСА-1Д призначений для стрижки овець. Складається зі стригальної машинки МСО-77Б, приводного спеціального асинхронного електродвигуна потужністю 120 Вт, частотою обертання вала 2760 об/хв та гнучкого вала, який з'єднує електродвигун та машинку. До мережі 220/380 В під'єднується ручним пускачем типу ПНВ-30.

3. Машина ручна свердлильна електрична ИЗ-1015 призначена для свердління отворів діаметром до 23 мм у стальних деталях середньої міцності та до 32 мм у дереві свердлами, що мають конус Морзе 12. Складається із електродвигуна, редуктора, двох ручок і нагрудника. Електродвигун - трифазний асинхронний типу АН, потужністю 600 Вт, із номінальною частотою обертання 2760 об/хв, працює від мережі трифазного струму частотою 50 Гц і напругою 220 В. Режим роботи - тривалий (S1).

4. Дриль ИЭ-1009 призначений для свердління отворів у металі при монтажно-складальних роботах безпосередньо на об'єкті. Складається з електродвигуна, двоступінчастого редуктора, шпинделя і рукоятки з вимикачем. На шпиндель насаджений патрон під свердло діаметром до 9 мм. Частота обертання шпинделя 1400 об/хв.

Електродвигун - асинхронний трифазний типу АП, потужністю 120 Вт з номінальною частотою обертання 10800 об/хв, працює від трифазної мережі частотою 200 Гц і напругою 36 В.

5. Ножиці ручні 113-5401 призначені для прямолінійного і фасонного різання листової сталі товщиною до 2,5 мм з тимчасовим опором розриву до 45 кгс/мм². Складаються з електродвигуна, редуктора з кривошипно-шатунним механізмом, ручки з вимикачем. Електродвигун універсальний колекторний типу КН. потужністю 250 Вт з номінальною частотою обертання 12000 об/хв працює від мережі змінного струму частотою 50 Гц, напругою 220 В. Режим роботи - повторно-короткочасний (S3) з тривалістю вмикання 40 %. Клас машини - П. Подвійна ізоляція електродвигуна забезпечує максимальну безпеку працюючого при роботі від мережі 220 В без застосування додаткових захисних засобів та заземлюючих пристроїв. Оскільки колекторний двигун при роботі створює значні раді о пере ш коди, то для їх усунення в машину вмонтовують фільтри з конденсаторів.

6. Поверхневий вібратор ИВ-1 призначений для ущільнення бетонної суміші при бетонуванні підлоги, доріг, при виготовленні залізобетонних виробів, а також для усунення склепінь продуктів у бункерах сипких матеріалів (борошна, дерті тощо). В останньому випадку вібратори закріплюють безпосередньо на стінці бункера.

Поверхневий вібратор складається з асинхронного електродвигуна, робочої основи і триполюсного штепсельного роз'єднувача. Збудником вібраційних коливань вібратора є два ексцентрики, закріплені на валу трифазного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Живиться вібратор від джерела змінного струму частотою 50 Гц напругою 36 В. Потужність двигуна 0,4 кВт, частота обертання 2800 об/хв.

Схеми внутрішніх з'єднань ручних машин з асинхронними двигунами дуже прості. Керують цими двигунами за допомогою вбудованих у машину ручних вимикачів.