Введение.

Работа электрика по обслуживанию электрооборудования сводится к поддержанию работоспособного и безопасного состояния электрических машин, пускозащитных аппаратов, устройств освещения, сигнализации и автоматики, что все и называется электрооборудованием, а также проводов, кабе­лей, разъемов, зажимов, электромонтажных изделий и т. д.

В состав устройств могут входить различные элементы, например, резисторы, конденсаторы, полупроводниковые при­боры. Электрик должен быть знаком со всеми этими элемен­тами, аппаратами и устройствами, но при работе он встречает много вопросов и затруднений, особенно в молодом возрасте, когда мало опыта. Полезно все эти вопросы, и затруднения не спеша проанализировать с книгой, но таких книг пока недоста­точно.

Целью данной работы является знакомство с электрооборудованием и электродвигателями, составляющими часть элек­троустановок (их устройством), назначением, а также мерами безопасности, безотказности, увели­чения срока службы. В этом смысле имеет большое значение знание всех отказов при работе в различных частях электроустановки, по­исков и методов устранения отказов, что подробно представ­лено ниже.

Практически во всех областях деятельности современ­ного общества применяется электрическая энергия.

Энергия — общая количественная мера различных форм движения материи. Для любого вида энергии мож­но назвать материальный объект, который является ее носителем. Так, механической энергией обладают вода, ветер, заведенная пружина; тепловой — нагретый газ, пар, горячая вода. Носителем электрической энергии является особая форма материи — электромагнитное поле.

Электрическая энергия получается путем преобра­зования других видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерной и др.) и обладает ценными свой­ствами: относительно несложно, с малыми потерями передается на большие расстояния, легко дробится и пре­образуется в нужный вид энергии (механическую, тепло­вую, световую, химическую и др.).

Наибольшая часть электроэнергии для нужд народного хозяйства вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Здесь химическая энергия органического топлива (угля, мазута, торфа, газа) при его сжигании в паровых котлах превращается в тепловую энергию нагретого водяного пара. Пар под высоким давлением поступает в паровую турбину, где его энергия преобразуется в механическую. Турбины приводят в действие электриче­ские генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Следует отметить, что электродвигатели являются основным источником и потребителями электроэнергии. Учитывая быстрое истощение запасов органического топлива и неблагоприятное воздействие ТЭС на окружающую среду, существует необходимость в экономических разработках электропривода.

Электропривод—это совокупность устройств, приводящих в движение производственные машины и установки при помощи электрических двигателей.

Электропривод состоит из одного или нескольких двигателей, передаточного механизма, необходимого для передачи движения от двигателя к рабочей машине (зубчатого редуктора, ременной передачи и т. п.), и устрой­ства управления, служащего для пуска, остановки и регу­лирования привода.

В большинстве случаев работа электроприводов автоматизируется, начиная с относительно простых операций дистанционного пуска и остановки и кончая выполнением функций регулирования и управления слож­ными взаимосвязанными комплексами различных произ­водственных механизмов.

1 Эксплуатация электродвигателей.

1.1 Назначение электродвигателей.

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и управления, в быту.

Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую, и наоборот. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называются генератором. Преобразование электрической энергии в механическую - осуществляется двигателями.

Любая электрическая машина может быть использована как в качестве генератора, так и в качестве электродвигателя. Это свойство электрической машины изменять направление преобразуемой ею энергии называется обратимостью машины. Электрическая машина может быть также использована для преобразования электрической энергии одного рода тока ( частоты, числа фаз переменного тока, напряжения постоянного тока ) в энергию другого рода тока. Такие электрические машины называются преобразователями.

В работе будут описаны принципы и характеристики работы двигателей электропривода, согласно заданной темы и выполненных работ по изучению основ электропривода.

В зависимости от рода тока электроустановки, в которой должна работать электрическая машина, они делятся на машины постоянного и переменного тока.

Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и много фазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины, а также коллекторные машины переменного тока, которые допускают экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах

В настоящее время асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими машинами. Они потребляют около 50% электроэнергии, вырабатываемой электростанциями страны. Такое широкое распространение асинхронные электродвигатели получили из-за своей конструктивной простоты, низкой стоимости, высокой эксплуатационной надежности. Они имеют относительно высокий КПД: при мощностях более 1кВт кпд=0,7:0,95 и только в микродвигателях он снижается до 0,2-0,65.

1.2 Устройство и принцип действия электродвигателей.

1.2.1 Асинхронные двигатели.

Устройство асинхронного двигателя. Двига­тель состоит из двух основных частей, разделенных воз­душным зазором: неподвижного статора 6 и вращающего­ся ротора 3. Каждая из этих частей имеет сердечник и обмотку.

При этом обмотка 2 статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка 4 ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками (подобно трансформатору).

Существуют два основных типа асинхронных двигате­лей: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Последние, иногда называют двигате­лями с контактными кольцами. Оба типа двигателей имеют одинаковую конструкцию статора и различаются конструк­цией ротора.

Статор асинхронного двигателя состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит для соединения всех частей двигателя в единую конструкцию. В небольших двигателях в корпус устанавливают обмотку.

При этом обмотка 2 статора включается в сеть и является как бы первичной, а обмотка 4 ротора - вторичной, так как энергия в нее поступает из обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками (подобно трансформатору).

Существуют два основных типа асинхронных двигате­лей: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Последние - иногда называют двигате­лями с контактными кольцами. Оба типа двигателей имеют одинаковую конструкцию статора и различаются конструк­цией ротора.

Статор асинхронного двигателя состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Корпус и статор служит для соединения всех частей двигателя в единую конструкцию. В небольших двигателях корпус

отливают из алюминиевого сплава, стали или чугуна, а в крупных машинах делают сварным. В корпус статора за­прессован сердечник 2, который с целью уменьшения по-терь от вихревых токов собирается из изолированных друг от друга лаком листов электрической стали (рис. 8.7,6). В пазы сердечника уложены проводники обмотки статора, которая выполняется из медного провода. Основным элементом обмотки является секция, которая может иметь' один или несколько витков.

Активные стороны секций укладывают в пазы сердечника статора, например сторону / укладывают в первый паз, а сторону 4 секции — в четвертый паз. Секции соединяют между собой в катушки, из которых состоят обмотки каждой фазы. Начала С1, С2, С3 и концы С4, С5, С6 фазных обмоток присоединяют к зажимам коробки выводов (рис. 8.9, а). Для упрощения переключения схем У и д зажимы обмотки статора располагают в порядке, указан­ном на рис. 8.9, а.

Ротор асинхронного двигателя состоит из сердечника 3 обмотки 4 и вала 5. Вал ротора устанавливается в подшипниках, запрессованных в под­шипниковых щитах 7, прикрепленных болтами к корпусу статора, и служит для передачи вращающего момента производственному механизму. Сердечник ротора имеет цилиндрическую форму и собирается из листов электро­технической стали.

В двигателях с короткозамкнутым ротором обмотка ротора состоит из ряда алюминиевых стержней (располагаемых в пазах сердечника ротора), замкнутых по торцам кольцами. В этих двигателях мощностью до 400 кВт обмотку ротора выполняют заливкой его пазов под давлением расплавленным алюминием.

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их установленная мощность постоянно возрастает. Асинхронный двигатели широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других видов станков, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.

Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.

В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.

1.2.2. Синхронные двигатели

Схема синхронной машины показана на рисунке. Синхронная машина отличается от асинхронной тем, что ток в обмотке ротора появляется не при вращении ее в магнитном поле статора, а подводится к ней от постороннего источника постоянного тока. Статор синхронной машины выполнен так же, как и асинхронной, и на нем обычно расположена трехфазная обмотка. Обмотка ротора образует магнитную систему с тем же числом полюсов 2р, что и у статора. Она создает магнитный поток возбуждения и называется обмоткой возбуж­дения. Вращающаяся обмотка ротора соединяется с внешней

цепью источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток. При вращении ротора с частотой n₂ его магнит­ное поле возбуждения наводит в статоре ЭДС Е₁₍ частота которой

При подсоединении обмотки статора к нагрузке протекаю­щий по ней ток будет создавать магнитный поток, частота вращения которого

Из сравнения этих выражений видно, что n, = п_г, т. е. магнитные поля статора и ротора вращаются с одинаковой частотой, поэтому такие машины называются синхронными.

Результирующий магнитный поток создается совместным действием обмоток возбуждения и статора и вращается с той же частотой, что и ротор.

Обмотка якоря в синхронной машине — обмотка, в которой индуцируется ЭДС и к которой присоединяется нагрузка.

Индуктор в синхронной машине — часть машины, на кото­рой расположена обмотка возбуждения.

В схеме на рисунке статор является якорем, а ротор - индуктором, но может быть и обращенная схема, в которой статор -индуктор и ротор — якорь.

Синхронная машина может работать генератором или двигателем.

В машине с неподвижным якорем применяются две разновидности ротора: явнополюсный ротор имеет явно выраженные полюсы, неявнополюсный ротор не имеет явно выраженных полюсов.

Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпря­митель.

Наибольшее распространение получил генераторный ре­жим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами.

Синхронные двигатели применяются при мощности более 600 кВт и до 1 кВт как микродвигатели.

Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В приме­няются в агрегатах для автономных систем электроснабжения. Данные некоторых таких генераторов приведены в табл. 2.42. Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизель-ными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели

1.2.3 Машины постоянного тока.

Схема машины постоянного тока показана на рисунке Обмотка якоря 2 расположена на роторе и представляет со­бой замкнутую многофазную обмотку, подключенную к кол­лектору, состоящему из коллекторных пластин 3, изолирован­ных друг от друга, и щеток А и В. Коллектор связывает обмотку якоря с внешней цепью нагрузки при работе машины генератором или с сетью питания при работе двигателем. Об­мотка возбуждения располагается на полюсах статора и при­соединяется к независимому источнику постоянного тока или к якорю. Магнитный поток возбуждения Ф_й этой обмотки не­подвижен в пространстве.

Схема машины постоянного тока:

/ — обмотка возбуждения, 2 — обмотка якоря, 3 — пластины коллектора, А, В — щетки, Ф_в — магнитный поток возбуждения.

При вращении обмотки якоря в неподвижном магнитном поле в ней индуцируется ЭДС с частотой

Коллектор осуществляет согласование частоты /₂ с частотой сети постоянного тока /, = 0, т. е. преобразует перемен­ную ЭДС, индуцированную в обмотке якоря, в постоянную ЭДС между щетками А и В коллектора, и во внешней цепи протекает постоянный ток.

При холостом ходе машины магнитный поток создается только обмоткой возбуждения. При работе машины под нагрузкой обмотка якоря создает свой магнитный поток.

Реакция якоря машины постоянного тока — воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле машины. В резуль­тате реакции якоря магнитное поле машины искажается, что ведет к искрению под щетками. Кроме того, под действием реакции якоря магнитный поток машины при насыщенной магнитной цепи уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС по сравнению с ее значением при холостом ходе.

Для исключения этого явления делают некоторые изменения в конструкции машины, но действенной мерой является применение компенсационной обмотки, которая располагается в пазах главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря таким образом, чтобы ее намагничивающая сила была направлена встречно с намагничивающей силой якоря и компенсировала ее действие. Компенсационная обмотка при­меняется в машинах средней и большой мощности

Генераторы постоянного тока

Свойства генераторов зависят от способа питания их обмоток возбуждения, и в зависимости от этого они подразделя­ются на группы:

1 — генераторы с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которых получает питание от независимого источника — рисунок

Рисунок.

Схема генератора независимого возбуждения:

Е — ЭДС генератора, U — напряжение на зажимах генератора, Iа, Iв, Ic — токи в цепях якоря, возбуждения и нагрузки, Rнагр— сопротивление нагрузки,

rрв — сопротивление регулирующего реостата в цепи возбуждения.

2 — генераторы с параллельным возбуждением, обмотка возбуждения которых присоединяется параллельно обмотке якоря — рис. 2.27;

3 — генераторы с последовательным возбуждением, об­мотка возбуждения которых включается последовательно с обмоткой якоря — рис. 2.28;

4 — генераторы со смешанным возбуждением, у которых применяются обмотки параллельная и последовательная — рис. 2.29.

Двигатели постоянного тока

Свойства двигателей, как и генераторов, различаются в зависимости от способа включения обмотки возбуждения. Применяются двигатели с последовательным возбуждением —, с параллельным возбуждением, со смешанным возбуждением.

1.2.4 Микромашины

Примером микромашин могут служить универсальные кол­лекторные двигатели, которые широко применяются в устрой­ствах автоматики и в бытовых машинах. Питание двигателей может осуществляться как от источников переменного одно­фазного тока, так и от источников постоянного тока.

По принципу устройства двигатель сходен с двигателем последова-тельного возбуждения. Отличие заключается в конструкции магнитной системы и в том, что катушки его обмотки возбуж­дения состоят из двух секций с промежуточными выводами — рис. 2.33. Секционирование обмотки делается потому, что при работе на переменном токе из-за падения напряжения в ин­дуктивном сопротивлении обмоток частота вращения двигате­ля оказывается меньше, чем на постоянном токе. Для вырав­нивания скоростей при работе на постоянном токе включаются все витки обмотки возбуждения, а при работе на переменном токе только часть их.

Схема универсального коллекторного микродвигателя:

В1, В1 — обмотки возбуждения.

1.4. Применение элетродвигателей

Электродвигатели применяются как главная составляющая электро-привода различных станков, так и в составе с отдельными установками, где необходимо преобразование электрической энергии в механическую (дви- жение) например: вентиляторы с клиноременной передачей, косилки различных модификаций и т.д. Низковольтные асинхронные электродвигатели общего назначения мощностью 0,25...400 кВт, именуемые во всем мире стандартные асинхронные двигатели, составляют основу силового электропривода, применяемого во всех областях человеческой деятельности. Их совершенствованию в промышленно развитых странах придают большое значение. В настоящее время рынок, призванный отражать интересы потребителей, не формулирует сколько-нибудь определенных требований к стандартным асинхронным двигателям, кроме ценовых. В связи с этим для выявления тенденций их совершенствования необходимо исходить из требований внешнего рынка и из достижений основных производителей стандартных асинхронных двигателей.

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их установленная мощность постоянно возрастает.

Асинхронный двигатели широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других видов станков, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.

Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.

В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.

Низковольтные асинхронные электродвигатели общего назначения мощностью 0,25...400 кВт, именуемые во всем мире стандартные асинхронные двигатели, составляют основу силового электропривода, применяемого во всех областях человеческой деятельности.

Их совершенствованию в промышленно развитых странах придают большое значение. В настоящее время рынок, призванный отражать интересы потребителей, не формулирует сколько-нибудь определенных требований к стандартным асинхронным двигателям, кроме ценовых. В связи с этим для выявления тенденций их совершенствования необходимо исходить из из достижений основных производителей стандартных асинхронных двигателей.